噴射引擎介紹

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1、噴射引擎介紹噴射引擎介紹黃柏文副教授逢甲大學(xué)航太與系統(tǒng)工程學(xué)系噴射引擎之原理噴射引擎之原理ò噴射引擎之理論基礎(chǔ)–牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律：作用力＝反作用力ò推力＝質(zhì)量流率(M)×速度(V)ò螺旋槳與噴射推進(jìn)之比較：推力＝M×(V-V)aircraftjet螺旋槳引擎：空氣流速低但流率大螺旋槳引擎：空氣流速低但流率大ò僅適合低速飛行：低次音速(M<0.5)a–馬赫數(shù)(M)=飛行速度/音速a–飛行速度過(guò)高：螺旋槳翼尖會(huì)產(chǎn)生震波(shock)，因而產(chǎn)生噪音，並降低引擎效率。–角速度＝半徑×轉(zhuǎn)速噴射引擎：空氣流速高但流率小噴射引擎：空氣流速高但流率小ò

2、可用於高速飛行：高次音速(0.51，戰(zhàn)鬥機(jī))a–飛行速度的提升即生產(chǎn)力的提升：在同一時(shí)段內(nèi)，同一架飛機(jī)能執(zhí)行更多的任務(wù)或運(yùn)送更多的旅客。噴射引擎之架構(gòu)噴射引擎之架構(gòu)ò空氣經(jīng)壓縮機(jī)增壓後進(jìn)入燃燒室與燃料混合燃燒，受熱膨脹之燃?xì)馔苿?dòng)渦輪機(jī)提供壓縮機(jī)動(dòng)力，最後經(jīng)排氣噴嘴噴出產(chǎn)生推力。噴射引擎之分類噴射引擎之分類ò渦輪噴射引擎(turbojetengine)ò渦輪導(dǎo)扇引擎(turbofanengine)ò渦輪螺旋槳引擎(turbopropengine)ò渦輪軸引擎(turboshaftengine)ò海事

3、燃?xì)鉁u輪機(jī)(marinegasturbine)ò工業(yè)引擎(industrialengine)渦輪噴射引擎渦輪噴射引擎ò所有的空氣經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)、燃燒室及渦輪機(jī)ò動(dòng)力大、噪音高、高燃油比(SFC=油耗/推力)ò適合需大動(dòng)力之高速飛行(戰(zhàn)鬥機(jī))AermacchiViperMB339渦輪導(dǎo)扇引擎渦輪導(dǎo)扇引擎ò部分的空氣經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)、燃燒室及渦輪機(jī)ò旁通比β(旁通氣流/吸入引擎主體之氣流)可高達(dá)9ò噪音小、低燃油比ò適合考慮經(jīng)濟(jì)效益之飛行(民航機(jī))Trent700AirbusA330渦輪導(dǎo)扇引擎渦輪導(dǎo)扇引擎ò現(xiàn)代軍事用飛機(jī)亦有採(cǎi)用渦輪導(dǎo)扇引擎作為動(dòng)力

4、者，但其旁通比較低。ò為增強(qiáng)其推力，於引擎後段可加入後燃器之設(shè)計(jì)，以EJ200引擎為例，使用後燃器後其推力可從13000lbf增為20000lbf，但SFC幾乎變?yōu)閮杀叮虼藘H於起飛及戰(zhàn)鬥時(shí)使用。EJ200Eurofighterβ=0.4Tyhphoon渦輪螺旋槳引擎渦輪螺旋槳引擎ò噴射引擎亦可用來(lái)產(chǎn)生機(jī)械動(dòng)力，其作法為將渦輪機(jī)的級(jí)數(shù)增加，從而自燃?xì)庵形崭嗟哪芰?。類似的?yīng)用除渦輪螺旋槳引擎外，尚有渦輪軸引擎、供海事及陸地使用之工業(yè)引擎。ò在現(xiàn)代之設(shè)計(jì)上，增設(shè)之渦輪機(jī)可與原渦輪機(jī)不同軸而以自訂之轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，稱之為自由動(dòng)力渦輪機(jī)(free

