第14讲 涡轮轴发动机
涡轮轴发动机原理
涡轮轴发动机原理
涡轮轴发动机是一种常见的内燃机，利用涡轮轴的旋转来产生动力。
它的工作原理是将高速排气气流引导到轮叶上，使其转动，并通过轴连接到压缩机，从而增加进气量和增压效果。
涡轮轴发动机由两个主要部分组成：涡轮和轴。
涡轮是一个轮型装置，其上装有多个叶片，可以以高速旋转。
轴是将涡轮与压缩机连接起来的一个组件。
涡轮的工作原理基于牛顿第三定律：每个作用力都有一个等大但方向相反的反作用力。
在发动机工作时，燃烧室中的高温高压气体会被喷射到涡轮上，气体的作用力使涡轮产生一个反作用力，从而使其开始旋转。
旋转的涡轮会带动轴一起旋转。
轴连接到压缩机，通过旋转将进气量增加并产生增压效果。
当增压后的气体进一步进入燃烧室时，它会提供更多的氧气和燃料混合物，从而增加了燃烧效率和动力输出。
值得注意的是，涡轮轴发动机的工作原理与涡轮增压器类似，但两者有一些关键区别。
涡轮轴发动机是通过燃料燃烧来产生动力，而涡轮增压器是利用流体动力来增加进气量。
此外，涡轮轴发动机还可以利用废气能量来提供额外的动力，从而进一步提高燃烧效率。
总之，涡轮轴发动机是一种利用涡轮轴旋转产生动力的内燃机。
通过增加进气量和增压效果，它能够提高燃烧效率，并为车辆或机器提供更大的动力输出。
涡轮轴发动机的诞生
涡轮轴发动机的诞生涡轮轴发动机首次正式试飞是在1951年12月。
作为直升机的新型动力，兼有喷气发动机和螺旋桨发动机特点的涡轮轴令直升机的发展更进一步。
当时涡轮轴发动机还划入涡轮螺桨发动机一类。
随着直升机的普及和其先进性能的体现，涡轮轴发动机逐渐被视为单独的一种喷气发动机。
在1950年时，透博梅卡(Turbomeca)公司研制成“阿都斯特-1”(Artouste-1)涡轮轴发动机。
该发动机只有一级离心式叶轮压气机，有两级涡轮的输出轴，功率达到了206千瓦(280轴马力)，成为世界上第一台实用的直升机涡轮轴发动机。
首先装用这种发动机的是美国贝尔直升机公司生产的Bell47(编号为XH-13F)，1954年该机首飞。
到了50年代中期，涡轮轴发动机开始为直升机设计者所大量采用。
涡轮轴发动机的原理涡轮轴发动机与涡轮螺旋桨发动机相似，曾经被划入同一分类。
它们都由涡轮喷气发动机演变而来，涡桨发动机驱动螺旋桨，涡轮轴发动机则驱动直升机的旋翼轴获得升力和气动控制力。
当然涡轮轴发动机也有自己的特色：通常带有自由涡轮，而其他形式的涡轮喷气发动机一般没有自由涡轮。
涡轮轴发动机具有涡轮喷气发动机的大部分特点，也有着进气道、压气机、燃烧室和尾喷管等基本组件。
其特有的自由涡轮位于燃烧室后方，高能燃气对自由涡轮作功，通过传动轴、减速器等带动直升机的旋翼旋转，从而升空飞行。
自由涡轮并不像其他涡轮那样要带动压气机，它专门用于输出功率，类似于汽轮机。
做功后排出的燃气，经尾喷管喷出，能量已经不大，产生的推力很小，包含的推力大约仅占总推力的十分之一左右。
因此，为了适应直升机机体结构的需要，涡轮轴发动机喷口可灵活安排，可以向上，向下或向两侧，而不一定要向后。
尽管涡轮轴发动机内，带动压气机的燃气发生器涡轮与自由涡轮并不机械互联，但气动上有着密切联系。
对这两种涡轮，在气体热能分配上，需要随飞行条件的改变而适当调整，从而取得发动机性能与直升机旋翼性能的最优组合。
涡轮发动机
涡轮发动机目录工、简介： (1)2、发展沿革： (1)3、系统讲解： (2)①构造： (2)I1、燃烧室： (5)II1涡轮机： (5)V、喷管： (6)V1加力燃烧室： (7)②涡喷发动机： (8)③涡扇发动机： (10)IX简介： (10)II1矢量发动机： (13)④涡桨发动机： (14)⑤涡轴发动机： (15)1、简介：涡轮发动机（TUrbMeeagMe,或常简称为TUrbMe）是一种利用旋转的机件自穿过它的流体中汲取动能的发动机形式，是内燃机的一种。
常用作飞机与大型的船舶（船舶工业上称之为燃气轮机）或车辆的发动机。
这里我们主要介绍航空涡轮发动机。
2、发展沿革：1937年4月12日，英国科学家弗兰克•惠特尔发明的世界上第一台离心式涡喷发动机首次运转成功。
这标志着人类航空业即将步入喷气时代。
1942年7月18日，由纳粹德国梅塞施密特飞机公司所设计的Me-262喷气式战斗机首次飞上天空，这是人类航空史上喷气式发动机的首次实用，Me-262也因此成为了人类航空史上第一种投入实用的喷气式飞机。
Me-262的主要型号A-Ia搭载了两台容克JUM0004轴流式发动机。
后续型号A-Ib换装了两台宝马BMWOO3轴流式发动机，但产量少。
改进型号C-Ia机尾装有瓦尔特509火箭引擎的后燃器作动力助推器的实验型拦截机，仅有一架原型机。
1949年7月27日，史上第一架喷气式民航客机"彗星”号原型机首次飞行，这标志着喷气式飞机首次走向商用。
“彗星”式客机由英国德•哈维兰公司研制。
搭载四台劳斯莱斯/罗尔斯罗伊斯AvonMk524涡喷发动机,推力10,500磅力（46.8千牛）,为这台划时代的客机提供了788千米/小时的速度。
时至今日，已有更多更多先进的涡轮发动机的出现，如：A1-31F三维矢量发动机、F119-PW-100二维矢量发动机、GE9X超级航发。
