涡轮喷气发动机

涡轮喷气发动机是一种涡轮发动机。其特点是完全依靠气流产生推力。通常用作高速飞机的动力，但油耗比涡扇发动机高。涡轮喷气发动机可分为离心式和轴流式两种离心式是由英国人弗兰克发明的·惠特尔爵士在1930年发明了它，但直到1941年，装有这种发动机的飞机才第一次上天，并且没有参加二战；轴流诞生于德国，担任第一架实用喷气式战斗机Me-262的力量在1944年夏天投入战斗。与离心式涡喷发动机相比，轴流具有截面小压缩比高的优点今日 美国的涡轮喷气发动机大多是轴流式的。

现代涡轮喷气发动机的结构包括进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管，战斗机的涡轮和尾喷管之间还有一个加力燃烧室。涡喷发动机还是热机的一种，必须遵循热机做功的原理：高压输入能量，低压释放能量。所以从产生输出能量的原理来说，喷气发动机和活塞式发动机是一样的，都需要进气、加压、燃烧和排气四个阶段的区别在于，在活塞式发动机中，这四个阶段是分时顺序进行的，而在喷气发动机中，它们是连续的气体依次流经喷气发动机的各个部分，对应活塞发动机的四个工作位置。

空气首先进入发动机的进气口飞机飞行时，可以看作是以飞行速度流向发动机的气流因为飞机的飞行速度是变化的，压气机适应的进气速度有一定的范围，进气道的作用就是通过可调管道将未来的流量调节到合适的速度。超音速飞行时，进气道前方和内部的气流速度降低到亚音速，此时气流的停滞可以使压力增加十倍甚至几十倍，大大超过压气机内的增压倍数，从而产生了一种只依靠速度冲压而没有压气机的冲压发动机。

从燃烧室流出的高温高压气体流经与压缩机安装在同一轴上的涡轮。部分燃气可以在涡轮中膨胀，转化为机械能，带动压缩机旋转在涡喷发动机中，平衡状态下涡轮内气流膨胀所做的功等于压气机压缩空气所消耗的功和传动附件克服摩擦所需要的功。燃烧后，涡轮前气体的能量大大增加，所以涡轮中的膨胀比远大于压缩机中的压缩比涡轮出口的压力和温度远高于压气机进口的压力和温度，发动机的推力就来源于这部分气体能量。

进气道

轴流式涡轮喷气发动机的主要结构如图所示空气首先进入进气道，因为飞机的飞行状态在变化，需要保证进气道

空气终于可以顺利进入下一个结构：压气机（压缩机，或压缩机）进气口的主要作用是将空气调节到发动机能够正常运转的状态后再进入压缩机。超音速飞行时，机头和进气口都会产生冲击波（冲击波，也称为冲击波）空气通过激波后压力会增大，因此进气道可以起到一定的预压缩作用，但激波位置不当会造成局部压力不均匀，甚至可能损坏压气机。所以超音速飞机的进气口有一个激波调节锥，根据空速来调节激波的位置。

两侧进气或机腹进气的飞机，由于进气道靠近机身，会受到机身边界层的影响（Boundary layer  , or boundary layer）会有边界层调节装置附在上面。所谓边界层，是指紧贴机身表面流动的一层空气其速度远低于周围空气，但其静压高于周围空气，形成压力梯度。因为能量低，不适合进入发动机，需要淘汰。当飞机有一定的迎角时（AOA, attack, or angle of attack）由于压力梯度的变化，在压力梯度增大的部分（如背风面）会出现边界层分离的现象，即原本紧贴机身的边界层在某一点突然分离，形成湍流。湍流是相对于层流而言的，层流简单来说就是不规则运动的流体严格来说，所有的流动都是湍流。湍流的发生机理、该过程的建模并不清楚。但事实并非如此这并不意味着湍流不好在发动机的很多地方，比如燃烧过程中，要充分利用湍流。