5、powerturbine)，其設(shè)計(jì)目的是提供燃?xì)膺m當(dāng)之環(huán)境來(lái)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力渦輪機(jī)。渦輪螺旋槳引擎渦輪螺旋槳引擎ò扣除增設(shè)之渦輪機(jī)，其餘之裝置統(tǒng)稱為燃?xì)猱a(chǎn)生器(gasgenerator)。理論上，燃?xì)猱a(chǎn)生器與動(dòng)力渦輪機(jī)可分別獨(dú)立設(shè)置，再以管路相連，但在實(shí)際設(shè)計(jì)上，均將動(dòng)力渦輪機(jī)直接置於燃?xì)猱a(chǎn)生器之後。ò中油公司之天然氣輸送系統(tǒng)有採(cǎi)用此設(shè)計(jì)技術(shù)。AE2100LockheedσC-130J渦輪軸引擎渦輪軸引擎ò與渦輪螺旋槳引擎之設(shè)計(jì)類似，但其排氣之壓力更小，藉以提供更大的軸動(dòng)力及降低排氣速度。RTM322NH90海事燃?xì)鉁u輪機(jī)海事燃?xì)鉁u輪機(jī)ò用以驅(qū)

6、動(dòng)船舶推進(jìn)系統(tǒng)，如螺旋槳。工業(yè)引擎工業(yè)引擎ò用以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)或壓縮機(jī)來(lái)輸送油料或天然氣ò相較於其他的應(yīng)用，此類引擎需有更先進(jìn)之燃燒室設(shè)計(jì)，以符合環(huán)保法規(guī)。Allison501Villarreal,Spain活塞引擎及渦輪螺旋槳引擎之比較活塞引擎及渦輪螺旋槳引擎之比較ò兩者之循環(huán)過(guò)程類似：進(jìn)氣?壓縮?燃燒?膨脹，但其氣體動(dòng)力循環(huán)並不相同。ò主要差異在於?渦輪引擎之燃料持續(xù)地加入且燃燒從未間斷?進(jìn)氣量大。ò基於上述差異，在相同的引擎重量下，渦輪引擎能燃燒更多的燃料從而提供更大的動(dòng)力源(約為活塞引擎的10倍動(dòng)力)。渦輪引擎內(nèi)之壓力及溫度分佈渦輪

7、引擎內(nèi)之壓力及溫度分佈ò由Brayton動(dòng)力循環(huán)分析得知，渦輪機(jī)之效率取決於操作壓力及溫度能否提升。ò因此提升壓縮機(jī)之氣動(dòng)力特性、燃燒室之燃燒效率、渦輪葉片之冷卻技術(shù)及耐熱材料之研發(fā)，有助於整體效率之提升及重量之降低。軸向壓縮機(jī)之作動(dòng)軸向壓縮機(jī)之作動(dòng)ò渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子葉片而將流體加速導(dǎo)入定子葉片，使得流體之動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?。ò葉片外型氣動(dòng)力特性之改良能提升其效率。燃燒室之作動(dòng)燃燒室之作動(dòng)ò主燃區(qū)：形成迴流區(qū)以穩(wěn)定火焰，避免吹熄，此區(qū)為富油燃燒。ò中間區(qū)：引入空氣淡化油氣，在此區(qū)結(jié)束前大部分燃燒過(guò)程結(jié)束。ò稀釋區(qū)：注入之空氣於燃燒室壁面形成

8、保護(hù)膜，隔絕高溫燃?xì)庵趾?，並調(diào)整進(jìn)入渦輪機(jī)之燃?xì)鉁囟取u輪機(jī)之作動(dòng)渦輪機(jī)之作動(dòng)ò在定子葉片中，流體之壓力能被轉(zhuǎn)變成動(dòng)能，藉以推動(dòng)轉(zhuǎn)子葉片，提供壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)力。ò葉片外型氣動(dòng)力特性之改良能提升其效率?？諝馕廴?/p>