渦輪發(fā)動機

1.渦輪噴氣發(fā)動機（主要用于戰(zhàn)斗，以及超音速客機，例如協(xié)和號）；

2.渦輪風(fēng)扇發(fā)動機（主要用于民用噴氣式飛機和轟炸機、預(yù)警機等，是應(yīng)用最為廣泛的渦輪發(fā)動機） 3.渦輪螺旋槳發(fā)動機（主要用于螺旋槳飛機，很多舊型號的活塞式螺旋槳發(fā)動機后來都經(jīng)改造安裝上了渦槳發(fā)動機從而延長了飛行壽命）；

4.渦輪軸發(fā)動機（主要用于直升機）

5.此外還有螺旋槳及風(fēng)扇組合的漿扇發(fā)動機。

從噴氣推進方式來講，還有：

沖壓噴氣發(fā)動機（主要用于導(dǎo)彈和靶機），采用間歇燃燒原理的脈沖噴氣發(fā)動機，以及不同類型組合的發(fā)動機，如渦輪/沖壓噴氣發(fā)動機。

壓力比是在發(fā)動機上兩個不同地點之間的壓力關(guān)系。

EPR=Pt7/Pt2(普惠公司JT系列)

EPR=Pt4.95/Pt2（PW4000系列）

涵道比是指渦輪風(fēng)扇發(fā)動機通過外涵的空氣質(zhì)量流量與通過內(nèi)涵的空氣質(zhì)量流量之比。涵道比為1左右是低涵道比發(fā)動機，2~3左右是中涵道比發(fā)動機，4以上是高涵道比發(fā)動機。

排氣溫度通常用EGT來表示。渦輪進口總溫是發(fā)動機最重要、最關(guān)鍵的參數(shù)，但是由于這里溫度高，溫度場不均勻，目前實際是測量渦輪排氣溫度間接反映渦輪進口溫度的高低，限制EGT以保證渦輪進口溫度不超過限制。

風(fēng)扇轉(zhuǎn)速通常用n1表示。對于高涵道比渦扇發(fā)動機，由于風(fēng)扇產(chǎn)生推力占絕大部分，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速也是推力表征參數(shù)，在駕駛艙顯示。

通常部件包括進氣道、風(fēng)扇、低壓壓氣機、高壓壓氣機、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪、噴管以及附件傳動部分。壓氣機、燃燒室組成核心發(fā)動機。 ? ?

渦輪發(fā)動機（Turbine engine，常簡稱為渦輪，Turbine，又譯透平）是一種利用旋轉(zhuǎn)的機件自穿過它的流體中汲取動能的發(fā)動機形式。按照發(fā)動機燃料燃燒所需的氧化劑的來源不同可分為火箭發(fā)動機和空氣噴氣發(fā)動機?；鸺l(fā)動機自帶氧化劑。火箭發(fā)動機根據(jù)氧化劑和燃燒劑的形態(tài)不同，又分為液體火箭發(fā)動機和固體火箭發(fā)動機。渦輪發(fā)動機近來也被用來用作大型發(fā)電機。

所有的渦輪發(fā)動機都具備壓縮機(Compressor)、燃燒室(Cumbustion)、渦輪機(Turbine，也就是渦輪發(fā)動機之名的來源)三大部份。壓縮機通常還分成低壓壓縮機(低壓段)和高壓壓縮機(高壓段)，低壓段有時也兼具進氣風(fēng)扇增加進氣量的作用，進入的氣流在壓縮機內(nèi)被壓縮成高密度、高壓、低速的氣流，以增加發(fā)動機的效率。氣流進入燃燒室后，由供油噴嘴噴射出燃料，在燃燒室內(nèi)與氣流混合并燃燒。燃燒后產(chǎn)生的高熱廢氣，接著會推動渦輪機使其旋轉(zhuǎn)，然后帶著剩余的能量，經(jīng)由噴嘴或排氣管排出，至于會有多少的能量被用來推動渦輪，則視渦輪發(fā)動機的種類與設(shè)計而定，渦輪機會和壓縮機一樣分成高壓段與低壓段。

