解釋渦輪噴氣發動機的原理。


渦輪噴氣發動機用於飛機。它們是吸氣式發動機,從大氣中吸入空氣進行燃燒。它具有各種部件,例如進氣口、壓縮機、燃燒室、渦輪機和噴嘴。空氣被吸入渦輪噴氣發動機,被壓縮,與燃料混合,並連續燃燒。

燃燒的排放物驅動渦輪機為壓縮機提供動力,產生推力以推動飛機前進。渦輪螺旋槳發動機用於較小和速度較慢的飛機,因為渦輪噴氣發動機在低速下效率不高,而渦扇發動機比渦輪噴氣發動機的燃油消耗率更低。這些發動機通常安裝在機翼下方或靠近機尾。

Heinkel He 178於1939年8月27日成為世界上第一架在渦輪噴氣動力下飛行的飛機。早期的設計受到技術缺乏的限制。當時,能夠承受高溫的材料尚未發明。

渦輪噴氣發動機的設計

  • 進氣口:進氣口形成空氣的通道,並將空氣引導到壓縮機。它減少湍流並將氣流導向壓縮機。對於亞音速飛機,進氣口設計成厚唇,而對於超音速飛機,進氣口設計成尖銳或薄唇以最大限度地減少激波引起的阻力。

  • 壓縮機:現代飛機使用軸流式壓縮機。壓縮機由連線到由渦輪驅動的軸上的旋轉葉片和靜止葉片組成。發動機啟動後,這將形成一個迴圈。壓縮機的功能是壓縮透過進氣口進入的空氣,以提高其壓力和溫度。燃燒室需要這個過程來燃燒燃料。

  • 旋轉葉片稱為轉子,靜止葉片稱為定子。定子和轉子交替排列。轉子以平行於軸向方向的螺旋方向旋轉氣流,而定子引導氣流。這種螺旋運動將空氣的壓力提高15倍,在渦扇發動機的情況下,可高達44倍。

  • 燃燒室:來自壓縮機的高壓空氣現在被強制送入燃燒室,在那裡它與燃料充分混合並被點燃。燃燒室的設計必須能夠承受高溫,並且燃燒應僅在燃燒室內進行,因為如果燃燒進入渦輪機,則由於熱量會損壞渦輪機。

  • 燃燒室有一個外殼,作為容器來承受高溫和高壓。壓縮機中的擴散器用於將來自壓縮機的壓縮空氣減速到最佳燃燒速度。燃油噴射器將燃油噴射到壓縮機中,在那裡它與壓縮空氣混合。這種混合物藉助點火器點燃,點火器產生火花來點燃混合物。

  • 渦輪機:熱混合物離開燃燒室,並透過渦輪機膨脹。這種混合物使渦輪葉片旋轉。這些葉片連線到壓縮機中存在的同一軸上。因此,渦輪機旋轉這個軸,從而驅動壓縮機。渦輪機還膨脹氣體並將其加速到噴嘴。由於渦輪機將承受高溫氣體,因此為渦輪機選擇的材料應具有耐熱性。

  • 噴嘴:來自渦輪機的燃氣透過噴嘴進一步膨脹。氣體絕熱膨脹,因此效率更高。噴嘴提高了排氣的速度,從而產生推力。噴嘴有各種形狀,例如收斂噴嘴、發散噴嘴和收斂-發散 (C-D) 噴嘴。

更新於:2019年7月30日

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