航空燃气轮机的工作原理
燃气轮机的工作原理分析
燃气轮机的工作原理分析燃气轮机是一种将燃气能转换为机械能的热动力装置。
它通过燃烧燃气，并利用高温高压气体的膨胀驱动涡轮机运转，从而将热能转化为机械能。
本文将对燃气轮机的工作原理进行深入分析。
一、燃气轮机的基本构造燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮机和辅助系统等组成。
压气机负责将大气中的空气压缩，提高压气机出口的压力和温度；燃烧室将燃料与压缩空气混合并燃烧，产生高温高压的燃气；涡轮机则利用高温高压燃气的膨胀作用，转动轴，输出机械能。
二、燃气轮机的工作过程1. 压缩过程在压气机中，压气机叶片将空气压缩，并不断增加其压力和温度。
由于压缩过程中涡轮机的功率输入，工作流体的压力会急剧增加，温度也会相应上升。
2. 燃烧过程压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料充分混合并燃烧。
在燃烧过程中，燃气的温度急剧升高，压力也随之上升。
在燃烧过程中，燃气释放的热能被吸收，并驱动涡轮机的转动。
3. 膨胀过程高温高压的燃气进入涡轮机，通过叶轮的高速旋转，将热能转化为机械能。
涡轮机的转动使得轴上的负载得以工作，产生功率输出。
4. 排气过程经过涡轮机的工作后，燃气温度和压力均下降。
排气系统将残余燃气排出燃气轮机，进入大气中。
三、燃气轮机的特点与优势1. 高效率：相比于蒸汽轮机，燃气轮机拥有更高的实际功率和热效率，能够更充分地利用燃气的能量。
2. 快速启动：燃气轮机的启动时间相对较短，可以在数分钟内达到额定工况。
3. 灵活性：燃气轮机由于结构简单，响应速度快，适用于大范围的负荷变化，具有较好的负载调节性能。
4. 环保性：燃气轮机燃烧过程中的烟气排放较少，对环境污染较低。
四、燃气轮机的应用领域燃气轮机由于其高效率、快速启动和灵活性的优势，广泛应用于各个领域。
以下是燃气轮机的几个主要应用领域：1. 发电行业：燃气轮机广泛用于电力厂的发电设备，可以有效提供稳定可靠的电力供应。
2. 航空航天产业：燃气轮机被用于飞机、火箭等航空航天器的推进系统，提供动力支持。
航空燃气涡轮发动机概述
航空燃气涡轮发动机概述航空燃气涡轮发动机是现代航空工业中最重要的动力装置之一、它具有高效率、高功率密度和高可靠性等优点，被广泛应用于各类飞机中。
本文将概述航空燃气涡轮发动机的工作原理、结构组成、分类、性能指标以及未来发展方向等内容。
航空燃气涡轮发动机的工作原理基于燃烧室内的燃气推动涡轮。
它由压气机、燃烧室和涡轮组成。
首先，压气机将空气压缩，提高其温度和压力。
然后，压缩空气进入燃烧室，与燃料混合并燃烧，产生高温高压的燃气。
最后，高压燃气通过涡轮使其旋转，产生推力，并从尾喷管排出。
可见，航空燃气涡轮发动机的工作原理是通过涡轮驱动压气机，提供压缩空气并将其推向尾喷管。
航空燃气涡轮发动机的结构组成包括压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管和附属系统等。
压气机主要通过叶片的旋转将空气压缩，提高其温度和压力。
燃烧室用于将燃料与压缩空气混合并燃烧，产生高温高压的燃气。
涡轮通过燃气的膨胀驱动压气机，使其继续工作，并产生推力。
尾喷管用于将高压燃气排出，并产生反作用力。
附属系统包括供油系统、冷却系统和控制系统等，用于保证发动机的正常运行。
航空燃气涡轮发动机可以根据压气机的工作循环分类为单转子和双转子发动机。
单转子发动机只有一个压气机和一个涡轮，如连杆式发动机。
双转子发动机具有两个对称的压气机和涡轮，如军用飞机上常用的分段式发动机。
根据尾喷管的形式，航空燃气涡轮发动机还可分为直喷式和径向喷管式。
航空燃气涡轮发动机的性能指标主要包括推力、燃油消耗率、比功率、绕程推力比和起动性能等。
推力是发动机提供的推动力量，决定飞机的加速能力和最大速度。
燃油消耗率是单位推力下消耗的燃油量，直接影响飞机的航程和经济性。