雖然渦輪發(fā)動機可能有許多不同的運作原理，但最簡單的渦輪型式可以只包含一個“轉(zhuǎn)子”（Rotor），例如一個帶有中心軸的扇葉，將此扇葉放置在流體中（例如空氣或水），流體通過時對扇葉施加的力量會帶動整個轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動，進而得以從中心軸輸出軸向的扭力。風(fēng)車與水車這類的裝置，可以說是人類最早發(fā)明的渦輪發(fā)動機原型。

依照不同的分類方式，渦輪發(fā)動機也可以分類成很多不同的型式。例如以燃燒室與轉(zhuǎn)子的位置是否在一起來區(qū)別，就存在有屬于外燃機一類的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機（Gas turbine），與屬于內(nèi)燃機的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機（Turbofan）。

如果將渦輪發(fā)動機反過來運作，則會變成一種輸入力量之后可以將流體帶動的設(shè)備，例如壓縮機（compressor）與泵（pump）。

有些渦輪發(fā)動機本身具有多組扇葉，其中部分是用于自流體汲取動力，部分是用于推動流體，二者不能混為一談。舉例來說在大部分的渦輪扇葉發(fā)動機與渦輪螺旋槳發(fā)動機中，位于燃燒室之前的扇葉實際的作用是用于加壓進氣，因此應(yīng)被視為是一種壓縮機。真正的渦輪機部分是位于燃燒室后方的風(fēng)扇，被燃燒后的排氣推動產(chǎn)生動力，再透過傳動軸將力量輸送至主扇葉（渦輪風(fēng)扇發(fā)動機）或螺旋槳（渦輪旋槳發(fā)動機）處，推動其運轉(zhuǎn)。

自由式渦輪發(fā)動機由于自由渦輪是由燃?xì)怛?qū)動的， 與燃?xì)獍l(fā)生器沒有機械連接， 因此， 自由渦輪發(fā)動機的效率在渦輪螺旋槳發(fā)動機類型中比單軸式渦槳發(fā)動機的稍低。如右圖，可知自由渦輪發(fā)動機的壓氣機布置在發(fā)動機后端，空氣從進氣道進入后需轉(zhuǎn)180°才能進入壓氣機，導(dǎo)致進氣損失偏大。反映到燃油經(jīng)濟性上，與單軸式渦輪發(fā)動機相比，在輸出軸功率相當(dāng)?shù)那疤嵯?，自由渦輪發(fā)動機的燃油消耗率(SFC)較單軸發(fā)動機的高約6%~10%。

另一方面，由于自由渦輪是靠燃?xì)怛?qū)動的，因此在飛行員想改變發(fā)動機狀態(tài)時，自由渦輪發(fā)動機將會有一定的延遲，例如從慢車到最大起飛功率，飛行員完成推桿動作后，大概得經(jīng)過3s左右發(fā)動機才能到達(dá)所需的最大起飛功率狀態(tài)，在響應(yīng)速度上慢于單軸發(fā)動機。

地面啟動時，自由渦輪發(fā)動機所需的扭矩更小。這是因為自由渦輪在啟動過程中僅需將燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)子(包括壓氣機及其渦輪) 帶動到點火轉(zhuǎn)速， 而單軸發(fā)動機在此過程中還需帶動發(fā)動機前端的螺旋槳及減速齒輪箱。因此，在小飛機上，一般只需紿自由滿輪發(fā)動機配備一塊啟動用的蓄電池而需要給單軸發(fā)動機配備兩塊。

在飛行中進行發(fā)動機再啟動時，自由渦輪發(fā)動機的再啟動包線更廣。自由渦輪發(fā)動機在飛行中進行再啟動有兩種模式，風(fēng)車啟動及啟動發(fā)電機啟動。風(fēng)車啟動指的是，渦槳發(fā)動機空中熄火后，由于螺旋槳的旋轉(zhuǎn)為風(fēng)車狀態(tài)，發(fā)動機轉(zhuǎn)子也隨螺旋槳一起轉(zhuǎn)動，如飛行高度和速度在廠家允許的包線內(nèi)，可根據(jù)需要進行點火啟動。而空中的啟動發(fā)電機啟動與地面正常啟動程序一樣。

