第一讲 燃气涡轮发动机概述

航空燃气涡轮发动机概述航空燃气涡轮发动机是现代航空工业中最重要的动力装置之一、它具有高效率、高功率密度和高可靠性等优点，被广泛应用于各类飞机中。

本文将概述航空燃气涡轮发动机的工作原理、结构组成、分类、性能指标以及未来发展方向等内容。

航空燃气涡轮发动机的工作原理基于燃烧室内的燃气推动涡轮。

它由压气机、燃烧室和涡轮组成。

首先，压气机将空气压缩，提高其温度和压力。

然后，压缩空气进入燃烧室，与燃料混合并燃烧，产生高温高压的燃气。

最后，高压燃气通过涡轮使其旋转，产生推力，并从尾喷管排出。

可见，航空燃气涡轮发动机的工作原理是通过涡轮驱动压气机，提供压缩空气并将其推向尾喷管。

航空燃气涡轮发动机的结构组成包括压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管和附属系统等。

压气机主要通过叶片的旋转将空气压缩，提高其温度和压力。

燃烧室用于将燃料与压缩空气混合并燃烧，产生高温高压的燃气。

涡轮通过燃气的膨胀驱动压气机，使其继续工作，并产生推力。

尾喷管用于将高压燃气排出，并产生反作用力。

附属系统包括供油系统、冷却系统和控制系统等，用于保证发动机的正常运行。

航空燃气涡轮发动机可以根据压气机的工作循环分类为单转子和双转子发动机。

单转子发动机只有一个压气机和一个涡轮，如连杆式发动机。

双转子发动机具有两个对称的压气机和涡轮，如军用飞机上常用的分段式发动机。

根据尾喷管的形式，航空燃气涡轮发动机还可分为直喷式和径向喷管式。

航空燃气涡轮发动机的性能指标主要包括推力、燃油消耗率、比功率、绕程推力比和起动性能等。

推力是发动机提供的推动力量，决定飞机的加速能力和最大速度。

燃油消耗率是单位推力下消耗的燃油量，直接影响飞机的航程和经济性。

比功率是单位发动机质量下产生的推力，用于衡量发动机的功率密度。

绕程推力比是发动机在巡航状态下产生的推力与起飞推力的比值，用于衡量发动机的高空巡航性能。

起动性能包括发动机的起动时间和起动能力，在冷启动和热启动时对飞机的起飞和复飞具有重要影响。

目录[隐藏]∙ 1 基本原理o 1.1 压缩机o 1.2 燃烧室o 1.3 涡轮∙ 2 应用o 2.1 喷射引擎o 2.2 辅助动力单元o 2.3 微型燃气涡轮引擎3 参看[编辑]基本原理Lycoming T-53燃气涡轮机燃气涡轮喷射机引擎的图示。

燃气涡轮机主要由压缩机（compressor）、燃烧室（combustion chamber）、涡轮（turbine）等部份构成。

新鲜空气由进气道进入燃气轮机后，首先由压缩机加压成高压气体，接着由喷油嘴喷出燃油与空气混合后在燃烧室进行燃烧成为高温高压气体，然后进入涡轮段推动涡轮，将热能转换成机械能输出，最后的废气由排气管排出。

而由涡轮输出的机械能中，一部份会用来驱动压缩机，另一部份则经由传动轴输出，用以驱动我们希望驱动的机构如发电机、传动系统等。

[编辑]压缩机压缩机的功用是对气流做功，以提高气流的压力。

一般燃气轮机的压缩机通常有轴流式和离心式两种。

轴流式压缩机会有许多的叶片，形状类似螺旋桨叶片，但是分为“静子”（stator）与“转子”（rotor）两种。

转子就像螺旋桨一般地旋转，在旋转的过程中将气流向后推，这时气流的压力就会提高，温度也会升高。

静子的功用是将因为转子的作用而产生旋转的气流导引回轴向，以正确的角度进入下一组转子。

通常是一组转子和一组静子交互配置，而一组转子和静子就称为一级。

离心式压缩机则是利用叶轮旋转时产生的离心力将气流向外推，而产生加压的效果。

一级的离心式压缩机就能有数级轴流式压缩机的压缩比，对于较小型的燃气轮机来就是不错的选择，但是由于气流是向外辐射，必须以大幅弯曲的通道折回内部，故能量的耗损也较大。

压缩比是压缩机的主要性能指标，指的是气流压力在加压后与加压前的比，通常压缩比较高的燃气轮机，效率也较高，但是气流在压缩过程中温度会上升，考虑到涡轮所能承受的温度有一定的限度，压缩比太高反而不好。