比功率是单位发动机质量下产生的推力，用于衡量发动机的功率密度。
绕程推力比是发动机在巡航状态下产生的推力与起飞推力的比值，用于衡量发动机的高空巡航性能。
起动性能包括发动机的起动时间和起动能力，在冷启动和热启动时对飞机的起飞和复飞具有重要影响。
燃气轮机工作原理与应用技术
燃气轮机工作原理与应用技术燃气轮机是一种能够将燃料的热能转化为动能的发电机组，被广泛应用于发电、航空、船舶等领域。
本文旨在介绍燃气轮机的工作原理和应用技术。
一. 燃气轮机的工作原理燃气轮机的基本构成包括压气机、燃烧室、涡轮和发电机。
其工作原理可以简单概括为：压缩来自空气压力机的压缩空气，送入燃烧室燃烧燃料，产生高温高压气流，通过涡轮转子驱动发电机发电，同时排出尾气。
1. 压气机压气机的作用是将空气压缩并提高压力，为下一步的燃烧提供充足的氧气。
一般情况下，燃气轮机会使用多级离心式压气机，它的作用是将来自空气压力机的空气进行多级压缩，以达到较高的压力和温度。
2. 燃烧室燃烧室是将燃料燃烧，产生高温高压气流的空间。
在燃烧室中，燃料喷射器将燃料喷入燃烧室中，随后点火引燃。
经过燃烧后，气流温度达到1000℃以上，并且压力增加。
3. 涡轮涡轮是燃气轮机中最重要的组成部分之一。
涡轮的作用是将由燃烧室排出的高温高压气流转化为机械能，启动发电机转子，发电机转子通过旋转发电。
通常，燃气轮机会采用多级叶轮式涡轮，不同级数叶片的转速和角度不同，以适应不同的压力和温度。
4. 发电机发电机是将涡轮输出的机械能转化为电能的装置。
发电机一般采用在转子上安装绕组的感应式发电机。
整个燃气轮机的工作过程，最终会输出电能。
二. 燃气轮机的应用技术燃气轮机作为一种高效能、节能、环保的发电机组，具有着广泛的应用领域。
1. 发电在发电领域，燃气轮机可以单独或者联合热电联产的方式来输出电能和热能，具有高效能、低污染等优点。
另外，由于其响应速度较快，可以在短时间内投入运行，满足紧急情况下的电力需求。
2. 航空领域燃气轮机在航空领域中可以作为飞机推进装置，为飞机提供动力。
燃气轮机具有高可靠性、高效能、快速响应等优点，很好地满足了航空领域对发动机的高要求。
3. 船舶领域燃气轮机在船舶领域中可以作为动力装置，为船只提供足够的动力。
燃气轮机具有启动响应快、可调速、低振动、低噪音等优点，非常适合船舶的工作环境。
第二章航空燃气轮机的工作原理
第2章航空燃气轮机的工作原理Principle of Aero Gasturbine Engine第2.1节概述Introduction涡轮喷气发动机是航空燃气轮机中最简单的一种，它是飞机的动力装置。
涡轮喷气发动机在工作时，连续不断地吸入空气，空气在发动机中经过压缩、燃烧和膨胀过程产生高温高压燃气从尾喷管喷出，流过发动机的气体动量增加，使发动机产生反作用推力（图2.1.1）图2.1.1 单轴涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机（图2.1.2）作为一个热机，它将燃料的热能转变为机械能。
涡轮喷气发动机同时又作为一个推进器（，它利用产生的机械能使发动机获得推力。
图2.1.2 表示热机和推进器的单轴涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机，作为热机，它和工程中常见的活塞式发动机一样，都是以空气和燃气作为工作介质。
它们的相同之处为：均以空气和燃气作为工作介质。
它们都是先把空气吸进发动机，经过压缩增加空气的压力，经过燃烧增加气体的温度，然后使燃气膨胀作功。
燃气在膨胀过程中所作的功要比空气在压缩过程中所消耗的功大得多。
这是因为燃气是在高温下膨胀的，于是就有一部分富余的膨胀功可以被利用。
它们的不同之处为：•进入活塞式发动机的空气不是连续的；而进入燃气轮机的空气是连续的。
•活塞式发动机中喷油燃烧是在一个密闭的固定空间里，称为等容燃烧，而燃气轮机则在前后畅通的流动过程中喷油燃烧，若不计流动损失，则燃烧前后压力不变，故称为等压燃烧。
