第一讲 燃气涡轮发动机概述
燃气轮机简介
西门子SIEMENS 燃气轮机 ❖ we
GE 燃气轮机
1、燃气轮机基本原理
❖ 地面燃气轮机旳评价参数：
效率：42.9% ，联合循环效率高达58%；（油耗率、热耗） 功率： 最大334MW； 涡轮前温度、压比； 寿命：50000~100000小时； 停机检验时间：4000~8000小时； 单位功率旳重量：重型旳一般不小于2～5kg/kW，轻型则
在1872瑞士人Stole取得了一种燃气轮机旳专利，他设计 旳燃气轮机涉及多级轴流式压气机、反动式涡轮、燃烧 室、回热器等部件。
1895年,美国人 Charles提出了完整旳燃气轮机旳设计专 利。
2、燃气轮机发展史
❖ 在1923年，法国人 Stolze制造了第一台“真正”
旳燃气轮机，而且进行了试验，但是成果却是失败 了。装置除了带动本身旋转外，几乎不能对外输出 功。 ❖ 同步，其他旳人也尝试制造燃气轮机，但是几乎都 失败了。 ❖ 失败旳主要原因有两个：
部件旳效率偏低（主要是压气机，当初旳压气机效率只有 60%左右）。
材料旳限制（没有耐热钢和冷却技术，涡轮前温度只有 740K左右，在后来旳学习中会发觉涡轮前温度循环效率旳 影响最大）。
2、燃气轮机发展史
❖ 到了20世纪30年代，因为空气动力学旳发展应用在 压气机设计领域，使得压气旳效率和压比均得到了 提升；同步冶金技术旳发展出现了耐热钢，能够承 受500~600摄氏度左右旳高温。为燃气轮机旳制造成 功提供了基本旳确保。
一、燃气轮机简介
1. 燃气轮机基本原理 2. 燃气轮机发展史 3. 燃气轮机旳特点 4. 燃气轮机旳应用 5. 发展前景
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。
燃气涡轮发动机01-基础知识
混流式涡轮发动机
总结词
混流式涡轮发动机是一种结合了轴流式和离心式特点的燃气涡轮发动机，具有较高的效率和较广泛的适用范围。
详细描述
混流式涡轮发动机的结构介于轴流式和离心式之间，其压气机采用轴流式设计，而涡轮机则采用离心式设计。这 种设计使得混流式涡轮发动机在低速和高速飞行时都能保持良好的性能。此外，混流式涡轮发动机的适用范围较 广，可以用于多种不同类型的飞行器。
清洁发动机外部和内部的灰尘、污垢等，保持发动机的清洁度。
紧固件检查
检查并紧固发动机上的螺栓、螺母等紧固件，确保其牢固可靠。
定期保养与维修
01
02
03
油液更换
定期更换发动机的润滑油、 燃油等油液，保证发动机 的正常运转。
滤清器更换
定期更换空气滤清器、机 油滤清器等滤清器，防止 杂质进入发动机，影响其 正常运转。
管路是否漏油等。
05
燃气涡轮发动机的发展趋势与未 来展望
技术创新与改进
材料工艺
采用更先进的材料和制造工艺，提高燃气涡轮发动机的性能和耐 久性。
冷却技术
研究和发展更有效的冷却技术，以应对高温、高压的工作环境。
控制系统
改进和优化燃气涡轮发动机的控制系统，提高其稳定性和可靠性。
应用领域的拓展
航空领域
部件检查与更换
定期检查发动机的部件， 如轴承、密封圈等，如有 损坏或磨损严重应及时更 换。
常见故障诊断与排除
发动机过热
01
检查冷却系统是否正常工作，散热器是否清洁，风扇是否正常
运转等。
发动机振动过大
02
检查发动机安装是否牢固，轴承、齿轮等部件是否磨损严重，
1航空燃气涡轮发动机概述共97页PPT资料
喷管：使燃气继续膨胀, 加速, 提高燃气的速度。
一、涡轮喷气发动机的理想循环
布莱顿循环
布莱顿循环由绝热压缩过程 1-2、等压加热过程2-3、绝 热膨胀过程3-4和等压放热过 程4-1组成。由于这个循环在 等压加热，故也称为等压加 热循环。涡轮喷气发动机和 冲压喷气发动机的理想循环 就是布莱顿循环。
燃料使用效率高，噪声小，能获得较大加力比。
（3）涡轮螺旋浆发动机
涡轮螺旋桨发动机
由燃气涡轮发动机和螺旋桨组成,在它们之间还安 排了一个减速器
涡轮螺旋桨发动机的工作原理
螺旋桨产生拉力 气体流过发动机时产生反作用推力
在较低的飞行速度下,具有较高的推进效率, 所以 它在低亚音速飞行时的经济性较好
飞机动力装置
第三部分：燃气涡轮发动机 刘熊
第一章 航空燃气涡轮发动机概述
第一节 航空燃气涡轮发动机简介
燃气涡轮发动机的发展
喷气发动机的分类
发动机：将燃油燃烧释放出的热能转变为机 械能的装置
喷气发动机：把燃料的化学能转化为发动机 高速喷出燃气的动能，从而获得反作用力， 推进飞行器飞行的发动机。
喷入大气中的燃气与大气进行定压的放热过程。
0→2：绝热压缩 （进气道、压气机） 2→3：等压加热 （燃烧室） 3→5：绝热膨胀 （涡轮、喷管） 5→0：等压放热 （外界大气）
布莱顿循环
1kg工质所作的循环功（加热量与放热量之
略去压缩与膨胀过程中工质与各部件之间的热量交换, 忽 略实际过程中的摩擦, 假设在燃烧室中进行的燃油燃烧释 放出热能的化学反应过程为外部热源对工质加热的过程, 并且忽略由流动阻力和加热所引起的压力降低, 从而用定 压加热过程代替之
燃气涡轮发动机1
激波损失：
气体经过激波时，速度和温度都发生突跃变化，粘性和导热作用很大。
在气体温度很高，激波很强的情况下，甚至气体的热力学平衡状态也会遭到破坏。这