压气机

压气机由定子（stator）页片与转子（rotor）叶片交错排列，一对定子叶片和转子叶片称为第一级，定子固定在发动机机架上，转子通过转子轴与涡轮相连。现在的涡喷发动机一般是8－12级压气机。阶段越多，压力就越大战斗机在高G机动时，流入压气机前级的空气压力会急剧下降，后级的压力会很高此时后级高压空气会反向膨胀，发动机极不稳定，工程上称之为“喘振”这是发动机最致命的事故，很可能造成停车甚至结构损坏。经验表明，喘振多发生在压缩机的第5级和第6级之间，在子区间设置放气环，在压力异常时及时泄压，可以避免喘振。或者将转子轴做成两个同心的空心圆柱体，分别连接前级低压压气机和涡轮，后级高压压气机和另一个涡轮两套转子组相互独立，压力异常时可自动调节转速，也可避免喘振。

燃烧室与涡轮

空气经压缩机压缩后，进入燃烧室与煤油混合燃烧，膨胀做功；然后流经涡轮，带动涡轮高速旋转。因为涡轮和压缩机转子连接在同一根轴上，所以压缩机和涡轮的速度是相同的。最后高温高速气体通过喷嘴喷出，靠反作用力提供动力。起初，燃烧室是几个小的圆柱形燃烧室，围绕转子轴呈环状并列每个气缸都没有密封，而是在适当的地方开了一个孔，这样整个燃烧室就连通了后来发展成结构紧凑的环形燃烧室，但整体流体环境不如圆柱形燃烧室，出现了结合两者优点的组合式燃烧室。

涡轮总是在极端条件下工作，它的材料非常困难、制造过程有极其苛刻的要求。粉末冶金空心叶片多采用整体铸造，即所有叶片和轮盘一次铸造成型。与早期相比，每个叶片和圆盘分别铸造，然后用榫连接，节省了很多连接质量。制造材料多为耐高温的合金材料，空心叶片可以用冷风冷却。为第四代战斗机研制的新型发动机将配备高温性能更加突出的陶瓷粉末冶金叶片。所有这些措施都是为了改善涡轮喷气发动机最重要的参数之一：涡轮前温度。高预涡流温度意味着高效率和高功率。

喷管

喷管（喷嘴，或喷嘴）发动机的形状和结构决定了最终消除的气流状态在早期的低速发动机中，采用简单的收敛喷管来达到提高转速的目的。根据牛顿 s第三定律，气体弹射速度越大，飞机得到的反作用力就越大。但这种方式的增长速度是有限的，因为最终气流速度会达到音速，然后会出现激波阻止气体速度的增加。而采用收敛－扩张喷管（也称为拉瓦尔喷嘴）可以获得超音速射流。飞机的机动性主要来自翼面提供的气动力，机动性高的时候可以直接利用喷流的推力。在喷嘴口加装燃气舵或直接使用可偏转喷嘴（也称为推力矢量喷管，或矢量推力喷管）历史上是两种方案，其中后者已经进入实际应用阶段。俄罗斯著名的苏-30、Su-37战机高超的机动性能得益于柳里卡设计局的AL-31推力矢量发动机。气舵的代表是美国的x－31技术验证机。

加力燃烧室

经过涡轮的高温气体中还含有一些没有被及时消耗掉的氧气如果不断向这种气体中注入煤油，它仍然可以燃烧并产生额外的推力。所以一些高性能战斗机的发动机在涡轮后面加了加力燃烧室（加力燃烧室，或加力燃烧室）以达到在短时间内大幅度提高发动机推力的目的。一般来说，加力可以在短时间内增加50的最大推力%但是，油耗惊人一般只用于起飞或应对激烈的空战，不可能用于长时间超音速巡航。

涡轮喷气发动机适用于大范围的航行，从低空亚音速到高空超音速飞机。米格，前苏联的传奇战斗机-25架高空超音速战斗机采用了Lyrica公司设计局的涡喷发动机作为动力，曾创下3架的纪录.3马赫的战斗机速度记录和37250米的升限记录。

与涡扇发动机相比，涡喷发动机燃油经济性差，但高速性能优于涡扇发动机，尤其是在高空。

同时，喷气发动机虽然在低速时油耗高于活塞发动机，但其优异的高速性能使其迅速取代后者，成为航空发动机的主流。