3、系统讲解：①构造：涡轮发动机主要由三大部分组成：压气机、燃烧室、涡轮。
涡轴发动机
四、涡轮
小型涡轴发动机的涡轮，与压气机相似，二次流动 损失大，当前小型轴流式涡轮，主要的也 是冷却问 题。高压级叶片尺寸小，而冷却流路的缝隙不可能 按比例缩小，其结果使得占相当 大比例的空气流量 不能参加作功，用于冷却。这样会影响发动机方面 的性能。在这方面当前 努力的方向是在占一定比例 的冷却空气流量下，提高它的冷却效果，从而使涡 轮前燃气温度 有可能作进一步提高。
➢ 直升机的可用功率轴或者说功率杆给出燃气发生器可 以提供的最大功率。
➢ 该杆控制启动、停车、燃气发生器转速等。 ➢ 发动机的实际发出的功率则由负载要求轴即桨距杆确
定。负载要求轴与总距调节相连。
➢ 采用电子控制装置的发动机，旋翼恒速、负载分配、 超温限制、超扭限制等功能易于实现，自动地精确调 准保证旋翼转速下的功率要求。
第十章 涡轮轴发动机
1
▪ 概论 ▪ 基本工作原理和主要参数 ▪ 部件特点
2
▪ 涡轮轴发动机
➢ 燃气发生器后的燃气可用能全部用于驱动动力 涡轮而不在喷管内膨胀产生推力
➢ 动力涡轮轴上输出的功率可以用来带动直升机 的旋翼和尾桨
3
4
第一节 概论
▪ 涡轮轴发动机是直升机的动力装置。它的主要特点是燃 气发生器后的燃气所具有的可用能量 ，几乎全部通过涡
21
▪ 与活塞式发动机相比，主要的优点： 首先是重量轻， 体积小。同样功率为600kW左右的发动 机，它的重量还不到活塞式发动机的三分之一。大功率 的发动机，它们重量则悬殊更大，采用涡轮轴发动机则 更为利。 其次是涡轮轴发动机 没有往复运动的机件，所以振动小， 噪音小。但必须指出，在单位燃油消耗率方面，目前与 活塞式发动机相比，还有一定的差距。
▪ 要求减轻减速器的重量 非常重要的问题之一。
涡轮发动机原理范文
涡轮发动机原理范文涡轮发动机（Turbofan Engine）是一种在飞机和其他高速运动器械中广泛使用的发动机类型。
涡轮发动机利用了涡轮机械的原理来提高燃烧效率和推力。
它由多个关键组件组成，包括压气机、燃烧室、涡轮和喷气推进器。
本文将详细介绍涡轮发动机的原理和工作过程。
涡轮发动机的工作原理是通过压气机和涡轮之间的相互作用来产生推力。
在压气机中，空气被连续压缩，提高其密度和压力。
这部分空气被部分送入燃烧室进行燃烧，产生高温高压气体。
燃烧产生的高温气体通过涡轮机械传递能量给涡轮。
最后，涡轮机械将这部分能量转化为机械能，并驱动喷气推进器产生推力。
涡轮发动机中最关键的一个组件是压气机。
压气机主要由多个转子和定子层组成。
在此过程中，转子旋转并通过叶片将空气连续压缩。
随着空气通过转子叶片的连续压缩，气体的密度和压力同时增加。
然后，这部分压缩空气的一部分进入燃烧室。
燃烧室是涡轮发动机的另一个关键组件。
在燃烧室中，燃料以适当的比例添加到压缩空气中。
然后，当燃料混合物点燃时，它将迅速燃烧，并释放大量的能量。
这个过程不仅产生高温高压气体，还产生二氧化碳和水蒸气等废气。
燃烧产生的高温气体通过涡轮传递能量给涡轮。
涡轮是涡轮发动机的一个非常重要的部分。
涡轮由多个叶片组成，被压气机的压缩空气推动以高速旋转。
当高温气体通过涡轮叶片时，它将产生一个反作用力来推动整个涡轮。
这个过程从热能向机械能的转化是通过高温气体和涡轮之间的热交换实现的。
最后，推动喷气推进器的涡轮机械将部分涡轮能量转化为机械能。
喷气推进器由一个内部和一个外部壳体组成，其中内部壳体是涡轮机械的一部分。
当涡轮机械旋转时，它会通过轴将这部分机械能转化为推进力，从而推动飞机或其他载具前进。
涡轴发动机的热力循环分析 ppt课件
布莱顿循环p-v图
PPT课件
4
布莱顿循环的热效率
布莱顿循环的热效率
热效率的定义
其中：
ηt
wo q1
1
q2 q1
问题：问什么W0=Q1-Q2
η ：循环热效率
t
W0：循 环 过 程 产 生 的 机 械 功
q1 :循环过程中吸收的q热2 :量循环过程中放出的热量
q1 c p T3* T2*
c
c pT0
1
c
所以，实际循环功为：
w0
cpT3*
1
1
1
p
c pT0
1
1
c
PPT课件
19
w0
c pT0
1
1
c
ac p
1
1
其
中 ，a
c
p
气体状态）
三者之间的关系η0＝ηtηp
PPT课件
37
PPT课件
38
1
1
1
cp
1
1
1
T* 3
T0
a取决于增压比，变化范围较小，在1.02与1.05之间，可以取常数
取决于涡轮前温度T3*
PPT课件
20
实际循环功影响参数：
加热比 增压比 压缩效率 c 膨胀效率 p
V52 2
考虑到 wc wT ，并略去 c p , cp 差别
涡轮轴发动机介绍.pptx
功率匹配和扭矩限制
为直升机提供动力的多台发动机输出扭矩相加， 并且与预定的扭矩限制值比较。如果总扭矩超 限，将同时减少各台发动机的燃油流量减少输 出扭矩。
自由涡轮（动力涡轮）转速调节器，始终保持 动力涡轮转速等于选的基准值，用于保持旋翼 转速恒定。
排气温度限制器保持涡轮温度不超限。
涡轮轴发动机介绍
涡轮轴发动机简称涡轴发动机，其燃气发生器 出口的燃气所具有的可用功，几乎全部通过涡轮 轴输出，带动直升机的旋翼和尾桨。