种破坏过程是不可逆过程，按热力学第二定律，气体的熵增加，同时有很大一部分机
械能转化为热能，这就是所谓激波损失。在超声速流动中，一般总会产生激波。对于
作超声速运动的飞行器，激波的出现会引起很大的阻力；对于超声速风洞（见风洞）、
运动定律：牛顿三大定律 牛顿第一定律（惯性定律）：任何一个物体在不受外力或
受平衡力的作用时（Fnet=0），总是保持静止状态或匀速直线运动状态 ，直到有作用在它上面的外力迫使它改变这种状态为止。
牛顿第二运动定律 ：物体的加速度跟物体所受的合外力成
正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。
不可压流中任意一点流体的静压与动压之和保持不变
5. 音速
音速与气体状态参数之间的关系：
a = kRT
a = dp / d
k ：比热比； R ：气体常数； T ：气体静温； p ：静压;
ῤ : 密度；
马赫数：流场中任一点处的流速v与该点处气体的音速a的比值，叫该点 处 气流的马赫数，用Ma表示，即
Ma = v/a 亚音速流动：Ma 《1.0 音速流动：Ma =1.0
进气道和压气机等内流设备，在气流由超声速降为亚声速时出现的激波，会降低风洞
和发动机的效率。所以，减弱激波强度以减小激波损失是实际工作中的一项重要课题。
基本分类：
激波就其形状来分有正激波、斜激波。在超声速来流中，尖头体头部通常形成附 体激波，在钝头体前部常形成脱体激波。
人们在实践中发现，在飞行速度达到音速的十分之九，即马赫数M0.9空中时速约 950公里时，局部气流的速度可能就达到音速，产生局部激波，从而使气动阻力剧 增。要进一步提高速度，就需要发动机有更大的推力。更严重的是，激波能使流经 机翼和机身表面的气流，变得非常紊乱，从而使飞机剧烈抖动，操纵十分困难。同 时，机翼会下沉、机头往下栽；如果这时飞机正在爬升，机身会突然自动上仰。这 些讨厌的症状，都可能导致飞机坠毁。这就是所谓“音障”问题。由于声波的传递 速度是有限的，移动中的声源便可追上自己发出的声波。当物体速度增加到与音速 相同时，声波开始在物体前面堆积。如果这个物体有足够的加速度，便能突破这个 不稳定的声波屏障，冲到声音的前面去.突破音障时，由于物体本身对空气的压缩无 法迅速传播，逐渐在物体的迎风面积累而终形成激波面，在激波面上声学能量高度 集中。这些能量传到人们耳朵里时，会让人感受到短暂而极其强烈的爆炸声，称为 音爆(Sonic Boom)。
燃气涡轮发动机
目录[隐藏]∙ 1 基本原理o 1.1 压缩机o 1.2 燃烧室o 1.3 涡轮∙ 2 应用o 2.1 喷射引擎o 2.2 辅助动力单元o 2.3 微型燃气涡轮引擎3 参看[编辑]基本原理Lycoming T-53燃气涡轮机燃气涡轮喷射机引擎的图示。
燃气涡轮机主要由压缩机（compressor）、燃烧室（combustion chamber）、涡轮（turbine）等部份构成。
新鲜空气由进气道进入燃气轮机后，首先由压缩机加压成高压气体，接着由喷油嘴喷出燃油与空气混合后在燃烧室进行燃烧成为高温高压气体，然后进入涡轮段推动涡轮，将热能转换成机械能输出，最后的废气由排气管排出。
而由涡轮输出的机械能中，一部份会用来驱动压缩机，另一部份则经由传动轴输出，用以驱动我们希望驱动的机构如发电机、传动系统等。
[编辑]压缩机压缩机的功用是对气流做功，以提高气流的压力。
一般燃气轮机的压缩机通常有轴流式和离心式两种。
轴流式压缩机会有许多的叶片，形状类似螺旋桨叶片，但是分为“静子”（stator）与“转子”（rotor）两种。
转子就像螺旋桨一般地旋转，在旋转的过程中将气流向后推，这时气流的压力就会提高，温度也会升高。
静子的功用是将因为转子的作用而产生旋转的气流导引回轴向，以正确的角度进入下一组转子。
通常是一组转子和一组静子交互配置，而一组转子和静子就称为一级。
离心式压缩机则是利用叶轮旋转时产生的离心力将气流向外推，而产生加压的效果。
一级的离心式压缩机就能有数级轴流式压缩机的压缩比，对于较小型的燃气轮机来就是不错的选择，但是由于气流是向外辐射，必须以大幅弯曲的通道折回内部，故能量的耗损也较大。
压缩比是压缩机的主要性能指标，指的是气流压力在加压后与加压前的比，通常压缩比较高的燃气轮机，效率也较高，但是气流在压缩过程中温度会上升，考虑到涡轮所能承受的温度有一定的限度，压缩比太高反而不好。
理想的压缩过程应该是等熵过程，但是实际上压缩后的气流的温度和熵都会大于理想值，压力则低于理想值，而压缩机的效率则定义为：其中ηc代表压缩机效率，h1代表气流进入压缩机之前的焓，h2i代表理想状况下气流离开压缩机时的焓，h2a代表实际状况下气流离开压缩机时的焓。
燃气涡轮发动机—搜狗百科
燃气涡轮发动机—搜狗百科燃烧室和涡轮不仅工作温度高，而且还承受燃气轮机在起动和停机时，因温度剧烈变化引起的热冲击，工作条件恶劣，故它们是决定燃气轮机寿命的关键部件。
为确保有足够的寿命，这两大部件中工作条件最差的零件如火焰筒和叶片等，须用镍基和钴基合金等高温材料制造，同时还须用空气冷却来降低工作温度。
对于一台燃气轮机来说，除了主要部件外还必须有完善的调节保安系统，此外还需要配备良好的附属系统和设备，包括：起动装置、燃料系统、润滑系统、空气滤清器、进气和排气消声器等。
