涡轮喷气发动机热力循环
组成
单转子涡轮喷气发动机是由进气道、压气机、燃烧室、涡轮、喷管五大部件组成。
各组成部分的功能如下:
进气道:将足够的空气量,以最小的流动损失顺利引入压气机；除此之外,当飞行速度大于压气机进口处的气流速度时,可以通过冲压压缩空气,提高空气的压力。
压气机:通过高速旋转的叶片对空气做功,压缩空气,提高空气的压力。
燃烧室:高压空气和燃油混合,燃烧,将化学能转变位热能,形成高压高温的燃气。
涡轮:高温高压的燃气在涡轮内膨胀,向外输出功，去带动压气机和其他附件。
喷管:使燃气继续膨胀,加速,提高燃气速度。
足够量的空气，通过进气道以最小的流动损失顺利地引入发动机。压气机以高速旋转地叶片对空气做功压缩空气，提高空气地压力。高压空气在燃烧室内和燃油混合，燃烧，将化学能转变为热能，形成高温高压地燃气。高温高压地燃气首先在涡轮内膨胀，推动涡轮旋转，去带动压气机。然后燃气在喷管内继续膨胀，加速燃气，提高燃气的速度。使燃气以较高的速度喷出，产生推力。
发动机中压力最高的位置是在燃烧室进口,温度最高的位置是在涡轮的进口,发动机出口的压力可以等于,也可以大于外界的大气压。
中间的三个部分:压气机、燃烧室、涡轮称为燃气发生器。
燃气发生器是各种发动机的核心。这是因为:燃气发生器可以完成发动机将热能转变为机械能的工作,即燃油在燃烧室燃烧,将化学能转变为热能；涡轮将部分热能转变为机械能；而热能转变为机械能需要在高压下进行,压气机就是来提高压力的。
燃气发生器所获得的机械能按其分配方式不同就形成了不同类型的燃气涡轮发动机,即涡扇发动机,涡桨发动机,涡轴发动机等；所以涡轮发动机中的风扇,涡桨发动机中的螺旋桨和直升机的旋翼所需的功率都来自燃气发生器。故又称为这几种发动机的核心机。
单转子涡喷发动机的站位
为了讨论方便，表示了单转子涡喷发动机的站位规定。
0站位:发动机的远前方,那里的气流参数为 *0*
00,,,,T p V T p o ；
1站位:进气道的出口,压气机的进口,气流参数为 *1*1111,,,,T p V T p ；
2站位:压气机的出口,燃烧室的进口,气流参数为 *2*2222,,,,T p V T p ；
3站位:燃烧室的出口,涡轮的进口,气流参数为 *3*3333,,,,T p V T p ；
4站位:涡轮的出口,喷管的进口,气流参数为 *4*4444,,,,T p V T p ；
5站位:喷管的出口,气流参数为 *5*5555,,,,T p V T p ；
注意要区别于书上的循环过程的下标。 一、理想循环
燃气涡轮喷气发动机的理想化条件
在涡轮喷气发动机中进行的过程工质并没有完成闭合的循环。
而且所进行的过程十分复杂,其中工质与外界有热量的交换,功的交换,流动过程存在摩擦损失,还进行了化学反应,工质由空气变为了燃气,所有这些都给研究发动机的热力循环带来困难。
为了便于对燃气涡轮喷气发动机的工作过程进行热力分析,特作了如下假设: (1)假设工质完成的是一个封闭的热力循环。为此认为废气排入大气的过程是向冷源放热的过程，而且排出的废气和进入发动机进气道的空气的压力都接近于大气压，故将放热过程视为定压的放热过程。
(2)略去压缩与膨胀过程中工质与各部件之间的热量交换，忽略实际过程中的摩擦，用定熵过程代替。
(3)假设在燃烧室中进行的燃油燃烧释放出的热能的化学反应过程为外部热源对工质加热的过程，并且忽略由流动阻力和加热所引起的压力降低，从而用定压加热过程代替。
(4)喷入的燃油的质量忽略不计，而且假定工质是定质量的定比热容的完全
气体。
理想循环由四个过程组成： 1、等熵压缩过程
0－2是等熵的压缩过程，其中0－1是在进气道中进行的压缩过程，1－2是在压气机中进行的压缩过程； 2、定压加热
2－3是燃烧室中进行的定压加热过程； 3、等熵膨胀
3－9是等熵的膨胀过程，其中3－4是在涡轮中进行的膨胀过程，4－9是在喷管中进行的膨胀过程； 4、定压放热
9－0是在大气中进行的定压加热过程。 对于理想循环功
等压过程加热量为1q ＝**32()p c T T -
等压过程放热量为2q ＝90()p c T T - 循环的功 W ＝1q －2q
热效率t η为
t η＝
121q q q -＝1
21q q - ＝γ
γπ11
1-- 式中引入了反映循环特性的参数－增压比π
π＝*2
p p
燃气涡轮喷气发动机理想循环的热效率t η取决于发动机的增压比π和工质的热容比γ。也就是说，在γ一定的情况下，取决于空气在压缩过程中被压缩的程度，空气被压缩的程度高，则发动机的增压比π就高，发动机的热效率就高。 如果用机械能的形式表示，则循环功应当是包括进排气动能在内的总的膨胀功和压缩功之差，即
W ＝2290
22
T K v v W W +--
K W 和T W 分别表示压气机的压缩功和涡轮的膨胀功，如果两者相等，则可以得到
W ＝22
9022
v v -
二、实际循环
涡轮喷气发动机的实际循环与理想循环存在相当大的差别。
主要是因为在各部件中完成的实际热力过程存在各种损失，包括加热过程在内都是不可逆的。此外，在加热的前后工质的成分发生变化。 1、压缩过程
进气道内外气流的滞止过程中，压气机的压缩过程中均存在多种流动损失。 压缩过程是多变指数大于γ的多变过程。 2、加热过程
存在流动损失和加热过程的热阻损失，使压力有所下降。
喷油燃烧是化学反应，工质的化学成分和流量都会有变化，因此，加热过程也不是定压加热过程。
3、膨胀过程
在涡轮和喷管中，燃气膨胀有多种流动损失，所以也是多变过程。膨胀过程的多变指数小于γ。
这时的γ不同于空气的γ。 4、定压放热过程
除了放热本身的热量损失之外，不存在流动损失。 所以实际的放热过程与理想循环的放热过程是一致的。 实际循环分析
实际循环的工质是变换的，所以是一个开口的循环。 循环加热量