理想的压缩过程应该是等熵过程，但是实际上压缩后的气流的温度和熵都会大于理想值，压力则低于理想值，而压缩机的效率则定义为：其中ηc代表压缩机效率，h1代表气流进入压缩机之前的焓，h2i代表理想状况下气流离开压缩机时的焓，h2a代表实际状况下气流离开压缩机时的焓。

燃气涡轮发动机—搜狗百科燃烧室和涡轮不仅工作温度高，而且还承受燃气轮机在起动和停机时，因温度剧烈变化引起的热冲击，工作条件恶劣，故它们是决定燃气轮机寿命的关键部件。

为确保有足够的寿命，这两大部件中工作条件最差的零件如火焰筒和叶片等，须用镍基和钴基合金等高温材料制造，同时还须用空气冷却来降低工作温度。

对于一台燃气轮机来说，除了主要部件外还必须有完善的调节保安系统，此外还需要配备良好的附属系统和设备，包括：起动装置、燃料系统、润滑系统、空气滤清器、进气和排气消声器等。

燃气轮机有重型和轻型两类。

重型的零件较为厚重，大修周期长，寿命可达10万小时以上。

轻型的结构紧凑而轻，所用材料一般较好，其中以航机的结构为最紧凑、最轻，但寿命较短。

与活塞式内燃机和蒸汽动力装置相比较，燃气轮机的主要优点是小而轻。

单位功率的质量，重型燃气轮机一般为2～5千克/千瓦，而航机一般低于0.2千克/千瓦。

燃气轮机占地面积小，当用于车、船等运输机械时，既可节省空间，也可装备功率更大的燃气轮机以提高车、船速度。

燃气轮机的主要缺点是效率不够高，在部分负荷下效率下降快，空载时的燃料消耗量高。

不同的应用部门，对燃气轮机的要求和使用状况也不相同。

功率在10兆瓦以上的燃气轮机多数用于发电，而30～40兆瓦以上的几乎全部用于发电。

燃气轮机发电机组能在无外界电源的情况下迅速起动，机动性好，在电网中用它带动尖峰负荷和作为紧急备用，能较好地保障电网的安全运行，所以应用广泛。

在汽车(或拖车)电站和列车电站等移动电站中，燃气轮机因其轻小，应用也很广泛。

此外，还有不少利用燃气轮机的便携电源，功率最小的在10千瓦以下。

燃气轮机的未来发展趋势是提高效率、采用高温陶瓷材料、利用核能和发展燃煤技术。

提高效率的关键是提高燃气初温，即改进涡轮叶片的冷却技术，研制能耐更高温度的高温材料。

其次是提高压缩比，研制级数更少而压缩比更高的压气机。

再次是提高各个部件的效率。

高温陶瓷材料能在1360℃以上的高温下工作，用它来做涡轮叶片和燃烧室的火焰筒等高温零件时，就能在不用空气冷却的情况下大大提高燃气初温，从而较大地提高燃气轮机效率。

航空燃气涡轮发动机原理
航空发动机是飞机的心脏，它直接影响着飞机的性能和安全。

它是利用燃气产生的推力来使活塞做往复运动，从而产生升力和推力。

航空发动机按工作原理可分为压气机、燃烧室、涡轮、喷管和尾喷管等部分，下面就来介绍一下航空发动机的基本工作原理。

1.压气机
压气机是用来产生空气动力的机械，通常在飞机中扮演着压缩空气的角色。

与飞机其他机械相比，发动机具有体积小、重量轻、推力大、推重比高等特点。

1.燃烧室
燃烧室是用来引燃燃料和空气以产生高温高压燃气的部分。

燃烧室是发动机的核心部件，其容积大小直接决定着发动机的最大推力。

1.涡轮
涡轮是航空发动机中转动部件之一，它将发动机排出的高温高压气体做功，使之变成具有一定速度的高压气体。

在航空发动机中，涡轮又是推动活塞运动的动力装置。

涡轮是由电动机或燃气轮机驱动的，其传动方式有齿轮传动和齿轮-轴传动两种。

涡轮旋转时带动轴旋转，产生一个与轴方向相反的推力，这就是推力矢量控制技
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术（IFCV）。

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航发原理1、燃气涡轮发动机工作原理1.1、航空发动机概述活塞、涡喷、涡扇、涡轴、涡桨、桨扇，短距离垂直起降动力装置。