自由渦輪發(fā)動機的渦輪維護性比較簡便。

發(fā)動機廠家根據(jù)自由渦輪的位置，在兩級渦輪(自由渦輪與壓氣機渦輪)之間設(shè)計成可方便拆卸的法蘭連接，當(dāng)發(fā)動機需要進行熱部件檢查時，只需把發(fā)動機自由渦輪及前端的減速齒輪箱拆下即可，有時甚至不需要從飛機上拆下發(fā)動機。

因為渦輪發(fā)動機非常多樣，在本手冊中講解詳細(xì)的運行過程是不切實際的。然而，有一些適用于所有渦輪發(fā)動機的操作考慮。它們是發(fā)動機溫度限制，外界物體破壞，熱啟動，壓縮機失速和熄火。

任何渦輪發(fā)動機的最高溫度都發(fā)生在渦輪進氣口。渦輪進氣溫度因此通常是渦輪發(fā)動機運行的限制因素。

渦輪發(fā)動機推力直接隨空氣密度變化。當(dāng)空氣密度降低時，推力也降低。當(dāng)渦輪和往復(fù)式發(fā)動機受高的相對濕度有某種影響時，渦輪發(fā)動機推力損失可以忽略不計，而往復(fù)式發(fā)動機的制動馬力會降低很多。

由于渦輪發(fā)動機進氣口的設(shè)計和功能，吸入物體碎片的可能性總是存在的。這會導(dǎo)致重大的損壞，特別是壓縮機和渦輪節(jié)。當(dāng)發(fā)生這樣的事情時，稱為外來物體損傷(FOD)。典型的FOD是吸入來自停機坪，滑行道或者跑道上的小物體導(dǎo)致的小凹痕和花邊。但是，也會發(fā)生飛鳥撞擊或者冰吸入導(dǎo)致的FOD損壞，可能導(dǎo)致發(fā)動機整個損毀。

外物損傷的預(yù)防是非常重要的。地面運行期間，一些發(fā)動機進氣口有在地面和進氣口之間形成渦流的趨勢。在這些發(fā)動機上可能安裝了一個渦流消散器。

也可能使用其他設(shè)備，如屏幕和/或偏轉(zhuǎn)器。飛行前檢查程序包括一個對任何外物損傷跡象的目視檢查。

熱啟動是當(dāng)EGT超過安全限制時的啟動。熱啟動是由于太多燃油進入燃燒室或者是渦輪機轉(zhuǎn)速不夠引起的。只要發(fā)動機熱啟動時，參考飛機飛行手冊，飛行員操作手冊或者相關(guān)的維護手冊來了解檢查要求。

如果點火后發(fā)動機不能加速到適合的速度或者沒加速到慢車轉(zhuǎn)速，這時就發(fā)生了懸掛啟動。懸掛啟動也可以稱為假啟動。懸掛啟動可能是由于啟動動力源不足或者燃油控制故障而導(dǎo)致。

壓縮機葉片是小的翼型，遵守適用于任何翼型的相同空氣動力學(xué)原理。壓縮機葉片有一個迎角。迎角是進氣口空氣速度和壓縮機旋轉(zhuǎn)速度的計算結(jié)果。這兩個力合成構(gòu)成一個向量，它確定了翼型沖擊進氣口空氣的實際迎角。

壓縮機失速可以描述為進氣口速度和壓縮機旋轉(zhuǎn)速度這兩個向量數(shù)值的失衡。當(dāng)壓縮機葉片迎角超過臨界迎角時發(fā)生壓縮機失速。在這個點上，平穩(wěn)氣流受到干擾，隨著壓力波動產(chǎn)生了紊流。壓縮機失速導(dǎo)致空氣流進壓縮機時速度降低和停滯，有時還反向流動。如圖4