1q ＝**32()p c T T - 循环放热量
2q ＝'90()p c T T -
'p c 表示燃气的比热容
热效率t η为
t η＝
1
2
1q q q - 实际循环功
W ＝12q q -
对于涡轮喷气发动机，与理想循环一样，循环功表示为
W＝
22 90 22 v v
如果不考虑工质在燃烧室中的化学成分的变化和流量的增加，那么实际循环与理想循环在本质上的差别主要就是摩擦和加热所造成的流动损失和热阻损失。
在压缩、燃烧和膨胀的过程中，除了在燃烧室中的加热引起的热阻损失之外，都是由于摩擦而引起总压的损失，最终使喷管中实际用于膨胀以获得动能的压力下降。
所以提高热效率的一个很重要的方面就是要有高效率的部件。
，
－ 站位0（环境空气）－ 站位12（风扇进口）－ 站位25（高压压气机进口）－ 站位30（高压压气机出口）－ 站位49.5（级2低压涡轮静子）
航模涡轮喷气发动机制造安装 HerrSchreckling早期受到过基础技术教育，后来又修完了重点在应用物理学方面的工程课程。之后又在一家大型的化工公司从事工程控制和系3统控制方面的工作。HerrSchreckling在15岁之前已经有了飞行模型的经验，那是他第一次把一套飞机模型套件组装起来后的事。几年之后他开始学习制造模型飞机和无线电控制设备。他特别钟情于模型的动力系统，但那时还没有重大的进展。因此他投入了相当多的时在电动飞行器方面的开发：可调螺距的推进系统和计算机优化的电动飞行系统。接下来他的首次成功尝试是用他自己制作的一套电动直升机，随后是他为WolfgangKueppers设计了电动系统，并创造了竞速模型的速度记录。再随后的五年中他把他的全部业余时间投入了喷气发动机的开发，并且抽出时间写出他在这方面的成功经验。因此，如决定要开发专业级的模型喷气发动机的话，HerrSchreckling 是最适合的合作人选。虽然HerrSchreckling并不是非常好的模型飞行员，但是他具有独创的见解，并且在一个领域有独创，并把他自己做的发动机装到了模型中并且飞了起来，因此他必定是我们这个时代最多才多艺最有经验的模型制造者。至今已经有很多种成功类型的FD3/64涡轮喷气发动机被制造出来，这促使我决定要给这本新版本的书添加一个附录，涉及到喷气发动机的一些特殊问题，但是如果我要写一个很透切的附录那肯定会超出本书的范围，甚至会让读者困惑。很多问题摆在我面前，比如说：“为什么你把FD3/64发动机设计
成这个样子而不是那样？”对于这个问题我只能作一些比较片面的回答。当面对一个比较棘手的问题，比如轴承润滑的供给，我试图使用一些简单实用的解决方案而不使用比较完善但复杂的测试每一种方法找出最好的系统的方法。有很多在喷气模型方面比较成功的模型爱好者，他们的活动在1994年在Nordheim举行的争夺战利品Ohain/Whittle中形成了一个高潮。尽管是作为一个非完全专业的模型爱好者来参加竞赛的，但是由ReinerEckstein制作并操作使用FD3/64涡轮喷气发动机的一架“涡轮驯马师”获得了quotBestofShowquot奖。自从第一个版本出现以后很多真正的开发工作已经进行，并且在半像真比例模型和FD3发动机的飞行中获得了很多经验，这导致了一种新的更精确完美的设计的产生：FD3/67LS涡轮喷气发动机套件。当然我会很愿意对按我的图纸制作发动机中遇到的问题进行解释，对于过去在电话中耐心的听我指导的模型爱好者我在这向他们表示感谢。 简介22222.1简单的涡轮喷气发动机如何工作2.2一个用业余制作燃气轮机的好方法2.3燃烧系统2.3.1燃料2.3.2燃烧室和燃油喷射器2.4温度问题2.5冷却33333.1涡轮喷气推进和螺旋桨推进的本质区别3.2在典型的模型飞行器飞行中的动力效应3.2.1滑跑起飞3.2.2爬升性能和最大速度3.2.3典型的动力运动：圆周运动3.3涡轮喷气模型的飞行经验3.3.1今天的涡轮喷气发动机模型3.3.2涡轮喷气发动机模型的特性3.4飞行中的涡轮喷气发动机3.5噪声3.6模型介绍44444.1角速度和平面速度4.2涡轮的设计过程54.3压缩机的设计过程4.3.1增压涡轮的设计与空气动力的关系4.3.2扩散系统的设计4.3.3
喷气发动机原理简介
分类 涡轮喷气式发动机 完全采用燃气喷气产生推力的喷气发动机是涡轮喷气发动机。这种发动机的推力和油耗都很高。适合于高速飞行。也是最早的喷气发动机。离心式涡轮喷气发动机 使用离心叶轮作为压气机。这种压气机很简单，适合用比较差的材料制作，所以在早期应用很多。但是这种压气机阻力很大，压缩比低，并且发动机直径也很大，所以现在已经不再使用这种压气机。 轴流式涡轮喷气发动机 使用扇叶作为压气机。这样的发动机克服了离心式发动机的缺点，因此具有很高的性能。缺点是制造工艺苛刻。现在的高空高速飞机依然在使用轴流式涡喷发动机。 涡轮风扇发动机 一台涡扇发动机的一级压气机 主条目：涡轮风扇发动机
在轴流式涡喷发动机的一级压气机上安装巨大的进气风扇的发动机。一级压气机风扇因为体积大，除了可以压缩空气外，还能当作螺旋桨使用。 涡轮风扇发动机的燃油效率在跨音速附近比涡轮喷气发动机要高。 涡轮轴发动机 主条目：涡轮轴发动机 涡轮轴发动机类似涡桨发动机，但拥有更大的扭矩，并且他的输出轴和涡轮轴是不平行的(一般是垂直)，输出轴减速器也不在发动机上。所以他更类似于飞机上用的燃气轮机。 涡轴发动机的大扭矩使他经常用于需要带动大螺旋桨的直升机。它的结构和车用燃气轮机区别不大。 涡轮喷气发动机(Turbojet)（简称涡喷发动机）[1]是一种涡轮发动机。特点是完全依赖燃气流产生推力。通常用作高速飞机的动力。油耗比涡轮风扇发动机高。 涡喷发动机分为离心式与轴流式两种，离心式由英国人弗兰克·惠特尔爵士于1930年取得发明专利，但是直到1941年装有这种发动机的
