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涡轮喷气发动机原理及工作方式

涡轮喷气发动机应用喷气推进避免了火箭和冲压喷气发动机固有的弱点。因为采

用了涡轮驱动的压气机，因此在低速时发动机也有足够的压力来产生强大的推

力。涡轮喷气发动机按照工作循环“”工作。它从大气中吸进空气，经压缩和加热

这一过程之后，得到能量和动量的空气以高达2000英尺/秒(610米/秒)或者大约

1400英里/小时(2253公里/小时)的速度从推进喷管中排出。在高速喷气流喷出

发动机时，同时带动压气机和涡轮继续旋转，维持工作循环“”。涡轮发动机的机

械布局比较简单，因为它只包含两个主要旋转部分，即压气机和涡轮，还有一个

或者若干个燃烧室。然而，并非这种发动机的所有方面都具有这种简单性，因为

热力和气动力问题是比较复杂的。这些问题是由燃烧室和涡轮的高工作温度、通

过压气机和涡轮叶片而不断变化着的气流、以及排出燃气并形成推进喷气流的排

气系统的设计工作造成的。

飞机速度低于大约450英里/小时(724公里/小时)时，纯喷气发动机的效率低于

螺旋桨型发动机的效率，因为它的推进效率在很大程度上取决于它的飞行速度；

因而，纯涡轮喷气发动机最适合较高的飞行速度。然而，由于螺旋桨的高叶尖速

度造成的气流扰动，在350英里/小时(563公里/小时)以上时螺旋桨效率迅速降

低。这些特性使得一些中等速度飞行的飞机不用纯涡轮喷气装置而采用螺旋桨和

燃气涡轮发动机的组合--涡轮螺旋桨式发动机。

螺旋桨/涡轮组合的优越性在一定程度上被内外涵发动机、涵道风扇发动机和桨

扇发动机的引入所取代。这些发动机比纯喷气发动机流量大而喷气速度低，因而，

其推进效率与涡轮螺旋桨发动机相当，超过了纯喷气发动机的推进效率。

涡轮/冲压喷气发动机将涡轮喷气发动机(它常用于马赫数低于3的各种速度)与

冲压喷气发动机结合起来，在高马赫数时具有良好的性能。这种发动机的周围是

一涵道，前部具有可调进气道，后部是带可调喷口的加力喷管。起飞和加速、以

及马赫数3以下的飞行状态下，发动机用常规的涡轮喷气式发动机的工作方式；

当飞机加速到马赫数3以上时，其涡轮喷气机构被关闭，气道空气借助于导向叶

片绕过压气机，直接流入加力喷管，此时该加力喷管成为冲压喷气发动机的燃烧

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室。这种发动机适合要求高速飞行并且维持高马赫数巡航状态的飞机，在这些状

态下，该发动机是以冲压喷气发动机方式工作的。

涡轮/火箭发动机与涡轮/冲压喷气发动机的结构相似，一个重要的差异在于它自

备燃烧用的氧。这种发动机有一多级涡轮驱动的低压压气机，而驱动涡轮的功率

是在火箭型燃烧室中燃烧燃料和液氧产生的。因为燃气温度可高达3500度，在

燃气进入涡轮前，需要用额外的燃油喷入燃烧室以供冷却。然后这种富油混合气

(燃气)用压气机流来的空气稀释，残余的燃油在常规加力系统中燃烧。虽然这种

发动机比涡轮/冲压喷气发动机小且轻，但是，其油耗更高。这种趋势使它比较

适合截击机或者航天器的发射载机。这些飞机要求具有高空高速性能，通常需要

有很高的加速性能而无须长的续航时间。

结构

进气道

轴流式涡喷发动机的主要结构如图，空气首先进入进气道，因为飞机飞行的状态

是变化的，进气道需要保证空气最后能顺利的进入下一结构：压气机(compress

or，或压缩机)。进气道的主要作用就是将空气在进入压气机之前调整到发动机

能正常运转的状态。在超音速飞行时，机头与进气道口都会产生激波(shockwav

e，又称震波)，空气经过激波压力会升高，因此进气道能起到一定的预压缩作用，

但是激波位置不适当将造成局部压力的不均匀，甚至有可能损坏压气