喷射引擎介绍

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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航太與系統工程學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–牛頓第三運動定律：作用力＝反作用力ò推力＝質量流率(M)×速度(V)ò螺旋槳與噴射推進之比較：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(M)=飛行速度/音速a–飛行速度過高：螺旋槳翼尖會產生震波(shock)，因而產生噪音，並降低引擎效率。–角速度＝半徑×轉速噴射引擎：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，戰鬥機)a–飛行速度的提升即生產力的提升：在同一時段內，同一架飛機能執行更多的任務或運送更多的旅客。噴射引擎之架構噴射引擎之架構ò空氣經壓縮機增壓後進入燃燒室與燃料混合燃燒，受熱膨脹之燃氣推動渦輪機提供壓縮機動力，最後經排氣噴嘴噴出產生推力。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、燃氣渦輪機(marinegasturbine)ò工業引擎(industrialengine)渦輪噴射引擎渦輪噴射引擎ò所有的空氣經過壓縮機、燃燒室及渦輪機ò動力大、噪音高、高燃油比(SFC=油耗/推力)ò適合需大動力之高速飛行(戰鬥機)AermacchiViperMB339渦輪導扇引擎渦輪導扇引擎ò部分的空氣經過壓縮機、燃燒室及渦輪機ò旁通比β(旁通氣流/吸入引擎主體之氣流)可高達9ò噪音小、低燃油比ò適合考慮經濟效益之飛行(民航機)Trent700AirbusA330渦輪導扇引擎渦輪導扇引擎ò現代軍事用飛機亦有採用渦輪導扇引擎作為動力

4、者，但其旁通比較低。ò為增強其推力，於引擎後段可加入後燃器之設計，以EJ200引擎為例，使用後燃器後其推力可從13000lbf增為20000lbf，但SFC幾乎變為兩倍，因此僅於起飛及戰鬥時使用。EJ200Eurofighterβ=0.4Tyhphoon渦輪螺旋槳引擎渦輪螺旋槳引擎ò噴射引擎亦可用來產生機械動力，其作法為將渦輪機的級數增加，從而自燃氣中吸收更多的能量。類似的應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引擎。ò在現代之設計上，增設之渦輪機可與原渦輪機不同軸而以自訂之轉速運轉，稱之為自由動力渦輪機(free

5、powerturbine)，其設計目的是提供燃氣適當之環境來驅動動力渦輪機。渦輪螺旋槳引擎渦輪螺旋槳引擎ò扣除增設之渦輪機，其餘之裝置統稱為燃氣產生器(gasgenerator)。理論上，燃氣產生器與動力渦輪機可分別獨立設置，再以管路相連，但在實際設計上，均將動力渦輪機直接置於燃氣產生器之後。ò中油公司之天然氣輸送系統有採用此設計技術。AE2100LockheedσC-130J渦輪軸引擎渦輪軸引擎ò與渦輪螺旋槳引擎之設計類似，但其排氣之壓力更小，藉以提供更大的軸動力及降低排氣速度。RTM322NH90海事燃氣渦輪機海事燃氣渦輪機ò用以驅

6、動船舶推進系統，如螺旋槳。工業引擎工業引擎ò用以驅動發電機或壓縮機來輸送油料或天然氣ò相較於其他的應用，此類引擎需有更先進之燃燒室設計，以符合環保法規。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兩者之循環過程類似：進氣⇒壓縮⇒燃燒⇒膨脹，但其氣體動力循環並不相同。ò主要差異在於å渦輪引擎之燃料持續地加入且燃燒從未間斷ç進氣量大。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力源(約為活塞引擎的10倍動力)。渦輪引擎內之壓力及溫度分佈渦輪

7、引擎內之壓力及溫度分佈ò由Brayton動力循環分析得知，渦輪機之效率取決於操作壓力及溫度能否提升。ò因此提升壓縮機之氣動力特性、燃燒室之燃燒效率、渦輪葉片之冷卻技術及耐熱材料之研發，有助於整體效率之提升及重量之降低。軸向壓縮機之作動軸向壓縮機之作動ò渦輪機驅動轉子葉片而將流體加速導入定子葉片，使得流體之動能轉變為壓力能。ò葉片外型氣動力特性之改良能提升其效率。燃燒室之作動燃燒室之作動ò主燃區：形成迴流區以穩定火焰，避免吹熄，此區為富油燃燒。ò中間區：引入空氣淡化油氣，在此區結束前大部分燃燒過程結束。ò稀釋區：注入之空氣於燃燒室壁面形成

8、保護膜，隔絕高溫燃氣之侵害，並調整進入渦輪機之燃氣溫度。渦輪機之作動渦輪機之作動ò在定子葉片中，流體之壓力能被轉變成動能，藉以推動轉子葉片，提供壓縮機驅動力。ò葉片外型氣動力特性之改良能提升其效率。空氣污染