一文搞清！航空发动机的工作原理，深度好文

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一文搞清！航空发动机的工作原理，深度好文

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航空发动机的工作原理




空气通过进气道减速增压，并以最小的流动损失进入到压气机。压气机以高速旋转的叶片对空气做功压缩空气，提高空气的压力。高压空气进入燃烧室，在燃烧室内与燃油充分混合后燃烧，产生高温高压的气体进入涡轮。高温高压的气体首先在涡轮中膨胀，推动涡轮高速旋转带动风扇（涡扇发动机的主要推力由风扇产生）和压气机。随后燃气在尾喷管中继续膨胀，提高燃气速度，使之高速喷出，产生推力。

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航空发动机的五大部件




航空发动机主要分为五大部件，分别是进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管，下文将对各大部件逐一进行介绍：

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[size=13.3333339691162px]进气道


航空发动机进气道主要的作用是在各种工作状态下，能够将足够量的空气，以最小的流动损失，引入压气机。进气道可分为亚音速进气道和超音速进气道，民航发动机的进气道多为亚音速进气道。

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亚音速进气道是扩张型的管道。它由壳体和整流锥组成。进气道的前端如图所示是扩张型的管道，而前整流锥的后部管道稍微有些收敛。气体进入进气道后，速度会下降，压力和温度都会上升，形成减速增压的过程。经过整流锥后，气体的速度会稍有上升，压力和温度略会降低，气体能较均匀地流入压气机，保证压气的正常工作。

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[size=13.3333339691162px]压气机


压气机是航空发动机的重要组成部分之一。它的主要作用是通过高速旋转的叶片对空气做功，对流过它的空气进行压缩，提高空气的压力，为之后在气体在燃烧室中的燃烧创造条件，以改善发动机的经济性，增加发动机的推力。


压气机从构型上可以分为离心式和轴流式两种。评定压气机性能的主要指标是增压比、效率、外廓尺寸和重量等。此外，轴流式压气机较离心式压气机相比，增压比大，效率高，单位空气流量大。故现役的民航发动机多为轴流式压气机。

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航空发动机的压气机部分也可分为低压部分和高压部分。低压部分包括风扇和低压压气机，高压部分包括高压压气机。低压部分由低压涡轮驱动，高压部分由高压涡轮驱动。另外，罗罗公司的RB211系列和Trent系列发动机因采用三转子构型，所以还有中压部分。

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轴流式压气机由两个部分组成，分别是固定部分和旋转部分，也可称为转子和静子。

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如上图为PW4000型发动机压气机部分的分布图。包括一级风扇，四级低压压气机和11级高压压气机。需注意压气机部分是转子部分在前，静子部分在后。

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[size=13.3333339691162px]燃烧室



燃烧室是发动机的重要部件之一。燃烧室位于压气机和涡轮之间，其主要作用是高压空气和燃油充分混合燃烧，将化学能转化为热能，形成高温高压的燃气。发动机的可靠性、经济性和寿命很大程度由它决定。

燃烧室有三种基本构型，分别是分管燃烧室、联管燃烧室和环形燃烧室。无论那种燃烧室，为了满足基本功能都采用了减速扩压、分股进气等技术。燃烧室由进气装置（扩压器）、火焰筒[size=17.7777786254883px]、喷嘴、点火装置和壳体组成。

目前民航发动机所使用的多为环形燃烧室，其中环形燃烧室又可分为直流式回流式和折流室三种类型。




[size=13.3333339691162px]涡轮


涡轮是航空发动机的重要部件之一。安装在燃烧室的后面，它的作用是将高温燃气中的热能和压力位能转变为功，高温高压的气体在涡轮中膨胀，推动涡轮旋转，带动风扇和压气机工作。航空燃气涡轮的特点是功率大、燃气温度高、转速高、效率高和重量轻。


涡轮可分为轴流式和径流式两类。民航发动机多采用轴流式涡轮。轴流式涡轮又可分为冲击式和反力式两种。

涡轮的结构也分转动部分和固定部分。转动部分叫做涡轮转子，固定部分叫做涡轮静子。涡轮转子由涡轮盘、涡轮轴、工作叶片和连接零件等组成。涡轮静子由涡轮机匣和导向器等部分组成。

工作叶片一般由叶身、中间叶根及榫头三部分组成，现在最广泛使用的是枞树形榫头连接。

涡轮与压气机不同，静子部分在前，转子部分在后。如上图为PW4000发动机的涡轮部分分布，两级高压涡轮和四级低压涡轮。




[size=13.3333339691162px]尾喷管


尾喷管安装在涡轮的后部，也是发动机的重要部件之一。主要作用是将从涡轮流出的燃气膨胀加速，将燃气部分的焓转变为动能，提高燃气速度，使燃气以很大的速度排出，产生较大的推力。

尾喷管分为亚音速和超音速两类。亚音速喷管是收敛形的管道，而超音速喷管是先收敛后扩张形的管道。


亚音速喷管由排气管和喷口组成。




专业名词简介

• 涵道比:外涵道气流与内涵道气流之比。外涵道气流指通过风扇后从核心机外围流过的气体；内涵到气体指的是从核心机内部流过的气体。
  
• 增压比：压气机出口处的总压与压气机进口总压之比。
  
• 马赫数：飞行速度与当地音速之比。
  
• 压力比（EPR）：涡轮后的总压与压气机进口处的总压之比。发动机排气温度（EGT）：低压涡轮后燃气总温。
  

文章内容两机动力控制摘自东方机务茶社的博客
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