飞机才第一次上天，没有参加第二次世界大战，轴流式诞生在德国，并且作为第一种实用的喷气式战斗机Me-262的动力参加了1944年末的战斗。 相比起离心式涡喷发动机，轴流式具有横截面小，压缩比高的优点，但是需要较高品质的材料——这在1945年左右是不存在的。当今的涡喷发动机均为轴流式。 一个典型的轴流式涡轮喷气发动机图解（浅蓝色箭头为气流流向）图片注释: 1 - 吸入, 2 - 低压压缩, 3 - 高压压缩, 4 - 燃烧, 5 - 排气, 6 - 热区域, 7 - 涡轮机, 8 - 燃烧室, 9 - 冷区域, 10 - 进气口
小型涡喷发动机制造材料总结 我是王开心,欢迎大家加入ＣＨNJET中国喷气爱好者原地！介于大家对小型涡喷发动机的热爱以及对制造一个属于自己小型涡喷发动机的追求,在此我写下这点总结以备大家在制造和生产小型涡喷发动机的过程中对于制造材料产生疑惑时做以参考,同时在这里也纠正一些刚刚了解到涡喷发动机和金属材料的朋友们的一个直观错误：选择耐高温材料并不单单只看这个金属材料的熔点,而是应多方面考虑到这个金属材料的蠕变强度，热疲劳性，高温抗氧化性以及高温下金属会产生晶粒长大效应等等因素。 相关名词的解释说明——晶粒长大效应：晶粒长大是金属的一种缺陷,晶粒越大,晶界越少,晶界少了金属各部分抵御外界的能力就变小了，因此晶粒长大效应是判断金属在高温下性能好坏的重要指标。 大家在制造小型涡喷发动机的过程中最能接触到的金属材料我总结为以下几种：304不锈钢，316L不锈钢，310S不锈钢，NAＳ8０0，NAS600和K４１8耐高温合金。下面对上述几种材料在加工和生产中容易遇到的问题和使用中容易遇到的问题做以介绍。 首先304不锈钢,３1６Ｌ不锈钢,３１0Ｓ不锈钢,NAS８００，NAS600都属于“奥氏体不锈钢”奥氏体不锈钢具有很高的耐蚀性，良好的冷加工性和良好的韧性、塑性、焊接性和无磁性,下面我们就来分析一下这几种金属在制造微型涡喷发动机时所要了解到的一些特性。
ＳUS30４ ３0４不锈钢介绍:３04不锈钢由于含碳量较低,因而有良好的加工成型性和抗氧化性，同时该钢具有良好的焊接性能，适用于各种方法的焊接（备注:该钢焊接后不需进行热处理工艺）。 ３04不锈钢的抗氧化特性：1,该钢在７00－800℃氧化时具有优异的抗氧化性能,属于完全抗氧化级。2,该钢在900℃时表面形成的氧化膜开始脱落，属于抗氧化级。3,该钢在1０00℃时属于次抗氧化级。304不锈钢管最高使用温度在7５０度-86０度但是，实际上达不到860度这么高。450度时有个临界点,情况如下：3０４不锈钢不易保持在45０到8６０度,因为在45０度以上的时候，会稀释碳周围的铬,形成碳化铭,造成贫铬区,从而改变不锈钢性能材质;而且,45０的温度外加屈服力会使得奥氏体向马氏体转化。说简单通俗一点，经常在450度以上环境下使用,３０4不锈钢的性能和结构都发生变化。 总结得出:30４不锈钢在９00℃以下的热空气中具有稳定的抗氧化性，同时在900℃时3０4不锈钢具有较小的晶粒尺寸，在800-1000℃时产生了奥氏体晶粒长大效应,加温为1０00℃时，晶粒的平均截距开始增大。所以在制造小型涡喷发动机时如果设计温度在600－9０0℃时不建议长期使用3０4不锈钢。但是，在模友制造过程中 如果受到经费的限制可以考虑用304不锈钢制造一个低推力的小型涡喷发动机的主轴，燃烧室及尾喷口。 SUS316Ｌ
第六章双轴涡轮喷气发动机 Twin spool turbo-jet engine 第6.1节双轴涡轮喷气发动机的防喘原理和性能优点Avoiding surge occurred and other adventages of Twin spool turbo-jet engine 采用双轴涡轮喷气发动机的主要目的是防止压气机喘振。双轴发动机把一台高设计增压比的压气机分为二台低设计增压比的压气机，分别由各自的涡轮带动。低压压气机与低压涡轮组成低压转子，高压压气机与高压涡轮组成高压转子，双轴发动机的结构方案如图6.1.1。 图6.1.1 双轴发动机简图 为什么双轴发动机在转速降低时有效的防止压气机喘振？这个问题在前面已经讨论过了，现在联系涡轮的工作状态进一步说明如下： 单轴的高设计增压比压气机在非设计状态下工作严重恶化，是由于沿压气机气流通道轴向速度的重新分布所引起的，根据压气机进口和出口流量相等的条件，可以得到 式中A 2、A 3 、c 2z 、c 3z 、ρ 2 和ρ 3 分别代表压气机进出口的面积、气流轴向分速度 和密度。上式可以改写为 由多变压缩过程的关系可得： 式中 n——多变指数 分别用压气机进出口的周向速度u 2和u 3 除上式左边的分子和分母，可得
上两式中K 1和K 2 为常数。在速度三角形中c z /u称为耗量系数。 由上两式可见，压气机增压比的变化将导致压气机进出口轴向速度之比和耗量系数之比也相应地变化。当发动机相似参数变化时，就会产生这种情 况。发动机相似参数的变化可能是由于转速的变化引起的，也可能是在转速不变时压气机进口温度变化引起的，这两种情况没有本质的差别。 由压气机的气流速度三角形可以知道，耗量系数的变化影响着速度三角形的形状，使气流流入压气机叶片的攻角发生变化。例如，压气机进口耗量系数c 2z 降低，将引起第一级压气机叶片的攻角增大；而压气机出口耗量系数c 3z 增加，将引起末级压气机叶片攻角减小。 因此，当发动机转速相似参数降低后，压气机的最前面几级和末后几级都将 偏离它们的设计状态，中间各级由于耗量系数c z 变化不大，因而工作状态变化不大。压气机前后各级的攻角偏离设计状态，首先使压气机级效率降低，进一步发展将会导致压气机喘振。在非设计状态下前后各级工作不协调的现象对于高设计增压比的压气机将更为严重。 通过上述分析，可以知道，要达到在非设计状态下前后各级协调地工作，最有效的方法是使各级的转速相应于各级进口气流轴向速度的重新分布而各自变 化，以保证各级耗量系数c z 不变。