特点： 通参数条件下热力循环与涡喷相同，热效率相同； 将热机获取机械能中的全部转换为涡轮功输出； 涡轮输出功率带动直升机旋翼和尾桨。
涡轮轴发动机优点： 重量轻，体积小； 功率大； 振动小，噪声小； 易于起动，便于维修和操纵。 其他方面： 耗油率 制造成本。
燃气发生器和自由涡轮 功率匹配和扭矩限制
燃气发生器和自由涡轮
如果发动机自由涡轮的输出轴经过减速器带动旋 翼，这就是涡轴发动机 。
发动机转子转速必需经过减速器减速后驱动旋翼。 直升机不同飞行状态所要求的不同功率可以通过改变
旋翼转速和旋翼桨距实现。 旋翼桨叶尺寸很大，发动机转子转速必需经过减速器
对直升机的强度是有利的。
匹配最大原理：如果使用两台发动机，将两台发动机
的扭矩做比较。输出扭矩大的发动机不做改变，输出 扭矩小的发动机将增加燃油流量，增大输出扭矩，直 到与扭矩大的发动机相等。这称为匹配最大原理，它 可以防止扭矩负载分配回路将好的发动机功率减少去 匹配功率受到限制的发动机。
涡轴发动机
减速后驱动旋翼。 旋翼转速改变带来离心力的很大变化，希望旋翼转速
恒定，由自由涡轮来驱动旋翼将极为方便。 旋翼恒速即自由涡轮恒速，功率的改变则靠桨距改变，
涡轮发动机工作原理
涡轮发动机工作原理
涡轮发动机是一种利用排气气流驱动涡轮叶轮旋转，从而驱动空气压缩机工作的内燃机。
涡轮发动机工作原理相对复杂，但是通过简单的介绍，我们可以更好地理解其工作原理。
首先，涡轮发动机的工作原理基于热力学第二定律。
当发动机燃烧燃料时，产生的高温高压气体通过排气管排出，这些高温高压气体会通过涡轮叶轮，使得叶轮旋转。
涡轮叶轮与压缩机叶轮通过同一轴连接，因此涡轮叶轮的旋转也会带动压缩机叶轮旋转。
其次，涡轮发动机的工作原理还涉及到空气压缩和燃烧过程。
当压缩机叶轮旋转时，空气会被压缩并送入燃烧室。
在燃烧室内，空气与燃料混合并点燃，产生高温高压气体。
这些高温高压气体会通过涡轮叶轮，从而推动叶轮旋转，形成循环。
另外，涡轮发动机的工作原理还包括排气和推力产生。
在燃烧完毕后，高温高压气体会通过排气管排出，从而产生推力。
这种推力可以用于推动飞机、汽车等交通工具，实现动力传递。
总的来说，涡轮发动机工作原理是基于热力学和空气动力学的原理。
通过燃烧产生的高温高压气体驱动涡轮叶轮旋转，从而带动压缩机叶轮旋转，实现空气的压缩和燃烧过程。
最终产生的推力可以用于推动飞机、汽车等交通工具。
涡轮发动机的工作原理虽然复杂，但是通过简单的介绍，我们可以更好地理解其工作原理。
涡轮发动机基础知识—航空发动机类型
目录
CONTENTS
1
2
3
4
航空发动机的类型 涡喷发动机的组成和工作原理 涡扇、涡桨、涡轴、桨扇发动机
核心机
航空燃气涡轮发动机
定义 将燃油燃烧释放的热能转变为机械能的装置 热机－将热能转换为动能 推进器－气流喷出获取反作用力
火箭发动机 发 动 机
飞机发动机
发动机的分类
展
史
第一台
重75kg，功率12hP 。
火箭发动机 发 动 机
飞机发动机
化学火箭发动机 核火箭发动机 电火箭发动机
活塞式 喷气式
冲压式 涡轮式
固体燃料火箭发动机 液体燃料火箭发动机
涡轮喷气发动机 涡轮螺旋桨发动机 涡轮风扇发动机 桨扇发动机 涡轴发动机
冲压发动机
定义： 冲压式发动机是利用高速气流在速度改变下产生的压力改变，达到气体压缩的目的原 理来运作。
活塞式航空发动机
航 空 活
至今
由于造价低、易于维修等优点仍用于一些初级教练机和小型运输 机上，多为气冷式小功率活塞式发动机。
塞
飞机性能迅猛发展，速度达到700～800km/h，高度达到10000m以
式 发 动
20世纪40年代
上。 诸多原因决定了活塞式发动机+螺旋桨的推进模式的终结。
机
发 20世纪30年代 活塞式发动机+螺旋桨的组合成为飞机固定的推进模式。
装活塞式发动机的早期飞机的致命缺陷
音障
一 发动机发展历程
第二代 第一代
涡喷 活塞 发动机
发动机
四十年代，在对飞机快、高、远的要求下，航空喷气发动机研 制成功并开始广泛应用，为飞机突破音障提供了动力。
涡轴发动机(PPT)
2024年7月27日T * 1
共同工作线的求法
• 共同工作线的具体求法需要试凑
• 步骤：
–根据压气机设计点的参数和共同工作方程计算Cd
q(1 )
* k
1
* k
k*
1
C
•在等换算转速线上任取一点a •将a点的参数代入共同工作方程式，得C’
•比较Cd和C’，若两者差值小于允许误差，
2024年7月27日
2.4 非线性方程组
E1
f1
(
* K
,
T3*
,
* T
,
* TZ
)
E2
f
2
(
* K
,
T3*
,
* T
,
* TZ
)
E3
f3
(
* K
,
T3*
,
* T
,
* TZ
)
E4
f
4
(
* K
,
T3*
,
* T
,
* TZ
)
2024年7月27日
这个方程组是多元非线性方程组，而且无法用 显式表达，只能按照发动机流程热力计算步骤 进行计算才能得到偏差量E和试取值V之间的关 系。
T*=常数
燃气发生器共同工作方程
• 将各共同工作方程式联立，获得
共同工作方程
q(1 )
* k
1
* k
k*
1
C
将压气机特性图上所有使方程式
得到满足的点连成线获得燃气发 生器的共同工作线
2024年7月27日
燃气发生器共同工作线
