[原创]涡轮发动机:啮齿讲解燃烧室(多图)

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导读:回应网友们的要求,现在谈谈燃烧室的工作原理。 像往常一样,不多写,只求专业。 燃气涡轮燃烧室位在压缩机之后,涡轮之前。把压缩过后的空气与燃油混合、燃烧, 使温度大大增加,所以空气中的能量也大大增加。温度增加,空气就随着膨胀,全压就也跟着增加,所以当空气从涡轮冲出去时就同时有能力驱动压缩机和供应推动力。 燃气涡轮机的燃油不限于航空煤油,只要没有超过一定的杂质含量,任何液态或气态的燃料都可以用(很多发电用的涡轮机就用天然气)。只要有人可以设计出不粘不塞烟灰的燃气发动机,连木头都可以烧。 航空用燃气涡轮机

回应网友们的要求,现在谈谈燃烧室的工作原理。 像往常一样,不多写,只求专业。

燃气涡轮燃烧室位在压缩机之后,涡轮之前。把压缩过后的空气与燃油混合、燃烧, 使温度大大增加,所以空气中的能量也大大增加。温度增加,空气就随着膨胀,全压就也跟着增加,所以当空气从涡轮冲出去时就同时有能力驱动压缩机和供应推动力。

燃气涡轮机的燃油不限于航空煤油,只要没有超过一定的杂质含量,任何液态或气态的燃料都可以用(很多发电用的涡轮机就用天然气)。只要有人可以设计出不粘不塞烟灰的燃气发动机,连木头都可以烧。

航空用燃气涡轮机通常用A1级煤油,与商业煤油不同的就是纯度,只要保证在一定的周期内不会对涡轮机的动力有所影响就可以了。

传统的燃烧室有两层壳,外面的壳就是与发动机共用的外壳,内层壳上有很多孔孔洞洞,一头有喷油口,另一头就接在涡轮的进口。越接近喷油口的洞洞越小。小洞是为了要控制空气的流量,以免把火吹灭。要知道液态燃油的当量比(stoichiometric ratio) 通常在14-15左右,就是说一分燃油与14-15份空气混合后理论上(不考虑太多因素)可以完全燃烧。燃油太稀了就烧不起来,燃油太浓了就会燃烧不全把多余的油排掉(黑烟)。所以燃烧区通常发生在喷嘴附近,那里的燃油空气比例不会差14-15 太远。

但是燃气涡轮机总体的燃油空气比例往往在30-100之间,因为太浓了温度就很高,会把涡轮溶化掉。其实涡轮入口温度越高,发动机的效率就越高,但是就是涡轮不争气。用14-15份的空气会把涡轮烤焦。可是又不能把那30-100份的空气通通第一时间和燃油混合,这样不但烧不起来,还会对大气造成污染。还有就是如果所有空气从同一个入口流入,速度会很快,那燃烧就跟不上那速度,结果就是我们常说的火被吹灭。

话说回那两层壳,从压缩机送过来的空气最先流入外壳和内壳之间的空间,然后从小洞流入燃烧室(记得大约14-15比例,不能太多不能太少),和燃油混合、燃烧(温度千余两千度)。燃烧过的热气往后流,途中与从大洞流入的冷空气(相对冷,几百度有吧)混合,再加速,尽量把静压变为动压。然后就从涡轮叶片间冲出去,带动涡轮转动。经过几级涡轮后,热气因为失去能量渐渐冷下来,所以如果飞机还要想借喷口喷出来的空气推动的话,就要确保涡轮之后的空气还有足够的能量。

燃油喷口也很讲究,喷口要尽量把燃油化为小滴雾化。有一个定律就是任何燃料,无论液体或固体,都要化为气体之后与空气混合才能燃烧。包刮木头之类,火焰必须把木头表面的物质加热蒸发之后才会燃烧。燃油也一样,必须变为气体之后才会燃烧。把燃油雾化后与空气接触的面积就会越大,就越容易蒸发。通常在喷口周围会有一圈的小通道,一小部分的空气会从这里流入,借着小通道里的叶片,燃烧区周围的空气会旋转,加速与燃油的混合。

现在再来谈谈后燃室(Afterburner)。就是大家常说的加力用的。这种燃烧室只有在有能力超音速飞行(记住不一定代表超音速巡航)的飞机上才有。多数的战机都有,但除了协和,我还没有看过其他民用飞机上有后燃室。

后燃室在涡轮之后,是一条又大又长的管道。军用的涡扇通常连涵道也接到这里。在涡轮的出口处有一组燃油喷口,把雾化的燃油喷入后燃室,记住刚才30-100的空气比例,加上涵道里来的空气,还有很多氧还没有烧掉。此时和燃油混合燃烧,再加温一次。同样的道理,加温膨胀,加速,然后就从尾部喷口冲出去推动飞机。当然后燃室也不能有太浓的燃油比,要不然飞机的屁股要烧焦的。还有如果你设计的飞机屁股太热,敌人就会发明“长程红外线追踪弹”来给你超视距打击。


大家请耐心等我找几张好点的图……


本文内容于 2008-2-1 14:50:07 被哺乳纲啮齿目编辑

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