然而这在结构上是不可能的，也不需要这样。在一般情况下只要把压气机分成两组就足够了。这就成为双轴压气机和双轴发动机。 当双轴发动机的转速相似参数降低以后，高压转子和低压转子的转速自动地进行调整，使前后各级能够协调工作。为了说明这个现象，再进一步分析压气机和涡轮工作的某些特点。 压气机由设计状态降低转速和增压比时，前后各级的气流轴向速度和耗量系数都将重新分布，前几级的耗量系数降低，攻角加大；而后几级的耗量系数加大， 攻角减小。攻角的改变将引起各级加功量w c,i 的变化。 对于前面几级，攻角加大时，工作轮出口的气流相对速度方向基本不变，因 而气流转角Δβ加大，扭速Δw u 加大。如果是压气机进口温度增加使转速相似参数降低而工作轮切线速度u不变时，级的加功量也加大。 对于后面几级，流入角减小时，将使气流转角Δβ减小，扭速Δw u 减小， 因而级加功量w c,i 减小。 总之，当压气机增压比降低时，低压压气机的加功量w c,l 和高压压气机的加 功量w c,h 之比将加大，即 式中下角注s表示设计状态下的比值。 如果低压压气机和高压压气机用同一个比值降低转速(这在双轴发动机上当然是不可能的，但为了便于分析，姑且这样假设)，那末上述加功量比值的变化关系仍然是正确的。因为
热力学计算 1.1热力学计算 已知条件如下： 压缩比ε=9.5，缸数i=4,在转速为n=5500转每分钟时额定功率Ne=50KW 。 汽油成分gc=0.85,gh=0.15,Mt=114低热值Hu=44100kJ/kg 。 大气状态：P 0=1atm=1.033Kgf/cm 2,T 0=288K ；曲柄半径与连杆长度比： R/L=0.31。 (一)、原始参数的选择 1、过量空气空气系数a=0.9 2、进气系统阻力的流量系数7.0=?i 3、示功图丰满系数96.0=? (二)、排气过程： 1、排气终了压力P r P r =1.0+0.30N n n （Kgf/cm 2）=1.2（Kgf/cm 2） 其中 N n =1.5n (1-1) 2、排气终了温c 度T r T r =850+350N n n （K ）=850+350=1200（K ） (1-2) （三）进气过程： 1、4.2=e h N V f ? 2.131000 55004.2=?=h V f （cm 2/L ） (1-3) 2、进气压力5 .322262*********??????????? ??--???? ???-=εδε?f V n P P h a =0.930（Kgf/cm 2）(1-4) 3、△T=△T N （110-0.0125n ）/(110-0.0125n e ),取△T N =17o C 则△T=17o C 4、残余废气系数2 .1930.05.92.1120017288-??+=-??+= r a r r r P P P T T T εγ=0.040 (1-5) 5、进气温度 a T =0T +?T=16+17=33C 0=306 K (1-6) 6、充气系数c
涡轮喷气发动机(Turbojet)（简称涡喷发动机）是一种涡轮发动机。特点是完全依赖燃气流产生推力。通常用作高速飞机的动力。油耗比涡轮风扇发动机高。 涡喷发动机分为离心式与轴流式两种，离心式由英国人弗兰克·惠特尔爵士于1930年取得发明专利，但是直到1941年装有这种发动机的飞机才第一次上天，没有参加第二次世界大战，轴流式诞生在德国，并且作为第一种实用的喷气式战斗机Me-262的动力参加了1944年末的战斗。 相比起离心式涡喷发动机，轴流式具有横截面小，压缩比高的优点，但是需要较高品质的材料——这在1945年左右是不存在的。当今的涡喷发动机均为轴流式。 一个典型的轴流式涡轮喷气发动机图解（浅蓝色箭头为气流流向） 图片注释: 1 - 吸入, 2 - 低压压缩, 3 - 高压压缩, 4 - 燃烧, 5 - 排气, 6 - 热区域, 7 - 涡轮机, 8 - 燃烧室, 9 - 冷区域, 10 - 进气口目录 1 结构 一个典型的轴流式涡轮喷气发动机图解（浅蓝色箭头为气流流向）图片注释: 1 - 吸入, 2 - 低压压缩, 3 - 高压压缩, 4 - 燃烧, 5 - 排气, 6 - 热区域, 7 - 涡轮机, 8 - 燃烧室, 9 - 冷区域, 10 - 进气口 1.1 进气道 1.2 压气机 1.3 燃烧室与涡轮 1.4 喷管及加力燃烧室 2 使用情况 3 基本参数 结构
离心式涡轮喷气发动机的原理示意图 图片注释: 顺时针依次为: 离心叶轮（压缩机），轴，涡轮机，喷嘴，燃烧室 轴流式涡轮喷气发动机的原理示意图 图片注释: 顺时针依次为: 压缩机，涡轮机，喷嘴，轴，燃烧室 进气道 轴流式涡喷发动机的主要结构如图，空气首先进入进气道，因为飞机飞行的状态是变化的，进气道需要保证空气最后能顺利的进入下一结构：压气机（compressor）。进气道的主要作用就是将空气在进入压气机之前调整到发动机能正常运转的状态。在超音速飞行时，机头与进气道口都会产生激波（shockwave），空气经过激波压力会升高，因此进气道能起一定的预压缩作用，但是激波位置不适当将造成局部压力的不均匀，甚至有可能损坏压气机。所以一般超音速飞机的进气道口都有一个激波调节锥，根据空速的情况调节激波的位置。 离心式涡轮喷气发动机的原理示意图图片注释: 顺时针依次为: 离心叶轮（压缩机），轴，涡轮机，喷嘴，燃烧室 两侧进气或机腹进气的飞机由于进气道紧贴机身，会受到附面层（boundary layer，或邊界層）的影响，还会附带一个附面层调节装置。所谓附面层是指紧贴机身表面流动的一层空气，其流速远低于周围空气，但其静压比周围高，形成压力梯度。因为其能量低，不适于进入发动机而需要排除。当飞机有一定迎角（angle of attack，AOA）时由于压力梯度的变化，在压力梯度加大的部分（如背风面）将发生附面层分离的现象，即本来紧贴机身的附面层在某一点突然脱离，形成湍流。 湍流是相对层流来说的，简单说就是运动不规则的流体，严格的说所有的流动都是湍流。湍流的发生机制、过程的模型化现在都不太清楚。但是不是说湍流不好，在发动机中很多地方例如在燃烧过程就要充分利用湍流。 压气机 压气机由定子（stator）叶片与转子（rotor）叶片交错组成，一对定子叶片与转子叶片称为一级，定子固定在发动机框架上，转子由转子轴与涡轮相连。现役涡喷发动机一般为8－