燃气轮机有重型和轻型两类。
重型的零件较为厚重，大修周期长，寿命可达10万小时以上。
轻型的结构紧凑而轻，所用材料一般较好，其中以航机的结构为最紧凑、最轻，但寿命较短。
与活塞式内燃机和蒸汽动力装置相比较，燃气轮机的主要优点是小而轻。
单位功率的质量，重型燃气轮机一般为2～5千克/千瓦，而航机一般低于0.2千克/千瓦。
燃气轮机占地面积小，当用于车、船等运输机械时，既可节省空间，也可装备功率更大的燃气轮机以提高车、船速度。
燃气轮机的主要缺点是效率不够高，在部分负荷下效率下降快，空载时的燃料消耗量高。
不同的应用部门，对燃气轮机的要求和使用状况也不相同。
功率在10兆瓦以上的燃气轮机多数用于发电，而30～40兆瓦以上的几乎全部用于发电。
燃气轮机发电机组能在无外界电源的情况下迅速起动，机动性好，在电网中用它带动尖峰负荷和作为紧急备用，能较好地保障电网的安全运行，所以应用广泛。
在汽车(或拖车)电站和列车电站等移动电站中，燃气轮机因其轻小，应用也很广泛。
此外，还有不少利用燃气轮机的便携电源，功率最小的在10千瓦以下。
燃气轮机的未来发展趋势是提高效率、采用高温陶瓷材料、利用核能和发展燃煤技术。
提高效率的关键是提高燃气初温，即改进涡轮叶片的冷却技术，研制能耐更高温度的高温材料。
其次是提高压缩比，研制级数更少而压缩比更高的压气机。
再次是提高各个部件的效率。
高温陶瓷材料能在1360℃以上的高温下工作，用它来做涡轮叶片和燃烧室的火焰筒等高温零件时，就能在不用空气冷却的情况下大大提高燃气初温，从而较大地提高燃气轮机效率。
2024年航空燃气涡轮机培训资料
应急程序示意图
01 燃油泄漏
立即切断燃油供应，开启灭火器
02 燃气轮机失速问题
减小推力，控制飞机姿态
03
总结
航空燃气涡轮发动机的维护与故障排除是飞行安 全的重要环节，只有严格依照维护流程和故障排 除原则，以及严谨的紧急情况处理和安全意识培 训，才能确保飞机的安全飞行。
● 04
第四章 未来航空燃气涡轮发 动机技术发展趋势
● 06
第六章 总结与展望
技术总结
航空燃气涡轮发动 机技术的重要性
航空燃气涡轮机是飞机的 关键部件之一，直接影响 着飞行安全和效率。 其技术的发展水平直接关 系到飞机的性能和经济效 益。
发动机维护的要点
定期检查涡轮机叶片的磨 损情况，及时更换受损部 件。 保持涡轮机内部的清洁， 防止杂质对发动机性能造 成影响。
头
常用方法和 技巧
掌握故障排除的 有效方法和技巧
紧急情况处理
燃油泄漏
立即采取应急措施 隔离泄漏源头 通知地面人员
燃气轮机失速问题
稳定飞行姿态 尽快寻找原因 及时采取应对措施
安全意识培训
安全规定和 操作流程
严格遵守安全规 定，正确操作发
动机
紧急情况下 的应对措施
快速反应，按照 紧急处理流程执
行
● 03
第3章 航空燃气涡轮发动机 的维护与故障排除
维护流程
航空燃气涡轮发动机 的维护流程包括定期 检查和保养，确保发 动机处于良好状态， 以提高性能和延长使 用寿命。同时，故障 预防和处理也是维护 流程中重要的环节， 及时发现并解决潜在 问题，保障飞行安全。
故障排除原则
故障分类和 诊断
准确判断故障类 型，找到故障源
自动诊断故障，提高效率
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 —。
航空小知识——飞机的心脏：航空发动机
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。
GEnx
GEnx发动机是由GE公司研制生产的高涵道比双转子轴流式涡扇发动机，最大推力63800磅。核心机主要部件（详见示意图）：轴流式压气机（包括1级风扇、4级低压压气机和10级高压压气机 ）、环形燃烧室和轴流式涡轮（包括2级高压涡轮和7级低压涡轮 ）。GEnx发动机现用于Boeing 787和Boeing747-8飞机，未来将用于A350等飞机。
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：
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。
TrentXWB
TrentXWB发动机是罗罗公司正在研制的高涵道比三转子轴流式涡扇发动机，未来将用于A350飞机。设计推力分别为75,000磅（适用于A350-800）、84,000磅（适用于A350-900）及97,000磅（适用于A350-1000）。
CFM56系列
CFM56系列发动机是由美国的GE公司和法国的斯纳克玛公司组成的CFM国际公司研制生产的高涵道比双转子轴流式涡扇发动机。于1974年6月投入使用，发动机的推力为18,000至34,000磅。主要型号有CFM56-3、CFM56-5B和CFM56-7B分别用于Boeing 737-300/400/500；A320系列；Boeing737-700/800/900。
燃气涡轮发动机01-基础知识幻灯片课件
14
1.3 热力学基础--内能
➢ 1.3.2 热力学基本定律
一、热力学第一定律
热力学第一定律是能量守衡和转换定律在热力学中的应用。 1 、内能: 热力系内部储存的能量。