1.2、燃气涡轮发动机的工作原理空气连续不断地被吸入压气机，并在其中压缩增压后，进入燃烧室中喷油燃烧成为高温高压燃气，再进入涡轮中膨胀做功。

燃烧的膨胀功必然大于空气在压气机中被压缩所需要的压缩功，使得有部分富余功可以被利用。

燃气涡轮发动机的膨胀功可以分为两部分：一部分膨胀功通过传动轴传给压气机，用以压缩吸入燃气涡轮发动机的空气；另一部分膨胀功则对外输出，作为飞机、舰船、车辆或发电机等的动力装置。

1.3、喷气发动机热力循环（P123）涡喷发动机的理想循环：（p-v 、压力-比体积）等熵压缩：进气道、压气机（0、2、3，特征截面）等压加热：燃烧室（3、4）等熵膨胀：涡轮、喷管（4、5、9）等压放热：大气环境（9、0）（P125）理想循环功L id =q 1−q 2=C p (T t4−T t3)−C p (T 9−T 0)=C p T 0（e −1）（∆e −1）T t4T 0=∆ 加热比 （P t3P 0）k−1k =e P t3P 0=π 总增压比 加热比增加，理想循环功增加。

总增压比为1，理想循环功为0；总增压比为最大，理想循环功为0；存在使理想循环功最大的最佳增压比πopt 。

从物理意义分析，影响理想循环功L id 的是加热量q 1和热效率两个因素。

当π从1.0开始增加时，热效率急剧增加，使L id 增加，一直达到其最大值；此后π继续增加则q 1的减小起了主导作用，使L id 下降。

e opt =√∆πopt =∆k2（k−1）L id =C p T 0（√∆−1）2ηti =1−1πk−1k 只与总增压比有关对应于有效功最大值的最佳增压比πopt 远小于对应于最大热效率的增压比πopt ′。

1.4、喷气发动机的推力（P13）F eff =F −X d −X p −X fX d :进气道附加阻力X p :短舱压差阻力X f:摩擦阻力F=W9c9+(p9−p0)A9−W a c0 1.5、涡喷发动机的总效率、热效率及推进效率η0=ηtηpηp=21+c9c0=推进功循环有效功遗留在空中的动能损失，称为离速损失，排气速度和飞行速度差别越大，动能损失越多。

1航空燃气涡轮发动机概述航空燃气涡轮发动机是一种常用于商用飞机、军用飞机和直升机的发动机类型。

它的核心部件是一个由高速旋转的轴上的叶片构成的压气机和一个由燃烧室和涡轮组成的烟尘，以及用于传递动力给飞机的推力装置。

下面将对航空燃气涡轮发动机的工作原理、组成部分和应用进行详细的概述。

航空燃气涡轮发动机的工作原理基于牛顿第三定律，即每个动作都有一个相等且相反的反作用力。

在航空燃气涡轮发动机中，空气经过压气机被压缩，然后与燃料混合并点燃，产生高温高压的气流。

这个气流推动涡轮旋转，在经过燃气涡轮之后，一部分动能被传递给了高速旋转的轴，使得轴和涡轮一起旋转。

最后，涡轮的旋转运动转化为向后的推力，推动飞机前进。

航空燃气涡轮发动机通常由几个主要组成部分组成。

首先是压气机，它由多个叶片组成，旋转时将空气压缩，增加了气体的压力和密度。

接着是燃烧室，它是一个容纳燃料和空气混合物并进行燃烧的区域。

在燃烧室中，燃料通过喷嘴喷入，并在点燃器的作用下点燃。

燃烧的产物是高温高压的气流。

这个气流通过与旋转的涡轮接触，使得涡轮旋转并将动能传递给后方的轴。

最后，涡轮的旋转运动产生的推力由推力装置传递给飞机。

航空燃气涡轮发动机具有许多优点，使其成为航空领域中最常用的发动机类型之一、首先，它具有较高的功率密度，可以为飞机提供足够的推力，以实现高速飞行。

其次，它的反应速度非常快，能够迅速响应飞行任务的要求。

此外，航空燃气涡轮发动机还具有良好的可靠性和耐久性，能够在艰苦的环境条件下进行长时间的工作。

航空燃气涡轮发动机主要应用于商业航空和军事航空中。

在商业航空领域，它被广泛用于大型客机和货机，为它们提供强大的动力和较高的巡航速度。

在军事航空领域，航空燃气涡轮发动机被用于战斗机、轰炸机和直升机等各种类型的飞机上，以提供超音速飞行和快速加速的能力。

总而言之，航空燃气涡轮发动机是一种在航空领域中广泛应用的发动机类型。

它的工作原理基于牛顿第三定律，通过利用空气的压缩和燃烧产生的气流来产生推力，驱动飞机飞行。