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标题: ［科普］涡轮风扇喷气发动机，涡轮喷气发动机和涡轮轴发动机的原理 [打印本页]
作者: zhrwk    时间: 2006-10-4 21:16
标题: ［科普］涡轮风扇喷气发动机，涡轮喷气发动机和涡轮轴发动机的原理
涡轮风扇喷气发动机


　　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风扇。风扇吸入的气流一部分如普通喷气发动机一样，送进压气机(术语称“内涵道”)，另一部分则直接从涡喷发动机壳外围向外排出(“外涵道”)。因此，涡扇发动机的燃气能量被分派到了风扇和燃烧室分别产生的两种排气气流上。这时，为提高热效率而提高涡轮前温度，可以通过适当的涡轮结构和增大风扇直径，使更多的燃气能量经风扇传递到外涵道，从而避免大幅增加排气速度。这样，热效率和推进效率取得了平衡，发动机的效率得到极大提高。效率高就意味着油耗低，飞机航程变得更远。




加力式涡扇发动机




不加力式涡扇发动机






涡轮风扇喷气发动机的优缺点

  如前所述，涡扇发动机效率高，油耗低，飞机的航程就远。

  但涡扇发动机技术复杂，尤其是如何将风扇吸入的气流正确的分配给外涵道和内涵道，是极大的技术难题。因此只有少数国家能研制出涡轮风扇发动机，中国至今未有批量实用化的国产涡扇发动机。涡扇发动机价格相对高昂，不适于要求价格低廉的航空器使用。






涡轮喷气发动机


涡轮喷气发动机简称涡喷发动机，通常由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成。部分军用发动机的涡轮和尾喷管间还有加力燃烧室。

涡喷发动机属于热机，做功原则同样为：高压下输入能量，低压下释放能量。

  工作时，发动机首先从进气道吸入空气。这一过程并不是简单的开个进气道即可，由于飞行速度是变化的，而压气机对进气速度有严格要求，因而进气道必需可以将进气速度控制在合适的范围。

  压气机顾名思义，用于提高吸入的空气的的压力。压气机主要为扇叶形式，叶片转动对气流做功，使气流的压力、温度升高。

  随后高压气流进入燃烧室。燃烧室的燃油喷嘴射出油料，与空气混合后点火，产生高温高压燃气，向后排出。

  高温高压燃气向后流过高温涡轮，部分内能在涡轮中膨胀转化为机械能，驱动涡轮旋转。由于高温涡轮同压气机装在同一条轴上，因此也驱动压气机旋转，从而反复的压缩吸入的空气。

  从高温涡轮中流出的高温高压燃气，在尾喷管中继续膨胀，以高速从尾部喷口向后排出。这一速度比气流进入发动机的速度大得多，从而产生了对发动机的反作用推力，驱使飞机向前飞行。




涡喷发动机剖视示意图



国产涡喷-7涡轮喷气发动机及剖视图








涡轮喷气发动机的优缺点

  这类发动机具有加速快、设计简便等优点，是较早实用化的喷气发动机类型。但如果要让涡喷发动机提高推力，则必须增加燃气在涡轮前的温度和增压比，这将会使排气速度增加而损失更多动能，于是产生了提高推力和降低油耗的矛盾。因此涡喷发动机油耗大，对于商业民航机来说是个致命弱点。





涡轮轴发动机

　　在带有压气机的涡轮发动机这一类型中，涡轮轴发动机出现得较晚，但已在直升机和垂直／短距起落飞机上得到了广泛的应用。

　　涡轮轴发动机于1951年12月开始装在直升机上，作第一次飞行。那时它属于涡轮螺桨发动机，并没有自成体系。以后随着直升机在军事和国民经济上使用越来越普遍，涡轮轴发动机才获得独立的地位。