下面给出了涡轮喷气发动机的简图，图中标出了发动机各部件名称和各个截面的符号。
对于单轴和双轴涡轮喷气发动机的尾喷管，若为收敛性喷管，其出口截面9在临界或超临界状态下成为临界截面，故也可以标注为8。
0---远前方，1---发动机进气道入口，2---压气机入口，3---燃烧室入口,4---涡轮入口，5---尾喷管入口，8---尾喷管临界截面,9---尾喷管出口图 2.1.3涡轮喷气发动机各部分名称请记住上图涡轮喷气发动机各个截面符号的含义。
燃气轮机原理与设计技术
燃气轮机原理与设计技术燃气轮机是一种常用的热能转换设备，广泛应用于工业、航空、航天等领域。
燃气轮机利用高温高压的气流旋转涡轮，将热能转化为机械能，从而带动发电机或其他设备运转。
燃气轮机具有高效率、低排放、灵活性强等优点，是现代能源工业的重要组成部分。
一、燃气轮机的工作原理燃气轮机的工作原理基于空气动力学中流体运动规律和热力学中热能转换原理。
燃气轮机是由喷气发动机发展而来，与喷气发动机相比，燃气轮机多用于发电、压缩空气等非飞行用途。
燃气轮机由燃烧室和多级涡轮组成，其中燃烧室是实现高温高压气体产生的关键部件，而涡轮则是将气体动能转化为机械能的关键部件。
燃烧室内混合燃料和空气，经过点火后，燃烧产生高温高压气体，这些气体经过多级涡轮的作用下，持续旋转涡轮产生动能，最终带动发电机或者其他设备运行。
在燃气轮机的运作过程中，空气被摄入到轴流压缩机中，经过多级叶片轮叶片的压缩，使气体压力倍增，同时体积减小，压缩后的空气被导入到燃烧室中进行燃烧。
在燃烧室内，燃料和被压缩的空气混合并燃烧，产生高温高压气体，这些气体穿过燃烧室的多个喷嘴，喷向第一级涡轮的叶片，使涡轮开始旋转。
随着气体的流动压力逐渐减小，涡轮转速逐渐上升。
当气体流经所有的涡轮和中间级轴承后，会进入排气系统中，通过喷嘴把剩余的热能转化为推力或产生电能，最终被排出机外。
二、燃气轮机的设计技术燃气轮机设计技术是燃气轮机制造领域的关键技术之一，主要包括叶片形状设计、燃烧室热力学和结构强度设计等方面。
1. 叶片形状设计涡轮叶片是将燃气轮机系统中燃烧室内发生的热能转化为机械能的关键部件。
在叶片形状上，要根据燃烧系统的热力学、动力学特性和机械强度等因素进行合理的优化设计，以提高燃气轮机的功率效率和可靠性。
2. 燃烧室热力学设计燃烧室是实现燃料燃烧产生高温高压气体的关键组件，其热力学设计是燃气轮机设计的一个重要环节。
在燃烧室的设计过程中，需要根据燃料的性质、空气的进气量、在不同压力下的燃烧效率和排放的质量进行科学的计算和优化，以保证燃烧室的效率和安全性。
航空燃气涡轮发动机原理
航空燃气涡轮发动机原理
航空发动机是飞机的心脏，它直接影响着飞机的性能和安全。
它是利用燃气产生的推力来使活塞做往复运动，从而产生升力和推力。
航空发动机按工作原理可分为压气机、燃烧室、涡轮、喷管和尾喷管等部分，下面就来介绍一下航空发动机的基本工作原理。
1.压气机
压气机是用来产生空气动力的机械，通常在飞机中扮演着压缩空气的角色。
与飞机其他机械相比，发动机具有体积小、重量轻、推力大、推重比高等特点。
1.燃烧室
燃烧室是用来引燃燃料和空气以产生高温高压燃气的部分。
燃烧室是发动机的核心部件，其容积大小直接决定着发动机的最大推力。
1.涡轮
涡轮是航空发动机中转动部件之一，它将发动机排出的高温高压气体做功，使之变成具有一定速度的高压气体。
在航空发动机中，涡轮又是推动活塞运动的动力装置。
涡轮是由电动机或燃气轮机驱动的，其传动方式有齿轮传动和齿轮-轴传动两种。
涡轮旋转时带动轴旋转，产生一个与轴方向相反的推力，这就是推力矢量控制技
— 1 —
术（IFCV）。
— 2 —。
航空器发动机燃气轮机的性能研究
航空器发动机燃气轮机的性能研究航空器发动机燃气轮机是现代航空技术中不可或缺的部分。
这是因为燃气轮机有着较高的能量效率，它不仅可以驱动飞机前进，还可以为其提供电力和控制系统所需的动力。
在航空器的设计和制造过程中，燃气轮机的性能研究非常重要，可以提高发动机效率和可靠性，从而提高飞机的安全性、可用性和经济性。
