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单词 涡轮喷气发动机
释义

【涡轮喷气发动机】
 

拼译:turbojet engine
 

简称涡喷发动机,它是飞机的动力装置。它与一般常见的活塞式发动机一样以空气和燃气作为工作介质,工作时连续不断吸入空气,空气在发动机中经过压缩、燃烧和膨胀过程产生高温燃气从尾喷口喷出,流过发动机的气体动量增加,产生反作用推力。

涡轮喷气发动机与活塞式发动机不同之处在于:在活塞式发动机中,空气是间断地进入气缸,气体的压缩、燃烧和膨胀过程发生在同一气缸中,活塞式发动机把气体膨胀产生的功率转变为曲轴转动的功率。航空用的活塞式发动机必须配以减速器和螺桨才能使发动机获得推力或拉力。而在涡轮喷气发动机中,空气是连续地进入发动机,空气的压缩、燃烧和膨胀过程分别发生在进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管中,气体在涡轮中产生的膨胀功通过转轴传递给压气机。燃气通过涡轮以后,还具有一定的压力和很高的温度,燃气进一步膨胀所产生的功,可以被充分的利用,称为可用功。压气机、燃烧室和涡轮的联合工作可以产生具有一定压力和高温的燃气,故称为燃气发生器。燃气发生器出口可以安装尾喷管使燃气高速喷射,也可以安装动力涡轮使可用功转变成动力涡轮的轴功。整个装置称为燃气轮机。在涡轮喷气发动机中,涡轮后的燃气在尾喷管中膨胀加速,可用功转变为燃气本身的动能,燃气高速喷出发动机,使发动机产生反作用推力。

这种由空气连续进行压缩、燃烧和膨胀所构成的燃气轮机可以作为地面、舰船和航空的动力。涡轮喷气发动机是多种航空燃气轮机中的一种。

19世纪末,人们就设想了燃气轮机的方案。从20世纪开始,不断进行试验研究,到1939年第1台发电用燃气轮机和第1台航空用涡轮喷气发动机先后制成。英国和德国几乎同时研制出第1台用于军事目的的涡轮喷气发动机,虽然两者的结构型式有很大的区别,英国研制的第i台涡喷发动机采用离心式压气机而德国研制的第1台涡喷发动机则采用轴流式压气机,但是两者的工作原理是完全相同的。燃气轮机,是相关各科学技术领域发展进步的结果。

20世纪初,飞机的迅速发展促进了空气动力学的研究,为设计燃气轮机所必需的叶轮机空气动力学的发展打下了基础。由于航空活塞式发动机提高高空功率的需要,设计了废气涡轮增压器,这就为设计高效率的压气机和涡轮准备了理论基础并提供了实践经验。冶金工业的发展为燃气轮机提供了高强度合金钢、高强度铝合金以及用于制造燃烧室、涡轮等高温部件的耐热合金,才有可能使燃气轮机具有很高的工作转速和涡轮前燃气温度。冷热加工工业的迅速发展,提高了制造工艺水平,才有可能加工出形状复杂的压气机和涡轮的叶片以及其他燃气轮机的零部件。

燃气轮机于1939年问世以来,航空燃气轮机的发展一直处于领先的地位,特别是在军用航空领域里,用于歼击机的涡轮喷气发动机首先得到了迅速的发展。最初的涡轮喷气发动机,其压气机增压比较低,仅4~7,涡轮前燃气温度也较低,约1100~1200K。这种最初的涡轮喷气发动机代替了活塞式发动机,使军用歼击机的飞行速度和高度有了大幅度的提高。半个世纪以来,为了降低耗油率和减轻发动机的重量,压气机增压比和涡轮前燃气温度不断地提高。目前,压气机增压比已达到30以上,而涡轮前燃气温度则已超过1600K。

发动机技术的发展促进了飞机性能的大幅度提高,目前采用涡喷发动机的军用飞机,其飞行高度已达到3万米,飞行速度可超过2倍声速。

作为军用歼击机动力装置的涡喷发动机,往往需要在涡轮后的尾喷管内增加复燃加力燃烧室,以便在短时间内增加发动机的推力,成为加力涡喷发动机。从70年代起,军用歼击机开始采用小函道比的加力涡轮风扇发动机以代替涡轮喷气发动机,使不加力耗油率下降到0.07kg/N·h左右,加力推重比达到8左右。

在民用航空领域里,由于涡轮喷气发动机的耗油率较高,从50年代起广泛采用涡轮螺桨发动机,50年代后期以来,又广泛采用涡轮风扇发动机作为运输机和旅客机的动力装置。

目前只有某些即将退役的军用歼击机及其改型的教练机尚在使涡喷发动机作为动力装置,如美国的F100、F101、F102、F4和F104等;英国的“闪电”、F.3和F.6;法国的“幻影”ⅡE和“幻影”F1;中国的歼六、歼七等飞机。

因此,从发展趋势看,航空领域里的涡轮喷气发动机必将被涡轮风扇发动机或涡轮螺桨发动机所代替。

(北京航空航天大学朱行健教授撰)

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