• 一台几何不变的发动 机，当自由涡轮处于 临界工作状态时：
《小型涡轴发动机》课件
随着环保意识的提高，排放性能成为评价涡轴发动机性能的重要指标之一。低排 放的涡轴发动机有助于减少对环境的负面影响，符合可持续发展的要求。
05
涡轴发动机的优化设计
设计目标与限制条件
设ห้องสมุดไป่ตู้目标
提高发动机性能，降低燃油消耗，减少排放，延长使用寿命。
限制条件
发动机尺寸、重量、成本、噪音、振动和温度等参数的限制。
压缩过程
压缩过程
在进气和做功冲程之间，活塞向上移动，将空 气压缩在气缸内。
压缩比
压缩前气缸内气体容积与压缩后气缸内气体容 积之比，称为压缩比。
压缩比对发动机性能的影响
压缩比越大，发动机效率越高，但过高的压缩比会导致爆燃和不正常燃烧。
燃烧过程
燃烧过程
在压缩行程结束后，火花塞产生电火花点燃可燃 混合气，气体燃烧产生高温高压气体。
控制系统
作用
控制发动机的启动、加速、减速和停车等操作。
工作原理
通过传感器检测发动机状态，控制器根据预设算法调节各部件的 工作参数。
性能要求
快速响应、稳定性好、可靠性高。
03
涡轴发动机的工作原理
工作循环
工作循环
指发动机工作时，每个气缸经历进气 、压缩、做功、排气四个冲程，完成 一个工作循环。
四个冲程
1 2
作用
将燃油与压缩空气混合并点燃，产生高温高压燃 气。
工作原理
燃油通过喷嘴喷入燃烧室，与压缩空气混合后被 点燃。
3
性能要求
燃烧稳定、燃油消耗低、排放物低。
涡轮
作用
利用高温高压燃气的能量驱动转子旋转。
工作原理
燃气通过涡轮叶片，将能量转化为机械能，驱动 转子旋转。
涡轮发动机
性能介绍
性能介绍
工作原理
涡轮增压发动机是一个空气压缩机，它利用发动机排出的废气作为动力来推动位于排气道内的涡轮，涡轮转 动的同时带动位于进气道内同轴的叶轮，叶轮压缩由空气滤清器管道送来的新鲜空气，再送入气缸。当发动机转 速加快，高速的废气推动涡轮提速，废气排出速度与涡轮转速同步加快，空气压缩程度得以加大，发动机的进气 量就相应地增加，气缸内燃烧更充分，动力输出就更高。
虽然涡轮发动机可能有许多不同的运作原理，但最简单的涡轮型式可以只包含一个“转子”（Rotor），例 如一个带有中心轴的扇叶，将此扇叶放置在流体中（例如空气或水），流体通过时对扇叶施加的力量会带动整个 转子开始转动，进而得以从中心轴输出轴向的扭力。风车与水车这类的装置，可以说是人类最早发明的涡轮发动 机原型。
通常部件有：进气道、风扇、低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮、喷管以及附件传动 部分。压气机、燃烧室组成核心发动机。
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依照不同的分类方式，涡轮发动机也可以分类成很多不同的型式。例如以燃烧室与转子的位置是否在一起进 行区别，就存在有属于外燃机一类的燃气涡轮发动机（Gas turbine）和属于内燃机一类的涡轮风扇发动机 （Turbofan）。
如果将涡轮发动机反过来运作，则会变成一种输入力量之后可以将流体带动的设备，例如压缩机与泵。
主要分类
主要分类
按照发动机燃料燃烧所需的氧化剂的来源不同可分为火箭发动机和空气喷气发动机。火箭发动机自带氧化剂。 火箭发动机根据氧化剂和燃烧剂的形态不同，又分为液体火箭发动机和固体火箭发动机。
涡轮发动机近来也被用来用作大型发电机。 涡轮喷气发动机 （主要用于战斗机，以及超音速客机，例如协和号）； 这类发动机具有加速快、设计简便等优点，是较早实用化的喷气发动机类型。但如果要让涡喷发动机提高推 力，则必须增加燃气在涡轮前的温度和增压比，这将会使排气速度增加而损失更多动能，于是产生了提高推力和 降低油耗的矛盾。因此涡喷发动机油耗大，对于商业民航机来说是个致命弱点。 涡轮风扇发动机 （主要用于民用喷气式客机机和轰炸机、预警机，运输机等，是应用最为广泛的涡轮发动机） 涡轮风扇发动机的妙处，就在于既提高涡轮前温度，又不增加排气速度。涡扇发动机的结构，实际上就是涡 轮喷气发动机的前方再增加了几级涡轮，这些涡轮带动一定数量的风扇。风扇吸入的气流一部分如普通喷气发动 机一样，送进压气机(术语称“内涵道”)，另一部分则直接从涡喷发动机壳外围向外排出(“外涵道”)。
涡轮轴的简介
涡轮轴的简介引言涡轮轴是一种常见的工程组件，广泛应用于各种旋转机械装置中。
它是由材料加工而成的轴状零件，具有特定的形状和结构，用于传递功率和承受旋转力。
本文将介绍涡轮轴的定义、结构、工作原理以及应用领域，为读者提供关于涡轮轴的全面了解。
涡轮轴的定义涡轮轴，又称转子轴，是一种负责转动动力传输的轴。
它通常由金属材料制造，并具有高强度和耐磨损的特性。
涡轮轴通常具有圆柱形状，适配于与其他涡轮部件（如涡轮叶片）连接，并通过轴承支撑旋转。
涡轮轴常常用于发动机、涡轮机、风力发电机等设备中，并在其中起到转动传动的关键作用。
涡轮轴的结构涡轮轴通常由以下几个部分组成：1.轴体（轴心）：涡轮轴的主体部分，由金属材料制造。
轴体通常具有圆柱形状，并根据实际应用需求确定其直径和长度。
2.轴肩：由轴体两端向外突出的部分，用于与其他涡轮部件连接，并承受旋转力。