　　在工作和构造上，涡轮轴发动机同涡轮螺桨发动机根相近。它们都是由涡轮风扇发动机的原理演变而来，只不过后者将风扇变成了螺旋桨，而前者将风扇变成了直升机的旋翼。除此之外，涡轮轴发动机也有自己的特点：它一般装有自由涡轮(即不带动压气机，专为输出功率用的涡轮)，而且主要用在直升机和垂直／短距起落飞机上。

在构造上，涡轮轴发动机也有进气道、压气机、燃烧室和尾喷管等燃气发生器基本构造，但它一般都装有自由涡轮，如图所示，前面的是两级普通涡轮，它带动压气机，维持发动机工作，后面的二级是自由涡轮，燃气在其中作功，通过传动轴专门用来带动直升机的旋翼旋转，使它升空飞行。此外，从涡轮流出来的燃气，经过尾喷管喷出，可产生一定的推力，由于喷速不大，这种推力很小，如折合为功率，大约仅占总功率的十分之一左右。有时喷速过小，甚至不产生什么推力。为了合理地安排直升机的结构，涡轮轴发动机的喷口，可以向上，向下或向两侧，不象涡轮喷气发动机那样非向后不可。这有利于直升机设计时的总体安排。



涡轮轴发动机是用于直升机的，它与旋翼配合，构成了直升机的动力装置。按照涡轮风扇发动机的理论，从理论上讲，旋翼的直径愈大愈好。同样的核心发动机，产生同样的循环功率，所配合的旋翼直径愈大，则在旋翼上所产生的升力愈大。事实上，由于在能量转换过程中有损失，旋翼也不可能制成无限大，所以，旋翼的直径是有限制的。—般说，通过旋翼的空气流量是通过涡轮轴发动机的空气流量的500-1000倍。



同涡轮轴发动机和直升机常用的另一种动力装置——活塞式发动机采相比，涡轮轴发动机的功率重量比要大得多，在2.5以上。而且就发动机所产生的功率来说，涡轮轴发动机也大得多，目前使用中的涡轮轴发动机所产生的功率，最高可达6000马力甚至10000马力，活塞发动则相差很远。在经济性上，涡轮轴发动机的耗油率略高于最好的活塞式发动机，但它所用的航空煤油要比前者所用的汽油便宜，这在一定程度上得到了弥补。当然，涡轮轴发动机也有其不足之处。它制造比较困难，制造成本也较高。特别是由于旋翼的转速更低，它需要比涡轮螺旋桨发动机更重更大的减速齿轮系统，有时它的重量竟占发动机总重量一半以上。  



以上摘自＂中模在线＂.
作者: vf1920    时间: 2006-10-5 08:15
图1。3是客机发动机
2。4。5是军用发动机
最后一个不详，还缺直升机的喷气发动机介绍
作者: zhrwk    时间: 2006-10-5 23:01
直升机的喷气发动机补完
作者: 叛逆十字架    时间: 2007-2-13 03:15
现在普遍的军用飞机发动机用的是哪种?
作者: japp    时间: 2007-2-13 05:42
一般最常用的是 涡扇发动机 吧，无论偶国的J-10,米国F-22到大不列颠的台风，都用的说，
作者: zhrwk    时间: 2007-2-13 05:47
涡轮喷气发动机的优缺点

这类发动机具有加速快、设计简便等优点，是较早实用化的喷气发动机类型。但如果要让涡喷发动机提高推力，则必须增加燃气在涡轮前的温度和增压比，这将会使排气速度增加而损失更多动能，于是产生了提高推力和降低油耗的矛盾。因此涡喷发动机油耗大，对于商业民航机来说是个致命弱点。



是涡喷好不好,想趁我睡觉了误导人
作者: iamtheone    时间: 2007-2-13 08:01
吾辈这里有数百页的发动机相关的教材

哪天交某Z怎么拆飞机好了
作者: ace-spica    时间: 2007-2-13 08:11
战斗机最常用的的确是涡扇……
作者: luochen    时间: 2007-2-13 08:36
长只是啊；佩服佩服
作者: matic    时间: 2007-2-13 10:34
下面是引用vf1920于2006-10-05 08:15发表的:
图1。3是客机发动机
2。4。5是军用发动机
最后一个不详，还缺直升机的喷气发动机介绍