1.涡喷发动机的工作原理？ 涡喷发动机以空气为介质，进气道将所需的的外界空气以最小的流动损失送到压气机；压气机通过高速旋转的叶片对空气压缩做功，提高空气的压力；空气在燃烧室内和燃油混合燃烧，将燃料化学能转变成热能，生成高温高压燃气；燃气在涡轮内膨胀，将热能转为机械能，驱动涡轮旋转，带动压气机；燃气在喷管内继续膨胀，加速燃气，燃气以较高速度排出，产生推力。 2.涡轮发动机的特征，什么是燃气涡轮发动机的特性？发动机特性分哪几种？ 特征：发动机作为一个热机，它将燃料的热能转变为机械能，同时作为一个推进器，它利用所产生的机械能使发动机获得推力。 发动机的特性：燃气涡轮发动机的推力和燃油消耗率随发动机转速、飞行高度和飞行速度的变化规律叫发动机特性。发动机特性分为：保持飞机高度和飞机速度不变的情况下，发动机推力和燃油消耗率随发动机转速的变化规律叫发动机转速特性。在给定的调节规律下，保持发动机的转速和飞机速度不变时，发动机的推力和燃油消耗率随飞机的高度的变化规律叫高度特性。在给定的调节规律下，保持发动机的转速和飞行高度不变时，发动机的推力和燃油消耗量随飞机速度（或马赫数）的变化规律叫速度特性。 3.净推力和总推力 根据牛顿第2，第3定律，气流进入发动机和离开发动机的动量发生变化，产生推力。 净推力：取决于离开发动机的燃气动量与进来的空气动量加进来的燃油动量。净推力还包括喷管出口的静压超过周围空气的静压产生的推力。Fn=Qma(Vj-Va)+Aj(Pj-Pam) 总推力：是指当飞机静止时发动机排气产生的推力，包括排气动量产生的推力和喷口静压和环境空气静压之差产生的附加推力。Fg=Qma(Vj)+Aj(Pj-Pam)。 正常飞行时，压气机、扩压器、燃烧室、排气锥产生向前推力，涡轮、尾喷口产生向后的推力。 4.影响热效率的因素？ 热效率表明，在循环中加入的热量有多少变为机械功。影响因素有：加热比（涡轮前燃气总温），压气机增压比，压气机效率和涡轮效率。加热比、压气机效率和涡轮效率增大，热效率也增大。压气机增压比提高，热效率增大，当增压比等于最经济增压比时，热效率最大，继续提高增压比，热效率反而下降。热效率也称做内效率。 5.进气道的作用？什么是进气道总压恢复系数？ 一是尽可能多的恢复自由气流的总压并输送该压力到压气机，这就是冲压恢复或压力恢复；二是提供均匀的气流到压气机使压气机有效地工作。进气道出口截面的总压与进气道前方来流的总压比值，叫做进气道总压恢复系数，该系数是小于1的数值，表示进气道的流动损失。 6.进气道冲压比的定义，影响冲压比的因素？ 进气道的冲压比是：进气道出口处的总压与远方气流静压的比值。冲压比越大，说明空气在压气机前的冲压压缩程度越大，影响冲压比因素：流动损失，飞行速度和大气温度。（大气密度、高度、发动机转速）：当大气温度和飞行速度一定时，流动损失大，则冲压比下降；当大气温度和流动损失一定时，飞行速度越大，则冲压比增加；当飞行速度和流动损失一定时，大气温度上升，则冲压比下降。 7.压气机分哪两种？目前燃气涡轮发动机中常采用哪一种，为什么？ 离心式和轴流式。目前燃气涡轮发动机中常采用轴流式压气机。这是因为轴流式压气机具有下述优点：总的增压比高，压气机效率高，单位面积的流通能力高，迎风面积小，阻力小。缺点：单级增压比低，结构复杂 离心式优点：单级增压比高，压气机稳定工作范围宽，结构简单可靠，重量轻，长度短，起动功率小，缺点：流动损失大，效率低，单位面积的流通能力低，迎风面积大，阻力大 8.进口导向叶片的功能是什么？决定进入压气机叶片气流攻角的因素是什么？ 为了保证压气机工作稳定，有的在第1级工作叶轮前还有一排不动的叶片称为进口导向叶片。其功能是引导气流的流动方向产生预旋，使气流以合适的方向流入第1级工作叶轮。决定因素是：工作叶轮进口处的绝对速度（包括大小和方向），压气机的转速。 9.简要说明空气在多级压气机中的流动。 基元级的叶栅通道均是扩张形的。在叶轮内，绝对速度增大，相对速度减小。同时，总压、静压和总温、静温都升高；在整流器内，绝对速度减小；静压和静温升高，总压略有下降，总温保持不变。由此可见，空气流过基元级时，不仅在叶轮内受到压缩，而且在整流器内也受到压缩。
斯特林循环 Stirling cycle 热气机（即斯特林发动机）的理想热力循环，为19世纪苏格兰人R.斯特林 所提出，因而得名。图[斯特林循环的-和- 图]-和-图" class=image>为斯 特林循环在压-容(-)图和温-熵(T-S)图上的表示。它是由两个定容吸热过程和两个定温膨胀过程组成的可逆循环，而且定容放热过程放出的热量恰好为定容吸热过程所吸收。热机在定温(T1)膨胀过程中从高温热源吸热，而在定温(T2)压缩过程中向低温热源放热。斯特林循环的热效率为 [0727-01]式中W为输出的净功；Q1为输 入的热量。根据这个公式，只取决于T1和T2，T1越高、T2越低时，则越高，而且等于相同温度范围内的卡诺循环热效率。因此，斯特林发动机是一种很有前途的热力发动机。斯特林循环也可以反向操作，这时它就成为最有效的制冷机循环。 卡诺热机循环的效率 让我们分析以理想气体为工作物质的卡诺热机循环并求其效率。以v表示理想气体的摩尔数，以T1和T2分别表示高温和低温热库的温度。气体的循环过程如图10.12所示。它分为以下几个阶段，两个定温和两个绝热过程。 1→2：使温度为T1的高温热库和气缸接触，气缸内的气体吸热作等温膨胀。体积由V1增大到V2。由于气体内能不变，它吸收的热量就等于它对外界做的功。利用公式(10.3)可得