U=UK + Up+UM+UA 式中：U-内能；
UK –内动能，它的大小取决于温度； Up –内势能；它的大小取决于分子间的距离，即取决于比容； UM –化学能； UA –原子能。 在工程热力学范围内，内能只包含有内动能和内势能。 内能是状态参数。 对于完全气体，内能只包含有内动能，所以，完全气体的内能只是温度的单值 函数。 内能的法定计量单位为j（焦尔）, 1公斤工质的内能称为比内能，比内能的法定计量单位为j/kg。
• 绝对压力的基准点是绝对真空。
表压力：系统的真实压力超出当地大气压力的部分叫表压。
pg=p - p0
真空度：系统的真实压力低于当地大气压力的部分叫真空度。
pv=p0 - p
➢ 注意：表压和真空度都不是状态参数，因为它们的数值
不但与系统的真实压力有关，而且与当地的大气压力有
关。所以绝对压力才是状态参数。
➢ 系统的分类：
闭口系：与外界无质量交换的系统称为闭口系。
• 特点是系统中包含工质的质量保持不变。
开口系：与外界有质量交换的系统称为开口系。
• 特点是系统的容积保持不变。
绝热系：与外界无热量交换的系统称为绝热系。 孤立系：与外界既无质量的交换也无能量的交换称为孤立系。
• 特点是系统中包含工质的质量和能量均保持不变。
6
1.3 热力学基础
➢ 状态：
平衡状态：是系统与外界不发生相互作用的条件下, 其宏观性 质不随时间变化的状态。
燃气涡轮发动机09-涡扇
燃气涡轮发动机09-涡扇的发展趋势
高效能与低排放
随着环保意识的提高，燃气涡轮发动机09-涡扇正朝着更 高的效率和更低的排放方向发展，以满足日益严格的环保 法规要求。
新材料与新工艺
新型材料如碳纤维复合材料和陶瓷等的应用，以及先进的 制造工艺如3D打印技术，为燃气涡轮发动机09-涡扇的性 能提升和轻量化提供了可能。
02
03
04
按燃料类型
可分为燃油燃气涡轮发动机和 燃气发生器。
按用途
可分为民用航空发动机、军用 航空发动机、舰船发动机和地
面车辆发动机。
按冷却方式
可分为开放式和封闭式循环发 动机。
按工作范围
可分为低、中、高涵道比涡扇 发动机。
02
涡扇发动机简介
涡扇发动机的定义与特点
定义
涡扇发动机是一种利用燃气流和风扇 共同产生推力的航空发动机。
尾喷管
用于将燃气排出并产生推力。
压气机
用于吸入空气并将其压缩，为 燃烧室提供足够的氧气和压力。
涡轮
用于将燃气中的能量转换为机 械能，驱动压气机和风扇旋转。
控制系统
用于调节发动机的工作参数， 如燃油流量、排气温度等。
燃气涡轮发动机09-涡扇的工作原理
当压气机工作，空气被吸入并 压缩，增加了空气的压力和温
航空领域
燃气涡轮发动机09-涡扇是现代民航客机、战斗机和无人机等航空 器的核心动力装置，提供高效、可靠的推力。
航天领域
燃气涡轮发动机09-涡扇也被用于火箭发动机和卫星推进系统，为 航天器的发射和轨道机动提供动力。
工业领域
燃气涡轮发动机09-涡扇在工业领域的应用包括燃气轮机发电机组、 压缩机和泵等，广泛应用于能源、化工、交通和采矿等行业。
燃气轮机装备制造简介介绍
02
燃气轮机制造工艺
燃气轮机制造流程
材料准备
选择合适的材料，如 高温合金、钛合金等 ，进行材料准备。
粗加工
对材料进行粗加工， 如切割、打孔等，以 满足后续工艺的需求 。
热处理
对材料进行热处理， 以提高材料的力学性 能和耐腐蚀性。
精加工
对材料进行精加工， 如磨削、抛光等，以 获得精确的尺寸和形 状。
性能评估
通过实验和计算方法，评估燃气 轮机的热效率、功率密度、排放
等性能指标。
测试与验证
对燃气轮机进行严格的测试和验证 ，确保其性能和可靠性满足设计要 求。
故障诊断与预测
通过监测和分析燃气轮机的运行数 据，及时发现并预测潜在的故障， 提高设备的可用性和安全性。
04
燃气轮机产业现状与发展趋势
全球燃气轮机产业发展现状
通用电气（GE）
作为全球领先的燃气轮机制造商，通 用电气在燃气轮机设计、制造和运营 方面拥有丰富的经验。其产品广泛应 用于航空、能源和工业领域。
西门子
西门子是另一家全球知名的燃气轮机 制造商，其产品广泛应用于电力、交 通和工业领域。西门子燃气轮机具有 高效、可靠和环保的特点。
中国燃气轮机装备制造企业介绍
05
燃气轮机与其他能源形式的比 较
燃气轮机与化石能源的比较
1 2
燃料种类
燃气轮机可以使用多种化石燃料，如天然气、石 油等，而化石能源主要依赖煤炭、石油等有限资 源。
燃烧效率
燃气轮机采用先进的燃烧技术，具有较高的燃烧 效率，而化石能源的燃烧效率相对较低。
3
污染物排放
燃气轮机排放的污染物较少，对环境影响较小， 而化石能源燃烧会产生大量的二氧化碳和其他污 染物。
航空发动机原理知识点精讲
航发原理1、燃气涡轮发动机工作原理1.1、航空发动机概述活塞、涡喷、涡扇、涡轴、涡桨、桨扇，短距离垂直起降动力装置。
1.2、燃气涡轮发动机的工作原理空气连续不断地被吸入压气机，并在其中压缩增压后，进入燃烧室中喷油燃烧成为高温高压燃气，再进入涡轮中膨胀做功。
燃烧的膨胀功必然大于空气在压气机中被压缩所需要的压缩功，使得有部分富余功可以被利用。
燃气涡轮发动机的膨胀功可以分为两部分：一部分膨胀功通过传动轴传给压气机，用以压缩吸入燃气涡轮发动机的空气；另一部分膨胀功则对外输出，作为飞机、舰船、车辆或发电机等的动力装置。