直升机哪来的喷气发动机，涡轮轴发动机就是应用在直升机上的。它将空气动力转变成了机械力。
作者: ericssonryan    时间: 2007-2-13 11:01
超燃~~~超燃~~~
PS：涡喷捏？
作者: zhrwk    时间: 2007-2-13 15:06
下面是引用iamtheone于2007-02-13 08:01发表的:
吾辈这里有数百页的发动机相关的教材

哪天交某Z怎么拆飞机好了



表，吾辈只要***就够了
作者: gamecavalier    时间: 2007-2-13 16:52
这个早就看过了，不过还是支持一下，这个都可以列入到动力原理里面，实际上还差一个冲压发动机原理：

我来帮忙补一下：

冲压喷气发动机 此类发动机没有风扇等器件，完全靠高速飞行时产生的冲压效应压缩吸入的空气，点火、燃烧、后喷等原理。因此其优点为结构简单、体积小、推力大、加速快。缺点是需要外部能源进行启动(通常为火箭助推)，不适合循环使用。



冲压喷气发动机的诞生

早在1913年，法国工程师雷恩·洛兰就提出了冲压喷气发动机的设计，并获得专利。但当时没有相应的助推手段和相应材料，只停留在纸面上。1928年，德国人保罗·施米特开始设计冲压式喷气发动机。最初研制出的冲压发动机寿命短、振动大，根本无法在载人飞机上使用。

于是1934年时，施米特和G·马德林提出了以冲压发动机为动力的“飞行炸弹”，于1939年完成了原型。后来这一设计就产生了***德国的V-1巡航导弹。此外***德国还曾试图将冲压喷气发动机用在战斗机上。1941年，特劳恩飞机实验所主任、物理学家欧根·森格尔博士在吕内堡野外进行了该类型发动机的试验，但最终未能产生具有实用意义的发动机型号。

二战后冲压发动机得到了极大的发展，为多种的无人机、导弹等采用。


冲压喷气发动机的原理

冲压喷气发动机的核心在于“冲压”两字。

冲压发动机由进气道（也称扩压器）、燃烧室、推进喷管三部组成，比涡轮喷气发动机简单得多。冲压是利用迎面气流进入发动机后减速、提高静压的过程。这一过程不需要高速旋转的复杂的压气机，是冲压喷气发动机最大的优势所在。进气速度为3倍音速时，理论上可使空气压力提高37倍，效率很高。高速气流经扩张减速，气压和温度升高后，进入燃烧室与燃油混合燃烧。燃烧后温度为2000一2200℃，甚至更高，经膨胀加速，由喷口高速排出，产生推力。因此，冲压发动机的推力与进气速度有关。以3倍音速进气时，在地面产生的静推力可高达2OO千牛。

冲压喷气发动机目前分为亚音速、超音速、高超音速三类。亚音速冲压发动机以航空煤油为燃料，采用扩散形进气道和收敛形喷管，飞行时增压比不超过1.89。马赫数小于O.5时一般无法工作。超音速冲压发动机采用超音速进气道，燃烧室入口为亚音速气流，采用收敛形或收敛扩散形喷管。用航空煤油或烃类作为燃料。推进速度为亚音速～6倍音速，用于超音速靶机和地对空导弹。高超音速冲压发动机使用碳氢燃料或液氢燃料，是一种新颖的发动机，飞行马赫数高达5～16。目前尚处于研制阶段。前两类发动机统称为亚音速冲压发动机，最后一种称为超音速冲压发动机。