一、航空器发动机燃气轮机的构造和工作原理航空器发动机燃气轮机由多个组件和系统构成，其中最核心的是燃烧室和涡轮。
燃烧室是燃气轮机转化化学能为机械能的关键部分，涡轮则是将高温高压气体加速喷出并驱动外部系统的重要组件。
燃气轮机的工作原理是：飞机上的燃油在燃烧室内加热，形成高温高压气体，然后将气体喷向涡轮，使涡轮在高速气体的推动下急速旋转。
涡轮的旋转转动着一根轴，从而带动其它系统的旋转，例如推进器、电力发生器和油泵等。
二、燃气轮机性能研究的意义燃气轮机的性能研究对于提高燃气轮机效率和可靠性至关重要。
燃气轮机的优化设计可以降低燃油消耗和减少因机械故障或其他因素造成的飞行中断。
此外，燃气轮机设计的优化还可以提高发动机效率，使机型噪音和污染控制更加可行。
三、主要研究内容和方法燃气轮机的性能研究内容涵盖燃烧室、涡轮、叶片、涡轮增压器和噪音控制等方面。
其中主要的研究方法包括理论计算和试验验证。
1.燃烧室的研究燃烧室是燃气轮机效率和可靠性的关键部分，其设计对发动机的性能和寿命具有重要影响。
通过理论模型，科学家可以计算燃料喷射量、燃烧室内的压力和温度变化等参数，来评估设计方案和优化燃气轮机燃烧过程。
2.涡轮和轴的研究涡轮和轴是承受高温高压气体冲击和加速的核心部件。
通过科学的热力学和流体模型，科学家可以计算和优化涡轮和轴的形状、材料、重量和热传导性能等参数。
3.叶片的研究叶片是涡轮的重要组成部分，它的质量、强度和形状都会影响涡轮的性能。
科学家通过建立数学模型来计算叶片的稳态和非稳态力学行为，以及热传导性能和疲劳寿命等参数，从而优化叶片的设计。
(完整版)第二部分航空燃气轮机的工作原理
总膨胀过程中，单位工质对外界做功：
wt c
cp (T3
T4 )
T3cp
(1
(
1
n1)
/
n
)
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2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循环
2. 实际循环
p2
3
1-2 多变压缩n >k 3-4 多变膨胀n’<k
2-3 等压加热 4-1 等压放热
实际循环的比功
1
w wt wc cp (T3 T4 ) cp (T2 T1)
绝热压缩效率
c
(k 1) / k
c
(n1) / n
c
1 1
c
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2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循环
2. 实际循环
p2
3
1-2 多变压缩n >k 3-4 多变膨胀n’<k
2-3 等压加热 4-1 等压放热
表明膨胀过程流动损失：
1
4
n1 n2 n3
n1
e
n2
n3
绝热膨胀效率
（3）理想燃气轮机循环分析
③ 绝热膨胀过程 3~4
p23
3
整个过程吸热为0；
1
两个阶段：
1
✓ 3~3’ 在涡轮中完成，涡轮从
0
工质中获得的机械功为：
p-V
4
V
w3 h3 h3
✓ 3’~4 在尾喷管或动力涡轮中 完成，单位工质所做的功为。
w4
1 2
v42
1 2
v32h3
h3
h4
总机械功：
wt,i w3 w4 h3 h4 cp (T3 T4 )
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? ? T3 T2
为 循环的加热比
4
V
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2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循环
（3）理想燃气轮机循环分析
③ 绝热膨胀过程 3~4
p23
3?
?整个过程吸热为0；
1?
?两个阶段：1? 3ຫໍສະໝຸດ 3' 在涡轮中完成，涡轮从
0
工质中获得的机械功为：
p-V
w3 ? h3 ? h3?