3.轴承座：涡轮轴的两端通常设有轴承座，用于支撑轴体在运行时的旋转，减少因摩擦而产生的能量损失。
4.锥形传动接口：涡轮轴通常与涡轮叶片等部件通过锥形传动接口相连接，确保传递转动力的高效性和安全性。
5.轴腔：涡轮轴内部通常设有一定数量的轴腔，用于将润滑油供给至涡轮轴内部，减少摩擦和磨损。
涡轮轴的工作原理涡轮轴主要依靠涡轮叶片的流体动力来驱动。
在工作时，涡轮叶片通过流体（例如气体或液体）的作用力，使涡轮轴产生旋转。
涡轮叶片将流体动能转换为涡轮轴上的机械能。
机械能在涡轮轴上传递，并最终传递到被驱动设备上，从而实现转动。
涡轮轴的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：1.流体入口：流体进入涡轮叶片，并对叶片产生压力作用。
2.转动力产生：受流体作用力的驱动，涡轮叶片开始旋转，从而将力转移到涡轮轴上。
3.动能转化：涡轮叶片将流体的动能转化为机械能，使涡轮轴产生旋转。
4.传递功率：涡轮轴将旋转的机械能传递给被驱动设备，驱动其正常工作。
涡轮轴的应用领域涡轮轴广泛应用于各种工业和交通工程中。
以下是涡轮轴的几个常见应用领域：1.汽车发动机：涡轮轴作为核心部件之一，用于传递动力、提高燃烧效率和增加马力输出。
航空涡轮轴发动机简介
航空涡轮轴发动机简介航空涡轮轴发动机,或简称为涡铀发动机,是一种输出轴功率的涡轮喷气发动机。
法国是最先研制涡轴发动机的国家。
50年代初,透博梅卡研制成一种只有一级离心式叶轮压气机、两级涡轮的单转于、输出轴功率的直升机用发动机,功率达到了206kW(280hp),成为世界上第一台直升机用航空涡轮轴发动机,定名为“阿都斯特—l”(Artouste—1)。
首先装用这种发动机的直升机是美国贝尔直升机生产的Bell47(编号为XH—13F),于1954年进行了首飞。
涡轴发动机的主要机件与一般航空喷气发动机一样,涡轴发动机也有进气装置、压气机、燃烧室、涡轮及排气装置等五大机件,涡轴发动机典型结构如下图所示。
进气装置由于直升机飞行速度不大,一般最大平飞速度在350km/h以下,故进气装置的内流进气道采用收敛形,以便气流在收敛形进气道内作加速流动,以改善气流流场的不均匀性。
进气装置进口唇边呈圆滑流线,适合亚音速流线要求,以避免气流在进口处突然方向折转,引起气流分离,为压气机稳定创造一个好的进气环境。
有的涡轴发动机将粒子分离器与进气道设计成一体,构成“多功能进气道”,以防止砂粒进入发动机内部磨损机件或者影响发动机稳定,这种多功能进气道利用惯性力场,使含有砂粒的空气沿着一定几何形状的通道流动。
由于砂粒质量较空气大,在弯道处使砂粒获得较大的惯性力,砂粒便聚集在一起并与空气分离,排出机外(见下图)。
压气机压气机的主要作用是将从进气道进入发动机的空气加以压缩,提高气流的压强,为燃烧创造有利条件。
根据压气机内气体流动的特点,可以分为轴流式和离心式两种。
轴流式压气机,面积小、流量大;离心式结构简单、较稳定。
涡轴发动机的压气机,其结构形式几经演变,从纯轴流式、单级离心、双级离心到轴流与离心混装一起的组合式压气机。
当前,直升机的涡轴发动机大多采用的是若干级轴流加一级离心所构成的组合压气机。
例如,国产涡轴6、涡轴8发动机为l级轴流加1级离心构成的组合压气机;“黑鹰”直升机上的T700发动机其压气机为5级轴流加上l级离心。
涡轮轴发动机工作原理
涡轮轴发动机工作原理
涡轮轴发动机是一种内燃机，通过压缩空气和燃油的混合物来产生动力。
其工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 进气：空气通过进气口进入涡轮轴发动机的压缩器中。
在压缩器中，空气受到转子叶片的作用，被压缩并且提高了压力和温度。
2. 燃烧：在压缩器中压缩后的空气被引入燃烧室，与燃料混合并点燃。
燃料燃烧释放出的高温高压气体会推动涡轮。
3. 排气：高温高压气体通过喷嘴从涡轮中释放出来，并进入排气管。
由于排气气流的高速流动，涡轮叶片会被推动转动。
4. 压缩：涡轮转子的旋转推动压缩机叶片旋转，进而压缩进气口进来的空气。
通过这种方式，涡轮轴发动机提供了更高的空气压力，以增加燃烧室中的燃料燃烧效率。
5. 动力输出：压缩后的空气再次进入燃烧室，与燃料混合并燃烧。
由于燃烧产生的高温高压气体的推力作用，会推动活塞运动，产生转动运动输出动力。
涡轮轴发动机通过利用高温高压气体的推力，使涡轮不断旋转，并将动力传递给压缩机和其他驱动装置。
这种设计使得发动机能够以高效率提供动力，并具有较高的功率输出。
讲解涡轮风扇发动机原理的课
讲解涡轮风扇发动机原理的课涡轮风扇发动机（也称为涡扇发动机）是一种用于推动飞机的引擎。
它是一种内燃式发动机，利用喷气原理推动飞机前进。
涡扇发动机在现代航空领域使用非常广泛，本文将详细讲解涡扇风扇发动机的原理。
涡扇发动机由数个不同的组件组成，其中最重要的是涡轮和风扇。
涡轮是涡扇发动机的核心部分，它由多个叶片组成，并通过涡轮轴与其他部件连接。
涡轮的旋转产生高速气流，这些气流被用来推动飞机。
涡扇发动机还包括一个燃烧室，燃烧室中的燃料与空气混合并点燃，产生高温高压的气流，进一步推动涡轮的旋转。
同时，通过喷嘴将燃烧气流射出发动机，形成喷气反推力。
