| HowItWorksLab · Machines
简体中文

涡轮喷气发动机如何工作

涡轮喷气发动机把空气压缩、在其中燃烧燃料,再把高温燃气从尾部喷出。跟着空气从进气道走经压气机、燃烧室与涡轮,最后从喷管喷射而出。

涡轮喷气发动机 · 剖面 进气道 空气由此进入 压气机 压缩空气 燃烧室 让燃料与空气燃烧 涡轮 驱动压气机 主轴 连接涡轮与压气机 排气喷管 加速高温燃气 短舱 外壳(半透明)
发生的顺序 进气道 → 压气机 → 燃烧室 → 涡轮 → 喷管
显示模式

详细说明

什么是涡轮喷气发动机?

涡轮喷气发动机是最简单的一种喷气发动机。它吸入空气、压缩空气、在其中燃烧燃料,用一部分高温燃气维持自身运转,把其余的从尾部高速喷出。全部推力都来自这股喷流,因此它被称为“涡轮喷气”而不是“涡轮风扇”。

为什么要看进内部?

从外面看,涡轮喷气发动机不过是一根两端开口的管子。整个故事——空气如何被吸入、压缩、燃烧与膨胀——都发生在内部,其间四个舱段沿一根主轴依次排列。

部件及其作用

1. 空气被吸进进气道

压气机转动时,把空气从前方进气道吸进来。进气道平滑的开口让空气尽量不受扰动地进入,因为发动机最需要的是稳定均匀的气流。

2. 压气机压缩空气

压气机由一排排叶片组成,每一排都让空气转向,并把它送进比上一排更小的空间。挤压空气使压力提升好几倍。高压空气燃烧起来远比常压空气有力,正是这一步让后面的流程 worthwhile。

3. 燃料与空气一起燃烧

燃料被喷入压缩空气,在燃烧室中被点燃。结果是一股极高温、高压的燃气,发动机要用的能量此时都在这股燃气里——先用来维持自身运转,再用来推动飞行。

4. 涡轮驱动压气机

高温燃气冲过涡轮,像风车一样把它吹转。涡轮并不产生推力;它只取出刚好够用的能量来转动主轴,主轴再伸到前方带动压气机。发动机就靠这样让自己维持运转。

5. 喷管把剩下的能量变成推力

经过涡轮后剩下的高温燃气进入收敛的排气喷管。流道收窄使燃气加速,而从发动机高速喷出的射流,就是把飞机向前推的推力。

为什么燃烧前要先压缩空气?

燃烧压缩后的空气,能释放出远多于常压燃烧的有用能量。先提高压力,每一千克空气就能把更多功带给涡轮和喷管。

推力是涡轮产生的吗?

不是。涡轮主要用来带动压气机,只取出刚好够维持发动机运转的能量。推力来自剩下被排气喷管加速喷出的高温燃气。

为什么发动机要先转起来才能工作?

压气机只有在已经快速旋转时才能建立压力,所以涡轮喷气发动机必须先由起动机或另一台发动机把它带动起来,才能自行维持运转。

主轴起什么作用?

它把后方的涡轮和前方的压气机连在一起,于是从高温燃气中取出的能量就能带动压气机,而无需单独的马达。

涡轮喷气发动机能在太空飞行吗?

不能。它需要空气来燃烧、也需要空气被向后推出,所以只能在大气层内工作。火箭自带氧化剂,正是为了解决这一点。

常见误区

排气是在顶着外界空气。 看起来像发动机把大气向后推。
它靠向后抛出质量来前进。 发动机被自身高速排气向前推,和火箭工作的道理一样。
推力是涡轮给的。 涡轮处在高温气流里,看起来像驱动部件。
涡轮主要是带动压气机。 它只取走刚好够维持发动机运转的能量;推力来自离开喷管的燃气。
燃料是主要的能量载体。 似乎发动机完全靠燃料运行。
被喷出的质量大部分是空气。 燃料只是把空气加热;推力主要来自发动机吸入并加速的那部分空气。
免责声明:本图解为教学目的做了大幅简化,真实系统变量与复杂度远超此处。不可用于工程生产用途,也不构成金融、政治或专业建议。