? 第五部分 其他发动机机简介 第10章
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第二部分 航空燃气轮机的工作原理
§ 2.1 航空燃气轮机工作原理
2.1.1 发动机组成及简图 2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循环 2.1.3 双轴式结构的燃气发生器 2.1.4 核心机
§ 2.2 涡喷发动机推力的计算
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§2.1 航空燃气轮机工作原理
2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循环
? 燃气发生器是各类燃气轮机的热机部分， 包括压气机、燃烧室和带动压气机的那部分涡轮 。
? 原理：利用工质重复地进行某些工作过程同时不断 吸热做功。
? 理想循环 ? 工质为空气，为理想气体，其比热为常数，不随 气体温度和压力而变化。 ? 整个工作过程没有流动损失，压缩过程与膨胀过 程为绝热等熵，燃烧前后压力不变，没有热损失 （排热过程除外）和机械损失。
能量方程式
q
?
1 2
v02
?
h0
?
w?
1 2
v2
?
h
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2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循环
（3）理想燃气轮机循环分析
① 绝热压缩过程 1~2
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3?
?整个过程吸热为0； q12 ? 0
?两个阶段：
? 1~1' 迎面高速气流在进气道
0
中的绝能流动，使工质减速增；
]
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2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循环
（3）理想燃气轮机循环分析
④ 等压放热过程 4~1
p23
3?
?整个过程是向大气放热； ? 机械功为0：
w41 ? 0
1?
1
0 p-V
?总放热量为：
q41
?
h4
?
h1
?
c p (T4
?
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c pT1 ( ?
?
(k?1) / k
4
V
? 3'~4 在尾喷管或动力涡轮中 完成，单位工质所做的功为 。
w4
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1 2
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1 2
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h3
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h3??
h4
?总机械功：
wt,i ? w3 ? w4 ? h3 ? h4 ? c p (T3 ? T4 )
?
c pT3[1 ?
?
1
(k?1) / k
]?
cpT1? [1?
?
1
(k?1) / k
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2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循环
1. 理想循环
2
B
3
C
T
1
4
p23
3?
1?
1
0 p-V
T
图2.15 燃气轮机循环布置图
1-2 绝热压缩 2-3 等压加热 3-4 绝热膨胀 4-1 等压放热
2
1?
1
0
T-S
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V
3
3?
4
S
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2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循环 1. 理想循环
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2.1.1 发动机组成及简图
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V
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2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循环
（3）理想燃气轮机循环分析
② 等压加热过程 1~2
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3?
? 在燃烧室内完成； ? 工质所做的机械功为0：
w23 ? 0
? 工质吸热量：
1?
1
0 p-V
q23 ? h3 ? h2 ? cp (T3 ? T2 ) ? cpT1 (? ? ? ) (k?1)/ k
§ 2.3 航空燃气轮机的性能指标及效率
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§2.1 航空燃气轮机工作原理
2.1.1 发动机组成及简图 ? 发动机组成
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2.1.1 发动机组成及简图
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2.1.1 发动机组成及简图
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压；
wc1,i
?
h1??
h1
?
1 2
v12
?
1 2
v1?2
1?
1
p-V
? 1'~1 压气机对工质做功。 wc2,i ? ? w1?,2 ? h2 ? h1?
?总机械功：
wc,i ? wc1,i ? wc2,i ? h2 ? h1 ? c p (T2 ? T1)
? c pT1[? (k?1) /k ? 1]
? 1)
4
V
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2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循环
（3）理想燃气轮机循环分析
? 吸热量 ? 放热量
q1 ? q23 ? cp (T3 ? T2 ) ? cpT1(? ? ? ) (k?1)/ k
q2
?
q41
?
c p (T4
?
T1 )
?
cpT1 (?
?
(k?1) / k
（1）衡量燃气发生器性能的指标
? ① 热效率 t,i ：加入每千克空气的热量中所能产生的可用功与所加热量之比。
② 比功 w ：单位质量空气所作的功。
（2）表示理想燃气轮机循环 工作状态的参数
① 增压比 ? ：压气机出口静压与周围大气压力之比。 ② 加热比 ? ：燃烧室出口温度与外界大气温度之比。
（3）理想燃气轮机循环分析
? 1)
? 比功
wi ? q1 ? q2 ? cp (T3 ? T2 ) ? cp (T4 ? T1)
?
c pT1[ ?
(1 ?
?
1
(k?1) / k
)
?
(?
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课时安排：56学时 民用航空系 刘磊 办公室：A1S-311
课程结构
? 绪论
航空发动机发动机发展回顾与展望 第11章
? 第一部分 热力学和气体动力学基础 第1章
? 第二部分 航空燃气轮机的工作原理 第2章
? 第三部分 发动机部件工作特性 第3,4章
? 第四部分 典型发动机工作特性 第5,6,7,8,9章