壓縮機失速可以是瞬時現(xiàn)象和間歇性現(xiàn)象或者是持續(xù)的狀態(tài)，甚至更嚴(yán)重。瞬時/間歇性失速的表現(xiàn)通常是在回火和反向氣流發(fā)生時間歇的爆炸聲。如果失速發(fā)展成為穩(wěn)定狀態(tài)，可能從持續(xù)的反向氣流產(chǎn)生強烈的振動和高聲的嘯叫。駕駛艙儀表基本上通常不會顯示輕度的或者瞬時失速，但是會顯示形成的失速。典型的儀表表現(xiàn)包括轉(zhuǎn)速的波動和排氣溫度的增加。大多數(shù)瞬時失速不會對發(fā)動機有害，經(jīng)常在一兩個周期后自己糾正過來。穩(wěn)定狀態(tài)的失速導(dǎo)致發(fā)動機損壞的可能性很大。必須快速的通過降低功率，減小飛機迎角和增加空速來完成改出失速。

盡管所有的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機會受壓縮機失速影響，大多數(shù)型號都有抑制這些失速的系統(tǒng)。有一個這樣的系統(tǒng)使用可變式進氣口導(dǎo)葉(VIGV)和可變式定子葉片，它可以把進來的空氣以適當(dāng)?shù)挠菍?dǎo)向到轉(zhuǎn)子槳葉。防止空氣壓縮失速的主要方法是使飛機在制造商確立的參數(shù)范圍內(nèi)運行。如果壓縮機失速確實形成了，請按照飛機飛行手冊或者飛行員操作手冊中的建議程序來做。

熄火是燃?xì)鉁u輪發(fā)動機的一種運行狀態(tài)，此時發(fā)動機的火無意的熄滅。如果燃燒室中油氣混合比超過富油限制，火焰將會被吹熄。這個狀態(tài)經(jīng)常稱為富油熄火。它通常發(fā)生于非?？焖俚陌l(fā)動機加速，過度富油的混合氣使燃油溫度降低到燃燒溫度以下。也可能由于氣流不足而不能維持燃燒。

另一方面，更多常規(guī)的熄火事件是由于燃油壓力低和發(fā)動機速度低，這些典型的和高高度飛行有關(guān)。這種情況也會在下降期間發(fā)動機油門收回時，這會產(chǎn)生貧油條件熄火。貧油混合器很容易導(dǎo)致火焰熄滅，甚至是正常的氣流通過發(fā)動機時也會發(fā)生。

燃油供應(yīng)的任何干擾也會導(dǎo)致熄火。這原因可能是長時間的非常規(guī)姿態(tài)，發(fā)生故障的燃油控制系統(tǒng)，紊流，結(jié)冰或者燃油耗盡。

熄火的征兆通常和發(fā)動機失效后一樣。如果熄火是因為瞬時條件，例如燃油流量和發(fā)動機速度之間的失衡，一旦狀態(tài)被糾正就可以嘗試空中啟動發(fā)動機。無論如何，飛行員必須遵守飛機飛行手冊或者飛行員操作手冊中適用的緊急程序。一般的，這些程序包含了關(guān)于高度和空速的建議，在這些條件下空中開車很可能成功。

本書是美國普特拉·惠特尼公司編寫的《航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機》第三版的中譯本。全書共六章:第一章介紹了航空渦輪發(fā)動機的基本原理、基本概念;第二章、第三章分別介紹航空渦輪發(fā)動機所涉及的術(shù)語和不同類型的航空渦輪發(fā)動機的結(jié)構(gòu);第四、五、六章論述了航空渦輪發(fā)動機的工作、工作特性及發(fā)動機的性能。本書由周曉青、金如山兩位老專家組織翻譯,全文文理通順,概念譯述準(zhǔn)確,并配有大量插圖。本書實用性很強,可供空軍地、空勤人員、航空發(fā)動機科技工作者及有關(guān)的大專院校師生使用。