1.3、喷气发动机热力循环（P123）涡喷发动机的理想循环：（p-v 、压力-比体积）等熵压缩：进气道、压气机（0、2、3，特征截面）等压加热：燃烧室（3、4）等熵膨胀：涡轮、喷管（4、5、9）等压放热：大气环境（9、0）（P125）理想循环功L id =q 1−q 2=C p (T t4−T t3)−C p (T 9−T 0)=C p T 0（e −1）（∆e −1）T t4T 0=∆ 加热比 （P t3P 0）k−1k =e P t3P 0=π 总增压比 加热比增加，理想循环功增加。
总增压比为1，理想循环功为0；总增压比为最大，理想循环功为0；存在使理想循环功最大的最佳增压比πopt 。
从物理意义分析，影响理想循环功L id 的是加热量q 1和热效率两个因素。
当π从1.0开始增加时，热效率急剧增加，使L id 增加，一直达到其最大值；此后π继续增加则q 1的减小起了主导作用，使L id 下降。
e opt =√∆πopt =∆k2（k−1）L id =C p T 0（√∆−1）2ηti =1−1πk−1k 只与总增压比有关对应于有效功最大值的最佳增压比πopt 远小于对应于最大热效率的增压比πopt ′。
1.4、喷气发动机的推力（P13）F eff =F −X d −X p −X fX d :进气道附加阻力X p :短舱压差阻力X f:摩擦阻力F=W9c9+(p9−p0)A9−W a c0 1.5、涡喷发动机的总效率、热效率及推进效率η0=ηtηpηp=21+c9c0=推进功循环有效功遗留在空中的动能损失，称为离速损失，排气速度和飞行速度差别越大，动能损失越多。
燃气轮机介绍
环管形燃烧室燃气轮机
❖ 燃气涡轮机发动机有多种结构形式，有环 形燃烧室燃气轮机、环管形燃烧室燃气轮机、 分管形燃烧室燃气轮机等。
❖ 此处主要介绍环管形燃烧室、环管形燃烧 室燃气轮机。
❖ 主要，由轴流式压气机、环管形燃烧室、轴 流式涡轮组成。
环管形燃烧室燃气轮机
，
燃气轮机转子
❖ 燃气轮机的压气机转子与涡轮转子共用同一根转轴，一 同组成燃气轮机转子，涡轮在向外部提供动力的同时也 带动压气机一同旋转。
压气机转子
，
2.1轴流式压气机
❖ 空气经过动叶后运动方向不单是轴向前进，还沿着动叶 旋转的方向运动，这会使下级动叶的压缩效率大大降低。 为此，在每级动叶后插入一级静止的叶片（静叶），可改 善这种状况。 ❖ 运动的动叶与静叶的相对位置与气流走向（仅演示两级 动叶一级静叶）。蓝色叶片是静叶，绿色叶片是动叶，橙 红色箭头表示空气气流的走向。转子旋转时，空气从轴向 进入，经过一级动叶后空气运动角度转向右下方,这个角 度的空气如果直接进入下级动叶,压缩效果会很差。但通 过静叶整，流后，空气运动方向转回轴向，再进入二级动叶 压缩，效果可大大改善。 ❖ 转子安装在压气机的气缸（外壳）内，静叶机匣固定在 气缸内壁。
，
3、燃气轮机的特点
❖ 优点： 结构紧凑、质量轻、体积小、占地面积小， 单位功率质量较低；相对于汽轮机，省去了 庞大的锅炉系统。 启动快、从冷态启动至满负荷，通常只用 几分钟至半小时。 耗水少或者不用水。
，
❖ 缺点： ❖ 部分负荷时效率低，油耗高。
燃气—蒸汽联合循环发电
，
燃气—蒸汽联合循环发电
1、燃气轮机基本原理
❖ 电站燃气轮机循环主要性能指标：
压比：压气机出口的气体压力P2*与进口的气体压力P1* 之比值，反映工质被压缩的程度。 温比：循环最高温度t3*（燃气初温：第一级喷嘴后缘 平面处的燃气的平均滞止温度）与最低温度t1*之比值。 比功：是指相应于进入燃气轮机的每lkg空气，在燃气 轮机中完成一个循环后所能对外输出的功。 单机功，率：燃气轮发电机组的输出电功率PGTG，为主要的 性能指标。 热效率：当工质完成一循环时，把外界加给工质的热量 转化成为机械功或电功的百分数。
1航空燃气涡轮发动机概述
1航空燃气涡轮发动机概述航空燃气涡轮发动机是一种常用于商用飞机、军用飞机和直升机的发动机类型。
它的核心部件是一个由高速旋转的轴上的叶片构成的压气机和一个由燃烧室和涡轮组成的烟尘，以及用于传递动力给飞机的推力装置。
下面将对航空燃气涡轮发动机的工作原理、组成部分和应用进行详细的概述。
航空燃气涡轮发动机的工作原理基于牛顿第三定律，即每个动作都有一个相等且相反的反作用力。
在航空燃气涡轮发动机中，空气经过压气机被压缩，然后与燃料混合并点燃，产生高温高压的气流。
这个气流推动涡轮旋转，在经过燃气涡轮之后，一部分动能被传递给了高速旋转的轴，使得轴和涡轮一起旋转。
最后，涡轮的旋转运动转化为向后的推力，推动飞机前进。
航空燃气涡轮发动机通常由几个主要组成部分组成。
首先是压气机，它由多个叶片组成，旋转时将空气压缩，增加了气体的压力和密度。
接着是燃烧室，它是一个容纳燃料和空气混合物并进行燃烧的区域。
在燃烧室中，燃料通过喷嘴喷入，并在点燃器的作用下点燃。
燃烧的产物是高温高压的气流。
这个气流通过与旋转的涡轮接触，使得涡轮旋转并将动能传递给后方的轴。
最后，涡轮的旋转运动产生的推力由推力装置传递给飞机。
航空燃气涡轮发动机具有许多优点，使其成为航空领域中最常用的发动机类型之一、首先，它具有较高的功率密度，可以为飞机提供足够的推力，以实现高速飞行。
