大家好！ 在本文中，我想谈谈飞机燃气涡轮发动机（GTE）的工作原理。 我将尝试使它成为最简单易懂的语言。
航空GTE可分为：
- 涡轮喷气发动机（涡轮喷气发动机）
- 双回路涡轮喷气发动机（涡轮喷气发动机）
- 涡轮螺旋桨发动机
- 涡轮喷气发动机（TVAD）
此外，涡轮风扇发动机和涡轮风扇发动机可包含加力燃烧室，在这种情况下，它们将分别是涡轮风扇发动机和涡轮风扇发动机。 在本文中，我们将不考虑它们。
让我们从涡轮喷气发动机开始。
涡轮喷气发动机
这种类型的发动机创建于20世纪上半叶，并在第二次世界大战结束后开始广泛使用。 世界上第一架量产涡轮喷气飞机是德国的Me.262。 涡轮喷气发动机一直很受欢迎，直到60年代，之后才开始被涡轮喷气发动机所取代。
Modern Me-262照片摄于2016最简单的涡轮喷气发动机包括以下要素：
我们可以说这是正常发动机运行的最低设置。
现在考虑您需要什么以及为什么。
输入设备是一个扩展通道，在该通道中，空气被供应到压缩机并被预压缩。 在其中，进入空气的动能部分转换为压力。
*在下文中，我们将讨论亚音速。 以超音速的速度，物理学正在发生变化，那里的一切都完全不同。
压缩机是气压上升的装置。 压缩机的特征在于压力增加程度。 在现代发动机中，它已经开始超过40台。 此外，其中的温度升高（可能高达400摄氏度）。
燃烧室-一种由于燃料燃烧而将热量提供给压缩空气（在压缩机之后）的装置。 燃烧室中的温度非常高，可以达到2000摄氏度。 在您看来，腔室内的气压也会大大增加，但事实并非如此。 理论上假设热量是在恒定压力下提供的。 实际上，由于损耗（结构不完善的问题），它会稍微下降。
涡轮机是将燃烧室之后的部分气体能量转换成压缩机驱动器能量的装置。 由于涡轮机不仅用于航空领域，因此可以给出更笼统的定义：这是一种将工作流体（在我们的情况下，工作流体是气体）的内部能量转换为轴上机械功的装置。 如您所知，涡轮机和压缩机位于同一轴上，并且相互刚性连接。 如果在压缩机中气压升高，那么在涡轮机中则相反，即气压降低。
喷嘴是变窄的通道，气体的势能在该通道中转换为动能（涡轮之后的气体剩余能量储备）。 如在涡轮机中一样，气体膨胀在喷嘴中发生。 射流形成，该射流从喷嘴出来，使飞机运动。
随着基本要素的整理。 但是仍然不清楚如何运作？ 然后，再简短一点。
来自大气的空气进入进气口，在进气口被略微压缩并进入压缩机。 在压缩机中，空气压力上升得更厉害，温度上升。 压缩机之后，空气进入燃烧室，在燃烧室中与燃料混合，点燃，这导致温度在恒定压力下急剧上升。 在燃烧室之后，热的压缩气体进入涡轮。 气体的一部分能量被涡轮机消耗在压缩机的旋转上（以便它可以执行上述功能），另一部分能量被消耗在我们需要的飞机的运动上，这是因为通过涡轮机的气体在喷嘴中变成了喷射流，从它（喷嘴）逸出到大气中。 这样就完成了循环。 当然，实际上，循环的所有过程都是连续的。
这种循环称为布赖顿循环，或具有工作过程的连续性质和恒定压力下的热量供应的热力学循环。 在此循环中，所有燃气涡轮发动机都在工作。
PV坐标中的布赖顿循环HB-输入设备中的压缩过程
VK-压缩机中的压缩过程
KG-等压热量输入
GT-涡轮机中的气体膨胀过程
GS-喷嘴中的气体膨胀过程
CH-等压向大气排热
涡轮喷气发动机的示意图设计，其中0-0是发动机的轴涡轮喷气发动机可以有两个轴。 在这种情况下，压缩机由低压压缩机（KND）和高压压缩机（KVD）组成，工作的供应将分别由低压涡轮（HPH）和高压涡轮（HPT）进行。 这种方案在气体动力学上更有利。
这种分段式真实发动机我们研究了飞机燃气涡轮发动机最简单方案的工作原理。 自然地，涡扇发动机安装在现代的空中客车和波音发动机上，其设计要复杂得多，但它是根据相同的法律工作的。 让我们看看它们。
旁路涡轮喷气发动机
首先，涡轮风扇发动机与涡轮风扇发动机的不同之处在于它具有两个回路：外部回路和内部回路。 内部回路包含与涡轮喷气发动机相同的部分：压缩机（分为低压和高压泵），燃烧室，涡轮机（分为高压和高压泵）和喷嘴。 外部电路是一个通道，末端带有喷嘴。 它既没有燃烧室也没有涡轮。 在两个回路的前面（紧接在发动机的输入设备之后）是在两个回路上运行的压缩机级。
画面不是很清晰，对不对？ 让我们看看它是如何工作的。
