上圖為F100渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)基本構(gòu)造圖。F100渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)是美國研發(fā)的第四代航空發(fā)動機(jī)。F100是加力渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，加力燃燒室的火焰穩(wěn)定器在圖中的尾噴口以橙色顯示。
為了使飛機(jī)能在空中移動，我們必須使用某種推進(jìn)系統(tǒng)來產(chǎn)生推力。用于現(xiàn)代飛機(jī)的最廣泛使用的推進(jìn)系統(tǒng)形式是燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)。渦輪發(fā)動機(jī)有多種形式。
渦輪噴氣發(fā)動機(jī)（turbojet）
大多數(shù)現(xiàn)代客機(jī)和軍用飛機(jī)由燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)提供動力，也稱為噴氣發(fā)動機(jī)。最簡單的燃?xì)鉁u輪是渦輪噴氣發(fā)動機(jī)。
圖中描述了引擎的各個(gè)部分。通過發(fā)動機(jī)的空氣會發(fā)生什么。大量的周圍空氣不斷地進(jìn)入發(fā)動機(jī)入口。（在英格蘭，他們稱這部分為進(jìn)氣口，這可能是一個(gè)更準(zhǔn)確的描述，因?yàn)閴嚎s機(jī)將空氣吸入發(fā)動機(jī)。）
我們在這里展示了一個(gè)管形進(jìn)氣口，就像你在飛機(jī)上看到的那樣。但根據(jù)飛機(jī)的用途，進(jìn)氣口有多種形狀和尺寸。在進(jìn)氣口后部，空氣進(jìn)入壓縮機(jī)。
原理
壓縮機(jī)就像許多行翼型一樣，每排產(chǎn)生壓力小幅跳躍。壓縮機(jī)也像電風(fēng)扇。我們必須提供能量來轉(zhuǎn)動壓縮機(jī)。在壓縮機(jī)出口處，空氣的壓力比自由流高得多。在燃燒器中，少量燃料與空氣結(jié)合并被點(diǎn)燃。（在典型的噴氣發(fā)動機(jī)中，100磅空氣/秒與僅2磅燃料/秒相結(jié)合。大部分熱排氣來自周圍空氣。）離開燃燒器，熱氣通過渦輪機(jī)。渦輪機(jī)像風(fēng)車一樣工作。渦輪機(jī)被熱氣流推動，并旋轉(zhuǎn)。在噴氣發(fā)動機(jī)中，渦輪機(jī)獲得的能量通過渦輪軸來轉(zhuǎn)動壓縮機(jī)。雖然渦輪機(jī)從熱排氣中吸收一部分能量，但是剩余的能量足以通過尾噴口以一定的速度向噴氣發(fā)動機(jī)提供推力 。因?yàn)槲矅娍谒俣却笥谧杂闪魉俣?，所以如推力方程所述產(chǎn)生推力。對于噴氣發(fā)動機(jī)，出口質(zhì)量流量幾乎等于自由流質(zhì)量流量。而非常少的燃料被添加到流體中，所以忽略燃料質(zhì)量。
渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的噴嘴通常設(shè)計(jì)成將排氣壓力恢復(fù)到自由流壓力。然后通過一般推力方程給出渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的推力方程 ，其中壓力面積項(xiàng)設(shè)定為零。如果自由流條件用“0”下標(biāo)表示，退出條件用“e”下標(biāo)表示，則推力F等于質(zhì)量流量m乘以出口處的速度Ve減去自由流質(zhì)量流量速度V0。
F = [m* V] e - [m* V] 0
該等式包含兩個(gè)術(shù)語。
空氣動力學(xué)家經(jīng)常將第一項(xiàng) （m* V）e稱為總推力，因?yàn)樵擁?xiàng)主要與尾噴口中的條件有關(guān)。
第二項(xiàng)（m* V）0 稱為柱塞阻力，通常與進(jìn)氣口條件有關(guān)。
為清楚起見，發(fā)動機(jī)推力則稱為凈推力。我們的推力方程表明凈推力等于總推力減去柱塞阻力。如果我們將等式的兩邊除以質(zhì)量流量，我們就會獲得一個(gè)稱為特定推力的效率參數(shù) ，這大大簡化了渦輪發(fā)動機(jī)的性能分析
下面分析一下推力方程（原諒我用了粗糙的手繪。），便于方程的理解。
軸流式壓縮機(jī)
在軸流式壓縮機(jī)中，空氣平行于旋轉(zhuǎn)軸線流動。壓縮機(jī)由幾排翼型葉柵組成。某些行，稱為的轉(zhuǎn)子，被連接到中心軸，并在高速旋轉(zhuǎn)。其他行，稱為定子，是固定的，不要旋轉(zhuǎn)。定子的工作是通過使流動平行于軸線來增加壓力并防止流動繞軸線旋轉(zhuǎn)。
離心式壓縮機(jī)
離心式壓縮機(jī)如何工作？細(xì)節(jié)非常復(fù)雜，因?yàn)槿~片幾何形狀和所產(chǎn)生的流動是三維的，不穩(wěn)定的，并且具有粘性和可壓縮性。壓縮機(jī)上的每個(gè)葉片產(chǎn)生的壓力變化很像旋轉(zhuǎn)螺旋槳的翼型。但與螺旋槳葉片不同，離心式壓縮機(jī)的葉片彼此靠近，這嚴(yán)重改變了葉片之間的流動。離心式壓縮機(jī)還通過徑向轉(zhuǎn)動并因此加速流動來對流動起作用。壓縮機(jī)設(shè)計(jì)者必須依賴風(fēng)洞測試和復(fù)雜的計(jì)算模型確定離心式壓縮機(jī)的性能。
渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)（turbofan）
由噴管噴射出的燃?xì)馀c風(fēng)扇排出的空氣共同產(chǎn)生反作用推力的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)。
渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)（turboprop）
渦槳發(fā)動機(jī)的驅(qū)動原理大致上與使用活塞發(fā)動機(jī)作為動力來源的傳統(tǒng)螺旋槳飛機(jī)雷同，是以螺旋槳旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的力量來作為飛機(jī)前進(jìn)的推進(jìn)力。
加力式渦輪噴氣發(fā)動機(jī)（afterburning turbojet）
總結(jié)
雖然每個(gè)引擎都不同，但它們都有相同的部分。
這些發(fā)動機(jī)中的每一個(gè)都具有燃燒室（紅色），壓縮機(jī)（青色），渦輪（紫色）以及進(jìn)氣口和尾噴口（灰色）。
壓縮機(jī)，燃燒室和渦輪機(jī)被稱為發(fā)動機(jī)的核心，因?yàn)樗腥細(xì)廨啓C(jī)都具有這些部件。
核心也稱為氣體發(fā)生器因?yàn)楹诵牡妮敵鍪菬釓U氣。氣體通過尾噴口產(chǎn)生渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的推力，同時(shí)它用于驅(qū)動渦輪風(fēng)扇和渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)的渦輪（綠色）。因?yàn)閴嚎s機(jī)和渦輪機(jī)都連接通過中心軸，且一起旋轉(zhuǎn)，該組件被稱為渦輪機(jī)。
由于其高功率輸出和高熱效率，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)還用于與航空無關(guān)的各種應(yīng)用中。
將發(fā)動機(jī)的主軸連接到電磁鐵將產(chǎn)生電力。燃?xì)廨啓C(jī)還可用于為船舶，卡車和軍用坦克提供動力。在這些應(yīng)用中，主軸連接到齒輪箱，非常類似于渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)。
聯(lián)系客服
