| 词条 | 燃气涡轮发动机 |
| 释义 | § 基本原理 Lycoming T-53燃气涡轮机 燃气涡轮机主要由压缩机（compressor）、燃烧室（combustion chamber）、涡轮（turbine）等部份构成。新鲜空气由进气道进入燃气轮机后，首先由压缩机加压成高压气体，接着由喷油嘴喷出燃油与空气混合后在燃烧室进行燃烧成为高温高压气体，然后进入涡轮段推动涡轮，将热能转换成机械能输出，最后的废气由排气管排出。而由涡轮输出的机械能中，一部份会用来驱动压缩机，另一部份则经由传动轴输出，用以驱动我们希望驱动的机构如发电机、传动系统等。 压缩机燃气涡轮喷射机引擎的图示。 压缩机的功用是对气流做功，以提高气流的压力。一般燃气轮机的压缩机通常有轴流式和离心式两种。 轴流式压缩机会有许多的叶片，形状类似螺旋桨叶片，但是分为“静子”（stator）与“转子”（rotor）两种。转子就像螺旋桨一般地旋转，在旋转的过程中将气流向后推，这时气流的压力就会提高，温度也会升高。静子的功用是将因为转子的作用而产生旋转的气流导引回轴向，以正确的角度进入下一组转子。通常是一组转子和一组静子交互配置，而一组转子和静子就称为一级。 离心式压缩机则是利用叶轮旋转时产生的离心力将气流向外推，而产生加压的效果。一级的离心式压缩机就能有数级轴流式压缩机的压缩比，对于较小型的燃气轮机来就是不错的选择，但是由于气流是向外辐射，必须以大幅弯曲的通道折回内部，故能量的耗损也较大。 压缩比是压缩机的主要性能指标，指的是气流压力在加压后与加压前的比，通常压缩比较高的燃气轮机，效率也较高，但是气流在压缩过程中温度会上升，考虑到涡轮所能承受的温度有一定的限度，压缩比太高反而不好。理想的压缩过程应该是等熵过程，但是实际上压缩后的气流的温度和熵都会大于理想值，压力则低于理想值，而压缩机的效率则定义为： 其中ηc代表压缩机效率，h1代表气流进入压缩机之前的焓，h2i代表理想状况下气流离开压缩机时的焓，h2a代表实际状况下气流离开压缩机时的焓。依据热力学定律，压缩机效率不可能大于1。 燃烧室 涡轮电脑模拟 燃气轮机通常使用轴流式涡轮，构造上与轴流式压缩机相似，同样是一组定子与一组转子合称为一级。涡轮叶片与螺旋桨及飞机机翼相似，气流流过时产生作用力，对转子叶片作功而使其转动，而能将气流的能量转换成机械能输出，因此气流在通过涡轮后，温度与压力都会下降。 与压缩机不同的是，涡轮的目的是将气流的能量转换为机械能，因此叶片的形状与压缩机会稍有不同，重视的是气流通过时能产生的作用力，与飞机机翼希望升力大而阻力小的要求类似。涡轮叶片直接受到高温高压气流的冲击，为了提高燃烧温度以提升燃气轮机的效率，涡轮叶片必须使用耐高温、在高温下仍保有高强度及寿命的耐热材料制成。叶片结构上也常使用一些特殊设计，例如常见的作法是将叶片设计为中空，然后将冷空气或冷却液导入内部，在叶片内部流动时可以产生冷却效果，还有在表面设计许多小孔喷出冷空气，随着空气流动而覆盖整个叶片，阻隔以避免高温空气直接冲击叶片，以达到保护的效果。 与压缩机相同，理想的涡轮应该是等熵过程，但是实际上通过涡轮后气流的温度和熵都会大于理想值，涡轮的效率定义为： 其中ηt代表涡轮效率，h3代表气流进入涡轮之前的焓，h4i代表理想状况下气流离开涡轮时的焓，h4a代表实际状况下气流离开涡轮时的焓。依据热力学定律，涡轮效率不可能大于1。 § 应用 燃气涡轮发动机 喷射引擎 现在的中大型飞机几乎都使用涡轮发动机做为动力来源，因其体积较小而输出动力大，更重要的是没有螺旋桨在高速时所会遭遇到的音障问题，因此也是一般超音速飞机的唯一选择（只有少数机型会使用冲压喷射引擎或火箭）。