其次，它的反应速度非常快，能够迅速响应飞行任务的要求。
此外，航空燃气涡轮发动机还具有良好的可靠性和耐久性，能够在艰苦的环境条件下进行长时间的工作。
航空燃气涡轮发动机主要应用于商业航空和军事航空中。
在商业航空领域，它被广泛用于大型客机和货机，为它们提供强大的动力和较高的巡航速度。
在军事航空领域，航空燃气涡轮发动机被用于战斗机、轰炸机和直升机等各种类型的飞机上，以提供超音速飞行和快速加速的能力。
总而言之，航空燃气涡轮发动机是一种在航空领域中广泛应用的发动机类型。
它的工作原理基于牛顿第三定律，通过利用空气的压缩和燃烧产生的气流来产生推力，驱动飞机飞行。
01燃气涡轮发动机01-基础知识93
5
1.2 物体的运动--惯性参考系
牛顿运动定律
惯性参考系
运动只有相对于一定的参考系才有意义 在这种参考系中观察，一个不受力作用的物体或处于受
力平衡状态下的物体，将保持其静止或匀速直线运动的 状态不变，这样的参考系称为惯性参考系 并非任何参考系都是惯性系 对一般力学现象来说，地面参考系是一个足够精确的惯 性系
摄氏温标是选用标准大气压下水的两相点（冰水混合物）为0度，沸点为 100度，并将温度视为测温物某一物性的线性函数的温标。
热力学温度与摄氏温度之间的关系：
T（K）＝t℃＋273.15
华氏温标是选用标准大气压下水的两相点（冰水混合物）为32度， 沸点 为212度，并将温度视为测温物某一物性的线性函数的温标。
12
1.2 物体的运动--牛顿第二定律
四、牛顿第二定律:
F=ma 牛顿第二定律表明物体的加速度和所受的力，它们同时存
在，同时改变，同时消失。一旦作用在物体上的外力被撤 去，物体的加速度立即消失，但这并不意味着物体停止运 动，按照牛顿第一定律，这时物体将作匀速直线运动，这 正是惯性的表现。 物体有无运动，表现在它有无速度，而运动有无改变，则 要取决于它有无加速度。如果有加速度，则作用在物体上 的外力一定存在，力是产生加速度的原因。 该力为合力
1.2.3 牛顿运动定律 重力 弹力:胡克定律 摩擦力:静摩擦力 ,动摩擦力 万有引力
8
1.2 物体的运动--重力
重力
地球表面附近的物体都受到地球的吸引作用 受到的力叫做重力。
W=mg
式中m为质量, • 质量为物体中所包含物质的多少。 • 其法定计量单位为公斤。
传热学
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推力18000-22000 kg 耗油率比小涡扇低1/3 授课人 贾斯法
高涵道比涡扇发动机特点
起飞推力大 耗油率低 噪声低
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第一代宽体客机
B747
1970年
L1011 (1972) DC-10 (1971)
71
高涵道比涡扇发动机
已在现代民机上广泛采用 A300、A310、A320、A330、A340, B737、B747、B757、B767、B777, A3XX B747-500X、 B717、A318、湾流Ⅴ
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51
F-22用发动机－F119-PW-100
总压比 35 涵道比 ~0.2 涡轮前燃气温度 ~1850~1950 K 3+6___1+1 反向转动的双转子 推力 157.5 kN 推重比 10.0
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F119 与 F100 比较
级数 17---11 少 6 级 零件数少 40% 中间推力大 47% 可使战斗机超声速巡航 巡航耗油率低 11% 可靠性、维修性好
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40
加力式涡轮风扇发动机扇发动机 F-4“鬼怪”式战斗机 用涡扇(斯贝MK202)换装涡喷(J79)后 飞机性能的改进 最大M数 由 2.2→2.4 最大航程 ↑54% 加速到M=2的时间 ↓1/3 爬升到12000m的时间 ↓20%
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41
加力式涡轮风扇发动机
60年代后期采用高循环参数 总压比≈25、T3≈1600K 发展高性能核心机 研制成专为先进战斗机用的、推重比为8.0一 级8的发动机 F100-PW-100→F-15 (1974)
2006年3月
航空发动机结构设计
81
航空发动机发展特点
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38
涡轮风扇发动机－军用
特征 在高性能战斗机上的应用 要求： 迎风面积小，推重比大 发展
先进的核心机，采用小涵道比，再装上加力 燃烧室。
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39
加力式涡轮风扇发动机
起飞推力大 加力比(加力推力/不加力推力)大 巡航耗油率低 减少迎风面积适合战斗机
