渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)
Turbojet

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)最廣泛的用途是航空發(fā)動(dòng)機(jī),而且航空發(fā)動(dòng)機(jī)絕大多數(shù)是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī),稱為航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī),主要有四種類型,渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)。本節(jié)介紹渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī),簡(jiǎn)稱渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)。

 渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)

渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)主要用在高速戰(zhàn)斗機(jī),早期的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)與普通渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)一樣,由軸流式壓氣機(jī)環(huán)形燃燒室環(huán)管燃燒室軸流式渦輪組成,有關(guān)各部分結(jié)構(gòu)與原理參考相關(guān)章節(jié),現(xiàn)在的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)增加了加力燃燒室。本節(jié)通過(guò)一個(gè)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)模型來(lái)說(shuō)明基本結(jié)構(gòu)與簡(jiǎn)單原理,模型僅由主要部件組成,靜葉不顯示;模型渦輪后部長(zhǎng)度有所縮短;潤(rùn)滑系統(tǒng)、啟動(dòng)系統(tǒng)等附屬系統(tǒng)示意性顯示;各部件比例未與任何實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)相同,模型僅作基本結(jié)構(gòu)與原理演示。

渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)功能是產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)猓瑥奈矅姽苤懈咚賴姵霎a(chǎn)生推力,它就是飛機(jī)的推進(jìn)器。渦輪僅帶動(dòng)壓氣機(jī),不向外輸出機(jī)械功,圖1是渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)模型的轉(zhuǎn)子,由一級(jí)軸流渦輪與10級(jí)軸流式壓氣機(jī)同軸組成。

渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子

圖1-渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子

圖2與圖3是渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)剖面圖,轉(zhuǎn)子安裝在機(jī)殼(氣缸)內(nèi);在壓氣機(jī)與渦輪之間有環(huán)形燃燒室,燃燒室內(nèi)安裝環(huán)形火焰筒與多個(gè)燃料噴嘴(參見“環(huán)形燃燒室”)。由于轉(zhuǎn)子軸沒有通向機(jī)外,一般通過(guò)扇齒輪與外面的啟動(dòng)機(jī)相連接,啟動(dòng)機(jī)一般用電機(jī),在啟動(dòng)后作發(fā)電機(jī)用,大的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)則采用另一個(gè)小形渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。

渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖(一)

圖2-渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖(一)

渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖(二)

圖3--渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖(二)

渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理與普通燃?xì)廨啓C(jī)相同,其特點(diǎn)是膨脹的燃?xì)獬送苿?dòng)壓氣機(jī),大部分能量變?yōu)楦咚賴姵鋈細(xì)獾膭?dòng)能,產(chǎn)生推力推動(dòng)飛機(jī)前進(jìn)。

 加力燃燒室

渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)主要用在殲擊機(jī)等軍用戰(zhàn)斗機(jī)上,多為超音速飛行,僅靠渦輪機(jī)噴出的燃?xì)猱a(chǎn)生推力還不能滿足多種需求,于是在渦輪后方又增加了加力燃燒室。加力燃燒室利用渦輪排出的燃?xì)庵惺S嘌鯕饧尤加腿紵諝馔ㄟ^(guò)主燃燒室后尚剩余有2/3~ 3/4的氧氣),產(chǎn)生更大的推力。在短距離起飛,大角度爬升時(shí)都需要加力燃燒室助力。加力燃燒室在渦輪后部,主要由擴(kuò)壓室、預(yù)燃室、火焰穩(wěn)定器、噴管組成,圖4是加力燃燒室結(jié)構(gòu)示意圖。

加力燃燒室結(jié)構(gòu)圖

圖4--加力燃燒室結(jié)構(gòu)圖

擴(kuò)壓室在渦輪后部,擴(kuò)大的外殼與渦輪后錐體形成擴(kuò)壓室,擴(kuò)壓的目的是適當(dāng)降低氣流速度,便于點(diǎn)火與穩(wěn)定火焰。擴(kuò)壓室內(nèi)的整流支板支撐渦輪軸承與渦輪后錐體,并穩(wěn)定氣流。

在加力燃燒室有環(huán)形燃料管,管上有若干噴嘴,在加力燃燒時(shí)噴出燃料。

預(yù)燃室是用于加力燃燒室點(diǎn)火的一個(gè)小型燃燒室,安裝在渦輪后錐體內(nèi)。預(yù)燃室的空氣來(lái)自于壓氣機(jī)出口的空氣,一般用電火花直接點(diǎn)火,起燃后噴出的火舌點(diǎn)燃加力燃燒室的燃料。

為防止燃燒氣流混亂產(chǎn)生振蕩燃燒,在燃燒室內(nèi)采用非流線型物體對(duì)火焰進(jìn)行穩(wěn)定,最普通采用V形槽,V形槽有環(huán)形的與徑向的,本例是采用環(huán)形槽。實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)有2排或3排環(huán)形槽,圖5是一個(gè)有3排V型環(huán)形槽的火焰穩(wěn)定器(從后部看),圖中可看到火焰穩(wěn)定器前方有許多噴嘴, 該照片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)。

渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃燒室

圖5--渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)加力燃燒室

在加力燃燒室流出的燃?xì)庠趪姽芘蛎浖铀伲瑢⑷細(xì)獾哪芰哭D(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能,從尾噴口高速噴出,產(chǎn)生反作用推力。

加力燃燒耗油很大,僅在需加力時(shí)短時(shí)使用。

   渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流走向與動(dòng)畫

圖6為渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)工作流程與氣流走向圖。壓氣機(jī)產(chǎn)生高壓空氣,流向見淺藍(lán)色箭頭線;燃燒室產(chǎn)生高速膨脹燃?xì)猓飨蛞娂t色箭頭線;加力燃燒室繼續(xù)加溫膨脹氣體,其流向見紫色箭頭線。

渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)氣流走向圖

圖6--渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)氣流走向圖

??? 下面請(qǐng)觀看渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)畫,前半是平常運(yùn)行動(dòng)畫,后半是加力動(dòng)畫。如果在線觀看出現(xiàn)轉(zhuǎn)子抖動(dòng)或反轉(zhuǎn),請(qǐng)下載用其他播放器觀看。

渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)畫

 
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