冲压喷气发动机与其他推进方式结合后，衍生了多种有特色的发动机，如火箭/冲压组合发动机、整体式火箭冲压发动机等。


冲压喷气发动机的优缺点

冲压发动机的优势在于构造简单、重量轻、体积小、推重比大、成本低。简单的说就是一个带燃油喷嘴和和点火装置的筒子。因此常用于无人机、靶机、导弹等低成本或一次性的飞行器。同时由于推重比远大于其他类型的喷气发动机，非常适合驱动高超音速飞行器，如空天飞机、先进反舰导弹等。

但冲压发动机没有压气机，就不能在地面静止情况下启动，所以不适合作为普通飞机的动力装置。通常的解决方法是增加一个助推器，使飞行器获得一定的飞行速度，然后再启动冲压发动机。最常见的助推器为火箭发动机。此外也可由其他飞行器挂载仅装有冲压发动机的飞行器，飞行到一定速度后，再将仅用冲压发动机的飞行器投放。

中国C-101超音速反舰导弹，采用两台冲压发动机。图中显示了C-101发射时火箭助推器工作的情景。


下面是代码，方便你转到主楼：
  1. [color=blue][b]冲压喷气发动机[/b][/color] 此类发动机没有风扇等器件，完全靠高速飞行时产生的冲压效应压缩吸入的空气，点火、燃烧、后喷等原理。因此其优点为结构简单、体积小、推力大、加速快。缺点是需要外部能源进行启动(通常为火箭助推)，不适合循环使用。
  3. [IMG]http://i129.photobucket.com/albums/p227/gamecavalier/chongya.gif[/IMG]
  5. [color=blue][b]冲压喷气发动机的诞生[/b][/color]
  7. 早在1913年，法国工程师雷恩·洛兰就提出了冲压喷气发动机的设计，并获得专利。但当时没有相应的助推手段和相应材料，只停留在纸面上。1928年，德国人保罗·施米特开始设计冲压式喷气发动机。最初研制出的冲压发动机寿命短、振动大，根本无法在载人飞机上使用。
  9. 于是1934年时，施米特和G·马德林提出了以冲压发动机为动力的“飞行炸弹”，于1939年完成了原型。后来这一设计就产生了***德国的V-1巡航导弹。此外***德国还曾试图将冲压喷气发动机用在战斗机上。1941年，特劳恩飞机实验所主任、物理学家欧根·森格尔博士在吕内堡野外进行了该类型发动机的试验，但最终未能产生具有实用意义的发动机型号。
  11. 二战后冲压发动机得到了极大的发展，为多种的无人机、导弹等采用。
  14. [color=blue][b]冲压喷气发动机的原理[/b][/color]
  16. 冲压喷气发动机的核心在于“冲压”两字。
  18. 冲压发动机由进气道（也称扩压器）、燃烧室、推进喷管三部组成，比涡轮喷气发动机简单得多。冲压是利用迎面气流进入发动机后减速、提高静压的过程。这一过程不需要高速旋转的复杂的压气机，是冲压喷气发动机最大的优势所在。进气速度为3倍音速时，理论上可使空气压力提高37倍，效率很高。高速气流经扩张减速，气压和温度升高后，进入燃烧室与燃油混合燃烧。燃烧后温度为2000一2200℃，甚至更高，经膨胀加速，由喷口高速排出，产生推力。因此，冲压发动机的推力与进气速度有关。以3倍音速进气时，在地面产生的静推力可高达2OO千牛。
  20. 冲压喷气发动机目前分为亚音速、超音速、高超音速三类。亚音速冲压发动机以航空煤油为燃料，采用扩散形进气道和收敛形喷管，飞行时增压比不超过1.89。马赫数小于O.5时一般无法工作。超音速冲压发动机采用超音速进气道，燃烧室入口为亚音速气流，采用收敛形或收敛扩散形喷管。用航空煤油或烃类作为燃料。推进速度为亚音速～6倍音速，用于超音速靶机和地对空导弹。高超音速冲压发动机使用碳氢燃料或液氢燃料，是一种新颖的发动机，飞行马赫数高达5～16。目前尚处于研制阶段。前两类发动机统称为亚音速冲压发动机，最后一种称为超音速冲压发动机。
  22. 冲压喷气发动机与其他推进方式结合后，衍生了多种有特色的发动机，如火箭/冲压组合发动机、整体式火箭冲压发动机等。
  25. [color=blue][b]冲压喷气发动机的优缺点[/b][/color]
  27. 冲压发动机的优势在于构造简单、重量轻、体积小、推重比大、成本低。简单的说就是一个带燃油喷嘴和和点火装置的筒子。因此常用于无人机、靶机、导弹等低成本或一次性的飞行器。同时由于推重比远大于其他类型的喷气发动机，非常适合驱动高超音速飞行器，如空天飞机、先进反舰导弹等。
  29. 但冲压发动机没有压气机，就不能在地面静止情况下启动，所以不适合作为普通飞机的动力装置。通常的解决方法是增加一个助推器，使飞行器获得一定的飞行速度，然后再启动冲压发动机。最常见的助推器为火箭发动机。此外也可由其他飞行器挂载仅装有冲压发动机的飞行器，飞行到一定速度后，再将仅用冲压发动机的飞行器投放。
  31. 中国C-101超音速反舰导弹，采用两台冲压发动机。图中显示了C-101发射时火箭助推器工作的情景。
  32. [IMG]http://i129.photobucket.com/albums/p227/gamecavalier/sh5_c101_1.jpg[/IMG]
  34. 原文来自AirForceWorld.Com
复制代码
作者: zhrwk    时间: 2007-2-13 17:12
下面是引用gamecavalier于2007-02-13 16:52发表的:
这个早就看过了，不过还是支持一下，这个都可以列入到动力原理里面，实际上还差一个冲压发动机原理：