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联合攻击机 JSF
一机三型 一条生产线完成三型飞机生产 一机三型 CTOL型 常规起降 23 t 空军用 STOVL短距起飞垂直降落型 23 t 海军陆战队、英海军用 CV即舰载型 海军用 较前二者重
58
授课人
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联合攻击机 JSF
~2010年服役 将与F-22成为美国主力战斗机 投资约160亿美元 计划生产3000架 供英海军60架、英空军200架
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4
1.涡轮螺旋桨发动机 （WJ）
特征： 不直接产生推力，通过减速器带动螺旋桨；
螺桨转速不变，桨角变化，得到不同推力；
发动机在高亚音飞行时，热力效率高；
用于低速运输机及轻型飞机。
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5
1.涡轮螺旋桨发动机 （WJ）
授课人
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6
1.涡轮螺旋桨发动机 （WJ）
涡轮螺桨发动机结构简图
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27
4. 涡轮喷气发动机-(WP)
发动机的推力 T
T=G空气×(W出口－W进口)/g
G空气: 每秒流进发动机的空气量，kg/s W出口: 尾喷管流出的燃气速度，m/s W进口: 流进发动机的空气速度，m/s
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28
4. 涡轮喷气发动机-(WP)
加力燃烧室 装在涡轮后，短期供入燃油燃烧, 使排气温度、 速度增加，增加发动机推力。
燃气涡轮发动机概述
授课人 贾斯法
长沙航空职业技术学院航空维修工程学院
一、航空燃气涡轮发动机分类
1.涡轮螺桨发动机 2.涡轮轴发动机 3.地面燃气轮机 4.涡轮喷气发动机 5.涡轮风扇发动机
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2
1.涡轮螺旋桨发动机 （WJ）
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3
1.涡轮螺旋桨发动机 （WJ）
安－70超大型运输机
即要求投入航线营运之初获得180分钟 ETOPOS的 批准
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74
用于B777的三种发动机
普惠 PW 4084 4098 GE90 -75B -92B Trent -884 -
8104 推力 kN 338 453 351 421 涵道比 6.5 5.9 8.4 8.4 5.4 总压比 36.0 42.0 39.3 42.0 风扇直径 m 2.844 3.124 耗油率 0.566 0.572 0.560 取证时间 94.4 98.3 94.11 96.5 00.2 2006年3 月 航空发动机结构设计
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24
4.涡轮喷气发动机—涡轮
燃气在涡轮叶片中流动
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25
4.涡轮喷气发动机—尾喷管
作用： 燃气膨胀以高速 (550-600 米/秒) 喷出
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贾斯法
26
4. 涡轮喷气发动机-(WP)
气流在发动机进、出口的变化
进气速度为零，排气速度大增 根据牛顿第三定律，这股流过发动机的气流 产生发动机的推力。
在航空发展史中占有重要地位但存在 着较大的缺点 能否发展一种既能产生大的推力，经 济性又好的发动机?
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32
5.涡轮风扇发动机-(WS)
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33
涡轮风扇发动机
特征： 将涡轮出来的燃气再流入一个涡轮，在涡轮 中膨胀作功，向前驱动一个直径比原有压气 机大的风扇 (结构同于压气机) 风扇出来的空气一部分流入压气机 (称内涵)， 一部分由压气机外部流过 (称外涵)
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36
涡轮风扇发动机
60年代初期研制成功后，很快被民航客机广泛采 用 飞机 波音707、波音727、波音737、三叉戟、快 帆，伊尔62、图154、DC-9 发动机 JT3D、JT8D、康维、斯贝、D-30。
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37