2→3：将高温热库移开，气缸内的气体作绝热膨胀，体积变为V3，温度降到T2。 3→4：使温度为T2的低温热库和气缸接触，缸内的气体等温地被压缩到体积V4，使状态4和状态1位于同一条绝热线上，在这一过程中，气体向低温热库放出的热量为 4→1：将低温热库移开，缸内的气体绝热地被压缩到起始状态1，完成一次循环。 在一次循环中，气体对外做的净功为 W=Q1-Q2 卡诺循环中的能量交换与转化关系可用图10.13那样的能流图表示。 根据热机效率的定义公式(10.23)，可得理想气体卡诺热机循环的效率为 根据理想气体的绝热过程方程，对两条绝热线应分别有 两式相比，可得 从而有
产品名称: 微型涡轮喷气发动机 规格型号: 包装说明: 多种规格和型号的微型喷气发动机，推力60kg，40kg，12kg，6kg，能满足不同需要。 本实用新型涉及的一种微型涡轮喷气发动机，它包括有外壳、轴承、转轴、进气外定子、进气定子、轴套、尾排气定子、整流罩、尾轴螺母、排气定子、排气叶轮、控制装置，它还包括有前轴螺母、大轴套、燃烧室，所述转轴的前轴伸端和后轴伸端设有外螺纹，在转轴的前轴伸端的外螺纹上旋有前轴螺母，并且在转轴上向后依次设置有进气叶轮、轴套、一对支撑轴承、轴套、排气叶轮，在后轴伸端的外螺纹上旋有尾轴螺母，所述进气叶轮和排气叶轮与转轴相固定连接；由于采用了本设计方案，提高了航模发动机推动力，大大提高了航模飞行的性能，拓展了航模在现代战争、军事演习和提高军事演练技能上发挥其重要的作用 20CM的涡扇发动机存在使用型号，但全是军用型号，用于某些巡航导弹的。也正因为如此，具体的数值保密，无法知道。但两位工程师大概估算了一下，根据构型不同，最大推力应当在200磅（离心式压气机构型），至400磅（轴流式压气机构型）之间。 航模协会的人说，用于航模的涡喷发动机口径4-8厘米。最大推力20-40公斤，相当吓人。他有一架装备4.3厘米口径涡喷发动机的模型，自重1.6公斤，最大飞行速度可达350公里/小时。 30厘米直径，10000牛？差不多一吨的推力？ 双路式涡轮喷气发动机 百科名片 涡轮发动机 涡轮发动机通过增加空气流过发动机的速度来产生推力。它包括进气道，压缩器，燃烧室，涡轮节，和排气节。
如图1 涡轮发动机相比往复式发动机有下列优点：振动少，增加飞机性能，可靠性高，和容易操作。
航空发动机热力计算 根据廉筱纯和吴虎编著的《航空发动机原理》一书，我针对书籍中的第五章的热力计算的方法以及步骤编辑了一个计算程序。该程序适用于具有涵道比的涡轮风扇发动机在加力与不加力的两种情况下发动机性能的计算，主要有航空发动机的单位推力以及耗油率的计算，当然读者可以很随意的修改就能得到发动机的其他性能参数； 对书中的修改之处的说明： 1、155页计算油气比f 时公式为：f =C pg T t4?C p T t3 b H u ?C pg T t4 若仅仅用假定的数 值所得到的f 为负值，因为此处单位不统一，H u 必须乘以1000；后面涉及油气比计算时类似； 2、计算如T t4a T t4, T t4.5T t4a , T t5T t4c , T t4c T t4.5 如此形式的值时，一律用中间变量tm 代替； 3、157页 τ2m =T t4c T t4.5= 1?β?δ1?δ2 1+f +δ1δ2C p T t3/(C pg T t4.5) 1?β?δ1?δ2 1+f +δ1+δ2 应改成 τ2m =T t4c T t4.5 = 1?β?δ1?δ2 1+f +δ1+δ2C p T t3/(C pg T t4.5) 1?β?δ1?δ2 1+f +δ1+δ2 4、程序中由于不能定义希腊字母为变量，程序中都以近似的读音来定义变量，作如下说明：
①δ1 ：d1，含有δ的类似，用d代替δ； : nb，含有η的类似, 用n代替η； ②η b ③πcl：Picl，含有π的类似；用Pi代替π ④β：bt ，读音有点相近； 另外，程序中定义了加力的标志sign：若计算加力情况则把sign的值置为1，不加力则定义1以外的数值即可。 程序如下： #include
内燃机热力循环 一、燃气轮机循环 燃气轮机理想循环为布雷顿循环（Brayton Cycle) ，它是工质连续流动做功的一种轮机循环，如图1所示 。它既可作内燃布雷顿循环，又可作外燃布雷顿循环。内燃的布雷顿循环为开式循环，常用工质为空气或燃气。外燃的布雷顿循环是闭式循环，通过热交换器对工质加热，在另一热交换器排出工质余热。 循环过程为： 工质在压气机中等熵压缩1－2，在燃烧室（或热交换器中）等压加热2－3 ，在燃气轮机中等熵膨胀3－4和等压排气4－1 。 图1 燃气轮机循环 燃气轮机循环的指示热效率为 11k k i c ηπ-=- 式中，c π为压气机中气体的压比，k 为比热比。 燃气轮机开式循环常与内燃机基本循环配合使用。 二、涡轮增压内燃机热力循环 将涡轮增压技术（或燃气轮机技术）应用到内燃机上是内燃机循环的一项重大技术发展。一方面内燃机希望获得更多的进气（或可燃混合气）充量，以提高内燃机的功率和热效率；另一方面从内燃机排出的高温、高压废气能导入燃气涡轮中再作功，推动与燃气涡轮相连（同轴）的压气机来提高进气（或可燃混合气）的压力供给内燃机，这样就成为涡轮增压内燃机。涡轮增压内燃机有等压涡轮和变压涡轮两种系统，它们的热力循环也有所不同。 1．恒压涡轮增压内燃机热力循环 图2是等压涡轮增压内燃机热力循环。它由内燃机基本循环1→2→3’→3→4→1和燃气轮机循环7→1→5→6→7组成。