由于是使用于直接推进，以喷出高温废气的反作用力产生推进力，因此在设计上会尽量缩小涡轮段的能量转换及损耗，只输出驱动压缩机及发电机等附件所需的功。 辅助动力单元 大型飞机上除了主引擎外，通常还会装设一具小型的燃气轮机，即称为辅助动力系统（auxiliary power unit，APU），用以在主引擎尚未启动时提供液压、发电、空调等的动力需求，也可以用来启动主引擎。飞机上的APU通常是不具推进力的，而某些船舰也有称为副推进单元（auxiliary propulsion unit）的装置，但这种APU是为了在无法使用主轮机时用做备用轮机推供推进力的。 微型燃气涡轮引擎 微型燃气涡轮也可以称为：微型燃气涡轮 交流涡轮 MicroTurbine (该名称已经被顶石涡轮公司注册商用) Turbogenerator (该名称已经被霍尼韦尔电力公司注册商用) 微型燃气涡轮 本质上是瞄准分布式发电和气电共生用途. 也是混和动力车的重点科技之一. 商用中从一千瓦到数十数百千瓦功率都有市场潜力. 成功之处也得利于电子学的变革，包含无人运作和公用电网电脑化. 电力切换调度科技可以使得发电来源不必和电网绑死. 使得发电机可以加入涡轮构造并提供2倍的效能.因为微型燃气涡轮引擎有许多优点超越传统往复式发动机，可以产生更高能量密度效率(与重量和尺寸相关)，极低的热辐射和极少的移动部件使其容易维修。还可以省下空调所需的润滑油和冷媒. 通常涡轮也能更有效降低废热消耗，同时也能省下冷却系统的耗能. 但是，活塞引擎发电机对需电量变化的反应比较快、而且活塞引擎通常比较有效率──虽然说微型燃气涡轮引擎的效率正在增加。相较于活塞引擎、微型燃气涡轮引擎的效率在低输出状态时下降更多。 微型燃气涡轮引擎接受多种燃料，例如汽油、天然气、丙烷、柴油、煤油，也可以利用可再生燃料，例如E85酒精汽油、生物柴油及生物气体.另外一大好处是可以用氢为动力燃料，就像目前热门的燃料电池，可以从水中分离的氢作为来源。但是缺点是易燃，使得这种便携式装置未来可能不能带上飞机或其他敏感场所。 微型燃涡机使用单段式压缩机设计，但是单段式涡轮机件比较难生产因为必须承受高温高压下运作。废热可以用来提供热水、暖气、干燥用途或吸收式冷却法──这是一种不利用电能而是热能提供冷气的方法。 典型的燃涡机效率约25 到 35%。但是连上废热发电系统(气电共生)系统时，可以提升到80%。 麻省理工学院 1990年代中期开始公厘尺寸燃涡机研发专案由航太教授Alan H. Epstein带领开始研拟个人用的燃涡机可以达成所有现代电力需求，就像目前一些小型都市用的大型发电用燃涡机一样。 Epstein教授说目前商用可充电锂离子电池只约有120-150 Wh/kg能量比，麻省理工学院的公厘尺寸燃涡机已经可以达成500-700 Wh/kg能量，也有极大希望在不久的将来达成1200-1500 Wh/kg。 澳大利亚发明家开始研究这种微电机系统科技(MEMS)为便携式装置供电的可能性.这种系统使用氢或丁烷为燃料以达到超高速的2百万RPM转速。这种燃气涡轮引擎的制造采用芯片产业的科技，而且大多以硅为原料。这种燃气涡轮引擎可以接上发电机来提供电力。[1] § 图集 燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机 |
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