你真的瞭解航空發動機,之燃燒室和渦輪機

航空渦輪發動機的燃燒室,總共有兩種,一種是環形燃燒室,另外一種是環管型燃燒室為第一級燃燒室。還有軍方的噴氣式發動機的加力燃燒室為第二級燃燒室,這裡主要講解第一級燃燒室。

環管型燃燒室

環管型燃燒室,其實很好理解,就是很多像易拉罐一樣的罐子,環繞發動機,一般有8到12個燃燒罐,但是這種罐子雖然遍佈很均勻,但是有一個缺點就是燃燒不均勻,會減少渦輪機葉片的使用壽命。

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環管型燃燒室

環管型燃燒室,每一個罐子裡面的情況基本相同,以其中的一個燃燒罐為例,如上圖所示燃燒罐有兩層中間還有一個夾層,然而最裡面一層還有很多小洞。

燃燒罐裡面有一個噴油嘴,就像活塞發動機的氣缸一樣,點燃燃燒,不過與活塞發動機不同的是,這個燃燒室從點火開始就會一直燃燒。而這個夾層就是壓縮空氣從這裡經過為了冷卻燃燒室外圍保護外殼,然而這個小洞有兩個作用。一、給燃燒室裡面造成湍流提高燃燒效率。二、冷卻燃氣流,燃燒室產生的溫度達到2000℃到2500℃,而渦輪能承受的溫度是1000℃到1500℃。

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點火燃燒 藍色區域溫度下降

環形燃燒室

環形燃燒室就是環繞在發動機周圍的一個圓環,是一個整體作為燃燒室。

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環形燃燒室

環形燃燒室中間就是壓縮空氣進入,外圍同樣有壓縮空氣就進行冷卻,其優點就是燃燒均勻,和環管形燃燒室比較,環形燃燒室更有利於提高渦輪機葉片的壽命,同時也叫減少了噴油嘴和火花塞的數量。

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環形燃燒室剖面圖

環形燃燒室就只有一層,中間噴油嘴噴出燃油進行燃燒,而上下有壓縮空氣進入冷卻和提高燃燒效率。還有一點就是噴油嘴的燃油是遠離噴油嘴燃燒,這樣避免噴油嘴積碳。

自由渦輪燃燒室,自由渦輪燃燒室也是環形燃燒室是適用於小型渦輪發動機,因為發動機體型限制,其燃燒氣流有一個180°的大轉彎,所以會損耗大量能量。這種一般用於直升機和渦輪螺旋槳飛機。

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反向氣流燃燒室

渦輪機

渦輪發動機的渦輪機可以分為,單軸渦輪機,和多軸渦輪機。同樣可以根據壓力不同也可以分為低壓渦輪機和高壓渦輪機。

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紅色高壓渦輪葉片,黃色低壓渦輪葉片

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紅色高壓渦輪機軸,藍色低壓渦輪機軸

渦輪機工作原理

渦輪機工作原理和壓縮機的工作原理是相反的,其轉子和定子的順序也是相反的,每一組由定子和轉子組成。

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定子和轉子,兩種不同類型的轉子

其中都是利用伯努利流體原理,葉片呈收縮型,截面積變小,氣流由靜壓轉成動壓,空氣流速增大,溫度減小,然後利用牛頓第三定律作用與反作用力帶動渦輪機旋轉。在這個過程中,靜壓是不斷轉變成動壓,因此靜壓力(也就是通常說的壓力)會越來越小。



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