图2 等压涡轮增压内燃机热力循环 压气机将气体从状态7（大气压力p0）等熵压缩到状态1（压力为p s）之后进入内燃机。按内燃机热力循环到达状态4。气体在排气过程进入等压涡轮时由于排气门的节流损失和排气动能在排气总管内的膨胀、摩擦、涡流等损失而变成热能，气体温度升高，体积膨胀而到达状态5。气体从4→5 这部分能量没有利用，对内燃机来说相当于从状态4直接回到状态1。气体在等压涡轮中从状态5等熵膨胀到状态6，然后排入大气。 2 ．变压涡轮增压内燃机热力循环 变压涡轮增压内燃机热力循环如图3 。与等压涡轮增压内燃机热力循环不同，变压涡轮增压内燃机中气体从状态4 进入变压涡轮中排气能量不会由于排气管突然变粗而膨胀损失，进入变压涡轮前的气体压力在p4与p1’之间变化。如不计气体流动中的摩擦损失，气体在涡轮中的膨胀从开始排气时的p4→p5到最后的p1’→p5（因为后面从气缸中排出的气体压力不断下降）。 图3 变压涡轮增压内燃机热力循环 内燃机的等容放热过程4→1可看成为涡轮的等容加热过程1→4 ，然后为气体在涡轮内的等熵膨胀4→5 。5→6为等压放热过程。6→1为气体在压气机中的等熵压缩过程。 三、涡轮增压中冷内燃机热力循环
涡轮喷气发动机制作图结构设计 注意事项：个人自制涡喷是一项能力挑战，不建议无机械基础及未成年人尝试！！另外在此申明：本资料如用于商业产品开发，请自行解决相关版权。谢谢合作！！！另外，制作中一定要有安全意识，！！！切记与高速运转物体，与火打交道，安全第一！ 安全守则： 涡喷的制作不同于其他模型，由于涡喷在高温与高速条件下工作 如果你不想被当成烤鸭请注意下面的事项！！ 1.别被火喷成烤鸭，玩火要有科学知识指导。 2.涡轮一定要作动平衡才能用。
3.无论如何不要在共公场合试发动机，很多人围观不是好事。 4.涡轮转速高达70000转每分以上，没机械基础不要去试！！ 5.发动机试运与工作中，永远不要站在涡轮的两侧正对位，以免涡轮发生事故时，钢片高速飞出，象子弹一样，危及生命！！ 特别提醒!做涡喷一定要有机加工与材料常识，了解金属，火灾,爆炸原理，等安全知识，安全第一。 涡喷自制问题解答： 1:.发动机如何自己设计？到哪里找材料，价钱如何？ 模型用的发动机不是大的发动机的按比列缩小，任何试图这样做都很可能是失败。值得推荐的是英国人-Kurt Schreckling设计的FD3-64航模涡喷发动机的设计，开创了小型发动机设计先河，用一个简单方法制作的放射式压气机，环型燃烧室，一个用简单方法制做出来的涡轮，达到了良好的效果。他的理念已被最新改进的各种新的设计所证实，并且都是以他的设计为基础进行的提炼。数字显示，许多爱好者根据他的著作理论，成功地将发动机用在了航模上。
涡轮喷气发动机材料为不锈钢为主，材料成本很低，如果从材料本身的价值来说，以广州为例，也就100元上下，但由于个人爱好者，有些可能无机床，氩弧焊的话，到外面加工的人力成本会贵过材料费。但也无妨。再就是如果有认识不锈钢加工厂的话，找到边角料足矣做一台涡轮,如果你想省事些，可以用涡轮增压器上的压气轮来代替木头的压气轮。。 2.涡轮容易加工吗,没专业设备如何做动平衡？ 涡轮是由型号为301,2.5mm不锈板剪口弯成，用一个小电钻配小砂轮可以打磨出翼型即可，关键的动平衡测试，记住这一点很重要！！否则会导致发动机解体！！是用我们的大拇指与食指来感觉振动。灵敏度相当高。足以完成涡轮的动平衡调试。 3.散热与轴承问题 压缩空气将穿过轴套为轴承提供冷却，轴承为简单的滚珠轴承，用自身的压缩空气压油提供油雾润滑。可以用透平油，或低粘度的机械润滑油。 FD3-64的设计合理的利用压气机的空气，将温度控制在600度以下，从而保证各部件的强度。 在运行中我们要注意发动机的温度不能超高。
第43卷 第11期2009年11月 西 安 交 通 大 学 学 报 JOURNAL OF XI AN JIAOT ON G U NIVERSIT Y Vo l.43 !11Nov.2009 收稿日期:2009 03 13. 作者简介:何茂刚(1970-),男,教授,博士生导师. 基金项目:国家自然科学基金资助项目(50776070,50821064). 车用发动机余热回收的新型联合热力循环 何茂刚,张新欣,曾科 (西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,710049,西安) 摘要:针对汽车发动机排气余热、冷却水余热和润滑油余热的特点,提出了一种新型的适用于车用发动机余热回收的热力循环系统.此系统由用来回收温度较高的发动机排气余热及润滑油余热的有机Rankine 循环(Or ganic Rankine Cycle,ORC)和用来回收温度较低的发动机冷却水余热的Kalina 循环耦合而成.基于P R 状态方程,编写了计算程序对此热力循环系统进行了热力学性能分析,还分析了采用不同有机工质对循环整体性能的影响.与传统的只回收发动机排气余热的热力循环系统相比,文中提出的构型其余热回收效率更高.当采用环戊烷为ORC 工质时,循环系统的整体效率为20 83%;当采用R113为ORC 工质时,循环系统的整体效率为16 51%.