这种喷气反推力提供了飞机在起飞和降落时所需的额外动力。
此外，涡扇发动机还包括一个风扇，风扇通常位于涡轮后方。
风扇由多个长叶片组成，与涡轮相对转动。
风扇提供了大量的气流，其主要作用是增加推力。
风扇的气流一部分绕过涡轮进入燃烧室，一部分则通过发动机外部的喷流管道排出。
通过调整风扇叶片的长度和数量，我们可以控制涡扇发动机的性能。
涡扇发动机的工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 吸气: 飞机在飞行过程中通过进气道吸入大量的空气。
这些空气被送入压气机，进一步被压缩。
2. 压缩: 压气机是涡扇发动机的另一个重要部件，它由多级部分组成。
压气机的作用是将空气压缩成高压状态，进一步提高其温度。
3. 燃烧: 高压、高温的空气进入燃烧室，与燃料混合并点燃。
燃烧的燃料产生高温高压的气流，进一步推动涡轮旋转。
4. 推力产生: 通过喷嘴将燃烧气流喷出发动机，形成喷气反推力。
这种反推力提供了直接推动飞机前进的动力。
5. 风扇增压: 风扇提供了大量的气流，它的主要目的是增加推力。
风扇的气流一部分绕过涡轮进入燃烧室，一部分则通过发动机外部的喷流管道排出。
涡扇风扇发动机的设计和工作原理使得其具有许多优点。
首先，涡扇风扇发动机比传统的喷气发动机更节能。
其次，涡扇风扇发动机的噪音较低，对环境影响较小。
汽车涡轮发动机工作原理
汽车涡轮发动机工作原理汽车涡轮发动机是一种高效率的内燃机，通过利用废气的机械能来带动涡轮叶轮旋转，进而提升进气量、增加汽缸内混合气的压缩和燃烧程度，从而提高发动机的功率和扭矩。
涡轮发动机与传统的自然吸气发动机相比，具有更高的功率输出、更高的燃烧效率和更低的燃油消耗。
涡轮发动机主要由涡轮、废气涡轮和废气涡轮排气系统组成。
涡轮由涡轮叶轮、压力轴承和涡轮外壳组成，它通过废气的能量来带动涡轮叶轮高速旋转，涡轮叶轮与压力轴承相连，涡轮外壳将废气引射到排气系统中。
废气涡轮也由涡轮叶轮、压力轴承和涡轮外壳组成，它通过机械传动的方式与涡轮相连，在涡轮的作用下将压缩空气送入气缸内。
排气系统则负责将废气排出发动机。
涡轮发动机的工作原理可以简单归纳为三个步骤：进气、压缩和排气。
首先是进气阶段。
当汽缸和活塞处于底死点时，进气门打开，活塞向下运动，形成负压。
此时，废气涡轮中的涡轮叶轮开始旋转，利用废气的能量带动涡轮叶轮高速旋转。
然后是压缩阶段。
随着活塞运动到BDC（下止点），进气门关闭，活塞开始向上运动，形成压缩空气。
废气涡轮和涡轮之间通过轴连接，涡轮叶轮受到涡轮带动，快速旋转起来。
旋转的涡轮叶轮将空气吸入气缸，并将其压缩。
最后是排气阶段。
当活塞运动到TDC（上止点）时，喷油嘴喷油，点燃混合气体，气缸内的燃烧气体膨胀，推动活塞向下运动，完成工作循环。
同时，废气被排出气缸，进入排气系统，驱动废气涡轮旋转，并通过排气管排出。
涡轮发动机的优势在于利用了废气能量，提高了发动机的功率输出和燃烧效率。
废气涡轮会将废气利用起来，将其压缩到更高的压力和温度，进而提高进气效率、增加混合气的密度，使燃烧更加充分，提高发动机的输出功率和扭矩。
此外，涡轮发动机的涡轮和废气涡轮之间通过轴相连接，形成涡轮增压系统，其工作相对独立，不需要传统发动机的皮带和齿轮传动，减少了能量传输的损失，提高了动力系统的效率。
然而，涡轮发动机也存在一些缺点。
首先，涡轮发动机在低转速时容易出现“涡轮滞后”现象，即压力建立缓慢，造成动力输出的滞后感；其次，涡轮叶轮的旋转会产生惯性负载，增加了发动机的负担，影响了发动机的动力输出。
飞机发动机原理
飞机发动机原理机发动机原理——涡轮轴发动机涡轮轴发动机的诞生涡轮轴发动机首次正式试飞是在1951年12月。
作为直升机的新型动力，兼有喷气发动机和螺旋桨发动机特点的涡轮轴令直升机的发展更进一步。
当时涡轮轴发动机还划入涡轮螺桨发动机一类。
随着直升机的普及和其先进性能的体现，涡轮轴发动机逐渐被视为单独的一种喷气发动机。
在1950年时，透博梅卡(Turbomeca)公司研制成“阿都斯特-1”(Artouste-1)涡轮轴发动机。
该发动机只有一级离心式叶轮压气机，有两级涡轮的输出轴，功率达到了206千瓦(280轴马力)，成为世界上第一台实用的直升机涡轮轴发动机。
首先装用这种发动机的是美国贝尔直升机公司生产的Bell47(编号为XH-13F)，1954年该机首飞。
到了50年代中期，涡轮轴发动机开始为直升机设计者所大量采用。
涡轮轴发动机的原理涡轮轴发动机与涡轮螺旋桨发动机相似，曾经被划入同一分类。
它们都由涡轮喷气发动机演变而来，涡桨发动机驱动螺旋桨，涡轮轴发动机则驱动直升机的旋翼轴获得升力和气动控制力。
当然涡轮轴发动机也有自己的特色：通常带有自由涡轮，而其他形式的涡轮喷气发动机一般没有自由涡轮。
涡轮轴发动机具有涡轮喷气发动机的大部分特点，也有着进气道、压气机、燃烧室和尾喷管等基本组件。
其特有的自由涡轮位于燃烧室后方，高能燃气对自由涡轮作功，通过传动轴、减速器等带动直升机的旋翼旋转，从而升空飞行。
自由涡轮并不像其他涡轮那样要带动压气机，它专门用于输出功率，类似于汽轮机。
做功后排出的燃气，经尾喷管喷出，能量已经不大，产生的推力很小，包含的推力大约仅占总推力的十分之一左右。
