渦輪增壓和飛機上的渦輪有什麼關係么?
基本上沒什麼關係,那就先簡單的來介紹一下兩種發動機。
【1】一般來講日常生活中所提到的渦輪增壓發動機,是指常用在民用汽車上的渦輪增壓四衝程活塞汽油發動機,理想的熱循環叫做otto cycle。汽油機的四個衝程包括進氣、壓縮、點火(也叫做功)、排氣,而柴油機不存在火花塞,是靠壓燃點火。在這裡就先只討論汽油機,柴油機的話在這個問題上大同小異。可以看到,在四個衝程當中,只有一個衝程是將化學能轉化成汽車運動時所需要的機械能的,也就是做功衝程,而其他三個衝程都是在消耗機械能,也就是說對汽車行進沒有幫助。那麼當你想讓汽油發動機的動力更強時,最簡單的辦法就是從做功衝程入手,讓氣缸內的燃燒更劇烈,從而有更強大的「爆炸力」去推動活塞做功。我們知道,燃燒這一過程需要兩種物質,燃料和助燃劑。在汽油機當中就是汽油和空氣,確切的說是空氣中的氧氣。那麼簡單來講,就是需要在氣缸內讓更多的汽油和空氣充分混合併且燃燒,才能讓發動機動力更強。增大汽油噴射量的技術比較好理解,就像水龍頭一樣(實際上非常複雜,這裡只是簡單的比喻),但如何大幅度增大進氣量呢?單純的自然吸氣活塞發動機,沒有辦法在不進行大改動的情況下大幅度提高進氣量。增大進氣門升程?雖然可以但是增加的進氣量遠遠不夠。那麼這裡就引入了渦輪增壓的概念。
汽車上的渦輪增壓器,就是為了大幅度增大進氣量的產物。簡單講,渦輪是一種可以繞著中軸高速旋轉同時吸入空氣並壓縮再排出的裝置。有了渦輪增壓器,那麼在進氣衝程里,氣缸就可以吸入更多的空氣,因為這些空氣是經過渦輪的壓縮而導入氣缸的,從而使氣缸的體積不需變化,但能吸入更多質量的空氣,從而使發動機氣缸體積不變,但燃燒更加劇烈。那麼這個常說的渦輪,也就是氣體壓縮機,需要一個力量去帶著它轉動,那麼這個動力的來源就是發動機燃燒後的高溫高壓的尾氣。發動機排出的尾氣吹動渦輪增壓器一端,通過中軸傳遞動力,使渦輪增壓器的另外一端也就是氣體壓縮機旋轉起來,而另外一端一同旋轉的結果就是吸入空氣並且壓縮,最後導入氣缸當中。【2】以這個問題來講,所謂「飛機上的渦輪」,是指飛機所用的的渦輪發動機,也叫燃氣渦輪,理想的熱循環叫做brayton cycle。相比於剛剛提到過的活塞往複運動而產生動力的活塞發動機,燃氣渦輪發動機是一直不停的在旋轉著提供動力。這裡就先只講最簡單的模型好了,整體的樣子可以看成一個軸的兩端連接著兩個圓形的輪子,並且用品客薯片桶去掉頂蓋底蓋一樣的東西把那兩個輪子和軸包在裡面(自己都被囧到了)。燃氣渦輪發動機可以簡化為如下幾個部件,進氣壓縮機(輪子之一),燃燒室,廢氣渦輪(另外一個輪子),中軸。中軸最簡單,就是把進氣壓縮機和廢氣渦輪連接在一起的部件,使得二者可以以同樣轉速旋轉。整個發動機的運轉過程就是進氣壓縮機吸入大量空氣並壓縮,接著導入到燃燒室中,燃油和壓縮後的空氣混合後經火花塞點火,劇烈燃燒後氣體體積大幅度膨脹,接著「吹動」廢氣渦輪旋轉,就是這麼簡單。由於整個的過程是連續的,也就是說壓縮機不停的在旋轉吸入空氣壓縮,而燃燒室不停的在點火燃燒,產生的廢氣也就不停的在推動廢氣渦輪做功,所以整個發動機是不停的在繞著中軸旋轉著。
至此燃氣渦輪發動機解釋完畢。可能會問,那這種簡單的東西是如何能讓飛機動起來的呢?想像一下,如果壓縮機瘋狂的吸入大量空氣,燃燒室瘋狂的高溫燃燒,而廢氣渦輪也在瘋狂的旋轉向後噴射尾氣,那飛機就有可能動起來。如果是被排出的高速廢氣所產生的反作用力推動,那這就是渦輪噴射發動機(渦輪風扇發動機也差不多,不多解釋了),而如果中軸連著另外一個機構,譬如螺旋槳,而飛機主要是靠螺旋槳旋轉而飛行的,那這就是渦輪螺旋槳發動機。二者的基本原理已經解釋完了,希望能解決您的疑問
渦輪增壓發動機可以理解為渦輪發動機和活塞式發動機的結合的雙級發動機,兩個發動機共用一個燃燒室,壓氣機和和活塞的吸氣壓縮衝程完成整個發動機的進氣級壓縮過程,活塞的做功和排氣衝程和渦輪機的膨脹過程完成了整個發動機的做功和排氣過程,只不過渦輪發動機發出的功不直接參与動力輸出,而是輔助發動機進氣。其實汽車上的渦輪增壓器在壓氣機和渦輪機之間增加一個燃燒室就可以改造為簡易的渦輪噴氣發動機。用康明斯ST50渦輪 自製噴氣發動機視頻
很接近的東西
一根轉軸連著兩套葉片,熱端的葉片從排氣中吸收能量,驅動冷端的葉片壓縮空氣
不過飛機一般都是軸流式的,汽車上用的是離心式的
以高速氣流推動葉輪旋轉的這種形式,那個輪就叫渦輪。說起來這兩種渦輪作用還真差不多。飛機上是高溫燃氣直接推動渦輪,渦輪帶動進氣端的多級壓氣機,壓氣機將流入的空氣經7~9級(我可能記得不準確)壓縮進入燃燒室,與燃油混合燃燒,燃氣通過渦輪後排出作為動力。渦扇發動機還有個外涵道,壓氣機壓縮後的氣體有一大半從外涵道直接排出,作為推進動力。有點不同的是渦槳發動機,渦輪是連著螺旋槳的,以螺旋槳推動空氣作為主要動力。可以看出,不同類型的航空渦輪發動機,渦輪消耗的功率是不同的,渦槳和渦扇應該是要大一些的。(最後一句亦不是很確定,出於推理)所以,飛機上的渦輪從根本原理和作用來說,和汽車的還是大同小異的。
西門子的好像有14級壓縮
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