关键词:车用发动机;余热回收;新型热力循环;热力学性能 中图分类号:T K123 文献标志码:A 文章编号:0253 987X(2009)11 0001 05 A New Combined Thermodynamic Cycle for Waste Heat Recovery of Vehicle Engine H E M aogang,ZH ANG Xinx in,ZEN G Ke (S tate Key Laboratory of M ultiph as e Flow in Pow er Engineering,Xi an Jiaotong University,Xi an 710049,China) Abstract :From the characteristics of w aste heat in ex haust,cooling w ater and lubricant,a new therm ody nam ic cycle fo r w aste heat r ecovery o f vehicle engines w as pro posed.T he present sy s tem consists of tw o cy cles,organic Rankine cycle (ORC)for recov er ing the w aste heat in high temperatur e ex haust and lubricant and Kalina cycle fo r reco ver ing the w aste heat in low tempera tur e coo ling w ater.Based on P R equatio n of state,the thermo dynamic perform ance of the cycle w as theoretically calculated w ith a self w r itten computing prog ram.T hen the overall perform ance of the cycle w ith different o rganic w orking fluids w as analyzed indiv https://www.doczj.com/doc/df3974137.html,pared w ith the conv entional cy cle configuration used fo r only reco ver ing the exhaust heat,the pr esent cycle has higher w aste heat r ecovery efficiency.The ov erall efficiency of the cycle w ith cy clo pentane and R113is 20.83%and 16.51%,r espectively. Keywords :vehicle eng ine;w aste heat r ecovery;new thermodynamic cycle;ther modynam ic per for mance 车用发动机余热利用是提高其燃料利用率的重要研究课题.目前展开的研究工作有利用发动机余热进行温差发电[1]、取暖和吸收式制冷[2 4],以及利用发动机余热做功.利用排气温差的发电技术,能量转换效率很低,实际热电转换效率约为2 12%,而同类装置的转换效率最高也只有10%左右.发动机 余热取暖系统无法在发动机停止工作时使用,且在高寒地区使用时对换热元件要求较高.发动机余热吸收式制冷系统则存在单位质量的吸附剂产生的制冷功率小、系统笨重、余热利用率不高等问题.鉴于这两种余热利用方式存在的缺点,利用发动机余热做功已成为发动机余热利用领域新的研究热点.
涡轮风扇喷气发动机及涡轮喷气发动机的区别以及涡喷.冲压原理 涡轮风扇喷气发动机的诞生 二战后，随着时间推移、技术更新，涡轮喷气发动机显得不足以满足新型飞机的动力需求。尤其是二战后快速发展的亚音速民航飞机和大型运输机，飞行速度要求达到高亚音速即可，耗油量要小，因此发动机效率要很高。涡轮喷气发动机的效率已经无法满足这种需求，使得上述机种的航程缩短。因此一段时期内出现了较多的使用涡轮螺旋桨发动机的大型飞机。 实际上早在30年代起，带有外涵道的喷气发动机已经出现了一些粗糙的早期设计。40和50年代，早期涡扇发动机开始了试验。但由于对风扇叶片设计制造的要求非常高。因此直到60年代，人们才得以制造出符合涡扇发动机要求的风扇叶片，从而揭开了涡扇发动机实用化的阶段。 50年代，美国的NACA(即NASA 美国航空航天管理局的前身)对涡扇发动机进行了非常重要的科研工作。55到56年研究成果转由通用电气公司(GE)继续深入发展。GE在1957年成功推出了CJ805-23型涡扇发动机，立即打破了超音速喷气发动机的大量纪录。但最早的实用化的涡扇发动机则是普拉特·惠特尼(Pratt & Whitney)公司的JT3D涡扇发动机。实际上普·惠公司启动涡扇研制项目要比GE晚，他们是在探听到GE在研制CJ805的机密后，匆忙加紧工作，抢先推出了了实用的JT3D。 1960年，罗尔斯·罗伊斯公司的“康威”(Conway)涡扇发动机开始被波音707大型远程喷气客机采用，成为第一种被民航客机使用的涡扇发动机。60年代洛克西德“三星”客机和波音747“珍宝”客机采用了罗·罗公司的RB211-22B大型涡扇发动机，标志着涡扇发动机的全面成熟。此后涡轮喷气发动机迅速的被西方民用航空工业抛弃。 波音707的军用型号之一，KC-135加油机。不加力式涡扇发动机实际上较为容易辨认，其外部有一直径很大的风扇外壳。 涡轮风扇喷气发动机的原理 涡桨发动机的推力有限，同时影响飞机提高飞行速度。因此必需提高喷气发动机的效率。发动机的效率包括热效率和推进效率两个部分。提高燃气在涡轮前的温度和压气机的增压比，就可以提高热效率。因为高温、高密度的气体包含的能量要大。但是，在飞行速度不变的条件下，提高涡轮前温度，自然会使排气速度加大。而流速快的气体在排出时动能损失大。因此，片面的加大热功率，即加大涡轮前温度，会导致推进效率的下降。要全面提高发动机效率，必需解决热效率和推进效率这一对矛盾。 涡轮风扇发动机的妙处，就在于既提高涡轮前温度，又不增加排气速度。涡扇发动机的结构，实际上就是涡轮喷气发动机的前方再增加了几级涡轮，这些涡轮带动一定数量的