因此，为了适应直升机机体结构的需要，涡轮轴发动机喷口可灵活安排，可以向上，向下或向两侧，而不一定要向后。
尽管涡轮轴发动机内，带动压气机的燃气发生器涡轮与自由涡轮并不机械互联，但气动上有着密切联系。
对这两种涡轮，在气体热能分配上，需要随飞行条件的改变而适当调整，从而取得发动机性能与直升机旋翼性能的最优组合。
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带减速器；输出轴功，用于直升飞机、坦克、舰船、 带减速器；输出轴功，用于直升飞机、坦克、舰船、地面燃机等
UHSikorsky UH-60L Black Hawk
AHBoeing AH-64D Apache Longbow
地面燃机
减速器一般约占发动机重量的 20%左右 主减速器的重量略低于发动机的重量。 20%左右，主减速器的重量略低于发动机的重量。 左右， 体内减速器和主减速器加在一起的重量与发动机重 量相当。所以减轻减速器的重量十分重要。 量相当。所以减轻减速器的重量十分重要。
9.3 涡轮轴发动机的性能参数
性能指标 定义 说明 对于某些大型的涡轮轴发动机， 对于某些大型的涡轮轴发动机， 有时对体内减速器不作为发动机 的一个部件， 的一个部件，所指的功率就是动 力涡轮轴输出的功率。 力涡轮轴输出的功率。 目前涡轮轴发动机的单位功率约 左右。 在 200kw?s/kg 左右。 大型的涡轮轴发动机， 大型的涡轮轴发动机，如功率为 的涡轮轴发动机， 7000kw 的涡轮轴发动机，功重比 可达 7kw/kg 以上；而小型的涡轮 以上； 轴发动机， 轴发动机，如功率为 200kw 的， 左右。 功重比仅为 3kw/kg 左右。但必需 补充指出， 补充指出，前者是不包括体内减 速器的，后者是包括体内减速器 速器的， 的。
20世纪 年代中期，涡轮轴发动机开始用于直升机； 世纪50年代中期 涡轮轴发动机开始用于直升机； 世纪 年代中期， 20世纪 年代以后，新研制 世纪60年代以后 世纪 年代以后，新研制2000kW以上直升机几乎全 以上直升机几乎全 部采用涡轮轴发动机。 部采用涡轮轴发动机。
9.1 涡轮轴发动机概述 涡轮轴发动机简称涡轴发动机， 涡轮轴发动机简称涡轴发动机，其燃气发生器 出口的燃气所具有的可用功， 出口的燃气所具有的可用功，几乎全部通过涡轮轴 输出，带动直升机的旋翼和尾桨。 输出，带动直升机的旋翼和尾桨。
9.2 涡轮轴发动机的结构 结构型式 : 为避免动力涡轮所带动的二个减速器和直升机 旋翼的巨大惯性对燃气发
生器的影响， 旋翼的巨大惯性对燃气发生器的影响，涡轮轴发动 机的动力涡轮一般都采用自由涡轮结构， 机的动力涡轮一般都采用自由涡轮结构，与燃气发 生器涡轮分离，成为分轴式涡轮轴发动机。 生器涡轮分离，成为分轴式涡轮轴发动机。 涡轮轴发动机的燃气发生器有单轴式的， 涡轮轴发动机的燃气发生器有单轴式的，也有 双轴式的。 双轴式的。很多型号的涡轮轴发动机与涡轮螺桨发 动机采用相同的燃气发生器。 动机采用相同的燃气发生器。
9.1 涡轮轴发动机概述
涡轴8（ 涡轴 （WZ8） 法国透博梅卡（TM）公司 ） 法国透博梅卡（ ） 轴功率525kW，重160kg ， 轴功率
9.1 涡轮轴发动机概述
T-700 涡轴发动机
9.2 涡轮轴发动机的结构 涡轮轴发动机与涡轮螺桨发动机 相同点： 相同点： ?都是将燃气发生器产生的绝大部分可用功通过 都是将燃气发生器产生的绝大部分可用功通过 动力涡轮以机械功形式由传动轴输出； 动力涡轮以机械功形式由传动轴输出； ?输出功率范围也差不多； 输出功率范围也差不多； 输出功率范围也差不多 ?所需的燃气发生器都属于中小型的。 所需的燃气发生器都属于中小型的。 所需的燃气发生器都属于中小型的
坦克、 坦克、装甲车
9.1 涡轮轴发动机概述
慕尼黑涡轮联合公司/ 慕尼黑涡轮联合公司/透博梅卡 /罗罗
MTR390
在轴流离心组合式压气机的基础上， 在轴流离心组合式压气机的基础上，为进一步提高涡轴发动机转子 动力学特性和抗外物能力，且提高总增压比， 动力学特性和抗外物能力，且提高总增压比，现代和下一代涡轮轴 发动机开始采用双级离心式压气机。 发动机开始采用双级离心式压气机。英、法、德三国联合研制的新 一代涡轮轴发动机MTR390就是典型的代表，其双级离心式压气机 就是典型的代表， 一代涡轮轴发动机 就是典型的代表 的总增压比达到13. 的总增压比达到
9.2 涡轮轴发动机的结构 涡轮轴发动机与涡轮螺桨发动机 不同: 不同: 动力涡轮轴的输出方向要求不同： 动力涡轮轴的输出方向要求不同：涡桨发动机要求 动力涡轮轴向发动机前方输出； 动力涡轮轴向发动机前方输出；而对涡轴发动机的 动力涡轮轴不一定从发动机前方输出； 动力涡轮轴不一定从发动机前方输出； 减速器不同，涡轴发动机所带动的旋翼转速很低， 减速器不同，涡轴发动机所带动的旋翼转速很低， 左右， 仅200r/min左右，减速比高，一般采用二个减速 左右 减速比高， 一个减速器安装在发动机的“体内减速器” 器，一个减速器安装在发动机的“体内减速器”， 另一个安装在直升机上的“体外减速器” 另一个安装在直升机上的“体外减速器”； 涡轴发动机的工作环境往往离地面较近， 涡轴发动机的工作环境往往离地面较近，容易将沙 石等杂物吸入发动机内，为了避免杂物损坏发动机， 石等杂物吸入发动机内，为了避免杂物损坏发动机， 对涡轮轴发动机的进气道有特殊的要求。 对涡轮轴发动机的进气道有特殊的要求。