双轴双回路涡轮喷气发动机的示意图设计进入发动机的空气，通过低压压缩机的第一级，被分为两部分。 空气的一部分流经内部回路，在该处发生与拆卸涡轮喷气发动机相同的过程。 空气的第二部分进入外部回路，从低压开关的第一级（在两个回路上工作的第一级）接收能量。 在外部回路中，空气能仅用于克服液压损失（由于摩擦）。 最后，这些空气进入外部回路的喷嘴，产生巨大的牵引力。 由外部回路产生的推力可占整个发动机推力的80％。
涡轮风扇发动机的最重要特征之一是旁通比。 旁通比是外部回路中的空气流量与内部回路中的空气流量之比。 此数字可以大于或小于1。 在现代发动机上，此数字超过了12个单位的值。
双回路度大于两个的发动机通常称为涡轮风扇，压缩机的第一级（在两个回路中均起作用）是风扇。
涡轮喷气飞机波音757-200。 在前景中，您可以看到输入设备和风扇在某些发动机上，风扇由单独的涡轮驱动，该涡轮最靠近内部回路的喷嘴放置。 然后发动机变成三轴发动机。 例如，根据这种方案，安装了劳斯莱斯RB211发动机（安装在L1011，B747，B757，B767上），D-18T（An-124），D-36（Yak-42）
D-18T在内部环境中与涡轮风扇发动机相比，涡轮风扇发动机的主要优点是能够产生出色的牵引力和良好的效率。
在此基础上，我想讲解涡轮风扇发动机，然后继续介绍下一种发动机-涡轮喷气发动机。
涡轮螺旋桨发动机
像涡轮喷气发动机一样，涡轮螺旋桨发动机属于燃气涡轮发动机。 它的工作原理几乎像涡轮喷气发动机。 涡轮螺旋桨发动机的基本组成部分已经为我们所熟悉：压缩机，燃烧室，涡轮和喷嘴。 向他们添加了变速箱和螺丝。
其工作原理与涡轮喷气发动机的原理相同，不同之处在于几乎所有的气体能量都花在涡轮上，以使压缩机旋转并使螺杆通过齿轮箱旋转（此处螺杆和齿轮箱与压缩机位于同一轴上）。 螺钉产生大部分推力。 涡轮机之后，剩余的部分能量被引导到喷嘴中，形成了喷射推力，但它很小，可以占总数的十分之一。 该回路中的齿轮箱是降低转速和传递力矩所必需的，因为涡轮机可以以很高的频率旋转，例如每分钟10,000转，而螺杆仅需要1,500转，而且螺杆很重。
剧院的示意图设计但是还有另一种涡轮螺旋桨发动机的方案：自由涡轮机。
其实质是在常规的压缩机涡轮机后方放置一个单独的涡轮机，该涡轮机未机械连接至压缩机涡轮机。 这种涡轮机称为自由涡轮机。 压缩机涡轮和自由涡轮之间的连接仅是气动的。 自由涡轮机上有一个单独的轴，涡轮机上装有带螺钉的变速箱。 其他所有操作均与第一种情况相同。 大多数现代引擎正是以这种方式执行的。 这种方案的优点之一是能够在不移动螺旋桨的情况下将地面上的发动机用作辅助动力装置（APU）。
具有自由涡轮的涡轮发动机的示意图设计我想指出，没有必要将涡轮螺旋桨发动机视为过去的无效遗物。 我已经多次听到这样的声明，但是它们是不正确的。
通常，涡轮螺旋桨发动机在速度不是很高的飞机（例如，以500 km / h的速度）下具有最高的效率，而且飞机的尺寸也非常可观。 在这种情况下，涡轮螺旋桨发动机的利润可能是之前考虑的涡轮喷气发动机的几倍。
关于涡轮螺旋桨发动机，您可以完成。 我们慢慢地提出了涡轮轴发动机的概念。
涡轮发动机
这里的大多数读者必须首先听到这样的名字。 这种发动机安装在直升机上。
涡轮轴发动机与带有自由涡轮的涡轮螺旋桨发动机非常相似。 它也包括一个压缩机，一个燃烧室，一个压缩机涡轮，然后是一个自由涡轮，其与之前的所有部件仅通过气动连接。 但是这样的发动机不会产生喷射推力，它没有喷射喷嘴，只有排气。 自由涡轮机具有自己的轴，该轴连接到直升机（转子）的主变速箱。 是的，据我所知，所有直升机都具有这样的变速箱，并且通常来说，它的尺寸令人印象深刻。 事实是直升机的旋翼速度非常低。 如上文所述，如果在飞机上，它们可以达到1,500 rpm，而在直升机上，例如Mi-8，则只有193 rpm。
直升机发动机的速度通常很高（由于体积小），因此必须降低一百倍或更多倍。 变速箱恰好在引擎和直升机本身上，例如Mi-2及其引擎GTD-350。
涡轮轴发动机的示意图设计
Mi-8直升机的TV3-117发动机。 排气管和驱动轴在右侧可见。因此，我们研究了四种类型的燃气涡轮发动机。 希望我的文字清楚，对您有用。 所有问题和评论都可以写在评论中。
谢谢您的关注。