我来帮忙补一下：

冲压喷气发动机 此类发动机没有风扇等器件，完全靠高速飞行时产生的冲压效应压缩吸入的空气，点火、燃烧、后喷等原理。因此其优点为结构简单、体积小、推力大、加速快。缺点是需要外部能源进行启动(通常为火箭助推)，不适合循环使用。
.......



冲压只适合导弹,我之前就看过了,所以就没放入
作者: zhrwk    时间: 2007-2-13 17:20
冲压我加到我的那篇导弹里了
作者: gamecavalier    时间: 2007-2-13 17:52
是么……我看雪風看多了……

PS：我到ACG那里去看了一下，猎人们都还记得我们，偶好感动
作者: zhrwk    时间: 2007-2-13 17:57
下面是引用gamecavalier于2007-02-13 17:52发表的:
是么……我看雪風看多了……

PS：我到ACG那里去看了一下，猎人们都还记得我们，偶好感动




冲压的话无人机或许不错,但是能量消耗不知道怎么样

MV我也发到ACG去了
作者: metalgearsolid    时间: 2007-2-13 18:02
下面是引用zhrwk于2007-02-13 17:12发表的:




冲压只适合导弹,我之前就看过了,所以就没放入
真的吗？？？
那X-43用的是什么？！
作者: zhrwk    时间: 2007-2-13 18:04
下面是引用metalgearsolid于2007-02-13 18:02发表的:

真的吗？？？
那X-43用的是什么？！



没看到我上面的话么
作者: metalgearsolid    时间: 2007-2-13 18:09
我是看到你上上面的话！！！
作者: zhrwk    时间: 2007-2-13 18:19
下面是引用metalgearsolid于2007-02-13 18:09发表的:
我是看到你上上面的话！！！



我知道你会说X43所以我加了后面的话
作者: gamecavalier    时间: 2007-2-13 18:29
下面是引用zhrwk于2007-02-13 17:57发表的:


.......
期待后续的更多，话说是不是可以在加上以前二战飞机的螺旋桨的动力引擎？那样不就更完美了么^_^

P.S:当然看到了，还去表示支持了
作者: 踩某z上战机    时间: 2007-2-13 18:37
下面是引用zhrwk于2007-02-13 18:19发表的:




我知道你会说X43所以我加了后面的话
做人不能这样无耻
作者: zhrwk    时间: 2007-2-13 18:42
下面是引用gamecavalier于2007-02-13 18:29发表的:

期待后续的更多，话说是不是可以在加上以前二战飞机的螺旋桨的动力引擎？那样不就更完美了么^_^

P.S:当然看到了，还去表示支持了



螺旋桨的在中模在线也看到过,没搞,下次搞掉好了
作者: zhrwk    时间: 2007-2-13 18:43
下面是引用踩某z上战机于2007-02-13 18:37发表的:

做人不能这样无耻



人不能老妖到这种地步   [s:244]    
作者: f22s    时间: 2007-2-15 11:45
楼主很厚道 对于非航空专业人士这些东西很长见识。

发动机包含两类 火箭发动机[固体、液体火箭发动机] M国X系列飞机就是用这些发动机的。
                航空发动机[活塞式、喷气式]
                          喷气式分为冲压式、燃气涡轮式
                              燃气涡轮式分为四种涡喷、涡桨、涡扇、涡轴……
学校里学涡扇发动机原理就有好几门课程……

可是为什么玩ＡＣＥ　ＣＯＭＢＡＴ还是那么难啊？＊.＊
作者: ttcolorful    时间: 2011-2-14 13:49
好贴，不得不添加到收藏夹了！
作者: 55372498    时间: 2011-2-15 16:28
虽然很复杂，但是学到不少东西啊~顶一个啊~
作者: blueyu    时间: 2011-2-18 20:38
算是长了见识了````````
作者: dadalong76    时间: 2011-2-21 16:24
技术普及贴？学习中。。。。。。。
作者: xyz1027    时间: 2011-12-19 22:48
经典教材值得学习！！！
作者: 藍天黃鷲    时间: 2012-6-25 20:24
vf1920 发表于 2006-10-5 08:15
图1。3是客机发动机
2。4。5是军用发动机
最后一个不详，还缺直升机的喷气发动机介绍

直升机用的不就是涡轮轴吗
作者: 藍天黃鷲    时间: 2012-6-25 20:30
f22s 发表于 2007-2-15 11:45
楼主很厚道 对于非航空专业人士这些东西很长见识。

发动机包含两类 火箭发动机[固体、液体火箭发动机] M国 ...

火箭发动机和喷气发动机有本质区别好不好……
前者自带氧化剂，后者从空气中获得氧化剂，当然此时的燃料就是还原剂……
而火箭发动机的燃料就同时包括氧化剂和还原剂了……
如此说来，那个冲压发动机还是属于喷气发动机啊……
作者: f22s    时间: 2012-7-23 16:49
藍天黃鷲 发表于 2012-6-25 20:30
火箭发动机和喷气发动机有本质区别好不好……
前者自带氧化剂，后者从空气中获得氧化剂，当然此时的燃料 ...

LS说的很对，偶只是照搬***的原话而已。
作者: zlxbbu    时间: 2012-11-19 17:22
涡桨发动机也不错，鱼鹰就是····
作者: wxl193967    时间: 2012-11-19 21:36
传说中的曙光女神好像就是冲压式发动机.
另外SR-71黑鸟侦察机好像也是特殊的带有涡喷的冲压式的吧？
作者: fuluel    时间: 2012-11-28 08:53
wxl193967 发表于 2012-11-19 21:36
传说中的曙光女神好像就是冲压式发动机.
另外SR-71黑鸟侦察机好像也是特殊的带有涡喷的冲压式的吧？

SR-71用的变循环发动机。低速时是带加力燃烧室的涡喷发动机。高速时关闭涡喷进气道，直接用加力燃烧室作为冲压发动机的燃烧室。
作者: zxnj    时间: 2012-12-22 14:42
理论上发动机的技术都是很简单的，为什么我国的发动机不行，应该材料的问题。



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