涡轮风扇发动机
循环参数 总压比 涡轮前燃气温度 涵道比
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72
波音777双发客机
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73
波音777双发客机
波音777大型双发客机 1990年提出，1995年6月投入营运 对发动机的要求 特大的推力：飞机起飞总重大于280吨 要求单台发动机推力大于370～450 kN
当时最大推力约为275 kN
特高的可靠性：双发客机航行任何航线
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59
联合攻击机 JSF
JSF 洛克西德公司方案
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60
联合攻击机 JSF
JSF 波音公司方案
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61
联合攻击机 JSF
F-35 2001年10月26日美空军宣布洛克希德.马丁的 X-35方案为JSF的中标机型并命名为F-35
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62
动力装置之一--
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44
四代机对发动机的要求
推重比大于 10.0 不开加力的最大推力 即中间推力要大 采用矢量喷管
45
X-35矢量喷口
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46
矢量喷管
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F119
47
矢量喷口
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48
苏－37的超机动飞行
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49
苏－27的眼镜蛇机动飞行
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50
苏－37的钟状机动飞行
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4.涡轮喷气发动机—压气机
作用: 提高进入燃烧室的空气压力 重要参数: 增压比(P出口/P进口) 影响发动机性能好坏的一个主要参数
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22
4.涡轮喷气发动机—燃烧室
作用、特点、构造
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23
4.涡轮喷气发动机—涡轮
作用： 燃气膨胀作功驱动压气机 组成： 静子 转子 特点： 高温、高转速 涡轮前燃气温度—影响发动机性能好坏的一个重 要参数
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29
4. 涡轮喷气发动机-(WP)
经济性差 高温、高速燃气由尾喷管排出，能量量损失 大，因此经济性差。 特别在开加力时，经济性更差。 耗油率 SFC 涡轮喷气发动机耗油率大，约0.90 kg/kgf/h
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30
4. 涡轮喷气发动机-(WP)
授课人
贾斯法
31
4. 涡轮喷气发动机-(WP)
对发动机的要求
推力 340 kN级 DOC 比B747-400低10%～23% GP7267/7275/7167 Trent 900(～400 kN)
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俄罗斯的巨型客机-“俄罗斯之翼”KP860
载客 860人 航程 12000～15000km 起飞总重 620～650 吨 翼展 88 m 机身长 80 m
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78
俄罗斯的巨型运输机 安-225
起飞重量 600吨 载重量 250吨 装有六台PS-90高涵道比 涡轮风扇发动机
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79
高涵道比涡扇发动机
2001年11月19月 GE-90推力达到 535 kN
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80
航空发动机发展特点
对产品的设计要求 适用性、可靠性、维修性 经济性、耐久性
授课人
贾斯法
53
第 3.5代战斗机
EF2000 Rafale“阵风”
授课人 贾斯法
54