9.4 涡轮轴发动机的部件特点 涡轮 小功率涡轴发动机的涡轮由于流量小、叶片短， 小功率涡轴发动机的涡轮由于流量小、叶片短， 二次流动损失较大， 二次流动损失较大，所以采用径向式涡轮是发展方向 之一。 之一。
9.4 涡轮轴发动机的部件特点 尾喷管 为增加动力涡轮的功率， 为增加动力涡轮的功率，可以使涡轮出口的静压 略低于周围大气压力， 略低于周围大气压力，动力涡轮出口的燃气仍具有较 高的流速。 高的流速。 直升机不需要发动机产生推力， 直升机不需要发动机产生推力，故可以采用扩张 形通道的尾喷管，气流在尾喷管中流速降低， 形通道的尾喷管，气流在尾喷管中流速降低，静压提 高，在尾喷管出口处静压等于或略高于外界大气压力 并以较低的流速排出，排气的动能比较小， ，并以较低的流速排出，排气的动能比较小，不被利 可以从直升机两侧排出。 用，可以从直升机两侧排出。
发动机功率 Pe
单位功率 Ps
功重比 Rpm
9.3 涡轮轴发动机的性能参数
一般， 涡轮轴发动机尾喷管的 一般， 排气速度很低， 排气速度很低，这部分的推力可 忽略不计。因而， 忽略不计。因而，尾喷管的排气 方向也不一定与飞机前进方向相 为了结构上的方便， 反，为了结构上的方便，可任意 安排排气方向。 安排排气方向。对于个别大中型 的涡轮轴发动机， 的涡轮轴发动机，尾喷管排气速 度较高， 度较高，在起飞状态下可以获得 一定的推力， 一定的推力，但在巡航飞行状态 推力会小得多。 下，推力会小得多。 在起飞功率状态( 在起飞功率状态(最大工作状 大型的涡轮轴发动机， 态)，大型的涡轮轴发动机，耗油 左右， 率可达 0.270kg/kw?h 左右，小型 左右。 的约为 0.400kg/kw?h 左右。
9.4 涡轮轴发动机的部件特点 减速器 减速器分为在发动机内部的体内减速器， 减速器分为在发动机内部的体内减速器，和放在 直升机上的体外减速器。 直升机上的体外减速器。 如装有多台涡轴发动机， 如装有多台涡轴发动机，则可以共用一个体外减 速器，体外减速器又称直升机主减速器。 速器，体外减速器又称直升机主减速器。 发动机的体内
第9章 涡轮轴发动机
TurboTurbo-shaft engine
9.1 涡轮轴发动机概述 直升机及其发动机 1936年德国福克 乌尔夫公司推出的 年德国福克-乌尔夫公司推出的 年德国福克 乌尔夫公司推出的Fw61是世界第一 是世界第一 架实用载人直升机，采用活塞发动机； 架实用载人直升机，采用活塞发动机；
9.4 涡轮轴发动机的部件特点 燃烧室 2、空气流量小，但是燃料完全燃烧必须在燃烧室中 、空气流量小， 有一定的停留时间， 有一定的停留时间，所以燃烧室长度就不能成比例地 缩短。小型涡轴发动机中燃烧室的长度相对太长， 缩短。小型涡轴发动机中燃烧室的长度相对太长，使 发动机整体结构的刚性变差。为此， 发动机整体结构的刚性变差。为此，常采用回流式的 燃烧室。这种结构还便于检查热部件的工作情况， 燃烧室。这种结构还便于检查热部件的工作情况，便 于维护。 于维护。
特点： 特点：
同参数条件下热力循环与涡喷相同，热效率相同； 同参数条件下热力循环与涡喷相同，热效率相同； 将热机获取机械能中的全部转换为涡轮功输出； 将热机获取机械能中的全部转换为涡轮功输出； 涡轮输出功率带动直升机旋翼和尾桨。 涡轮输出功率带动直升机旋翼和尾桨。
9.1 涡轮轴发动机概述 涡轮轴发动机优点： 涡轮轴发动机优点： 重量轻，体积小； 重量轻，体积小； 功率大； 功率大； 振动小，噪音小； 振动小，噪音小； 易于起动，便于维修和操纵。 易于起动，便于维修和操纵。 其它方面： 其它方面： 耗油率； 耗油率； 制造成本。 制造成本。
9.5 涡轮轴发动机的调节与特性 节流特性
9.5 涡轮轴发动机的调节与特性 高度特性
1、起飞状态；2、应急状态；3、额定（最大连续）状态； 4、0.85额定；5、0.66额定
思考题 涡轮轴发动机有哪些优点？ 涡轮轴发动机有哪些优点？ 涡轮轴发动机与涡轮螺桨发动机有什么异同？ 涡轮轴发动机与涡轮螺桨发动机有什么异同？ 涡轮轴发动机的性能参数主要有哪些？ 涡轮轴发动机的性能参数主要有哪些？ 涡轴发动机进气道如何防止沙尘吸入压气机？ 涡轴发动机进气道如何防止沙尘吸入压气机？ 为什么中小型涡轮轴发动机往往采用离心式压气机？ 为什么中小型涡轮轴发动机往往采用离心式压气机？ 小功率涡轴发动机燃烧室主要有哪些问题，如何解决？ 小功率涡轴发动机燃烧室主要有哪些问题，如何解决？
发动机推力 F
耗油率 sfc
9.4 涡轮轴发动机的部件特点 进气道
9.4 涡轮轴发动机的部件特机效率较高，大功率的燃气发生器几 乎全部采用轴流式压气机。 乎全部采用轴流式压气机。然而小功率的燃气发生器 不宜采用轴流式压气机，功率在1000kW以下的中小 不宜采用轴流式压气机，功率在 以下的中小 功率涡轴发动机几乎都采用离心式或轴流加离心的组 合式压气机，其中尤以组合式压气机为多。 合式压气机，其中