每日科技名词|涡轮喷气发动机

情毒

涡轮喷气发动机

turbojet engine

定义：在单个流道内靠发动机喷出的高速燃气产生反作用推力的燃气涡轮发动机。

学科：航空科学技术_推进技术与航空动力装置

相关名词：航空发动机 涡轮风扇发动机 燃气涡轮发动机


图片来源：视觉中国

【延伸阅读】

1903年，美国莱特兄弟研制的“飞行者一号”飞机首飞。该机搭载有一台功率约9千瓦的活塞式发动机，利用它驱动两组螺旋桨产生推力，使这架飞机能够成功飞行。早期的飞机均以不同形式的活塞发动机作为飞行的动力机，而后随着人们对飞机飞行速度与飞行高度的不断追求，活塞式发动机的发展很快遇到了瓶颈，工程师们开始研究新型的航空发动机。

1928年，英国飞行员弗兰克·惠特尔（Frank·Whittle）设计出一种燃气涡轮发动机，这就是今天的涡轮喷气发动机的基础。只是受到当时材料技术发展的局限，这种新型发动机所需的耐高温材料还不能生产出来。直至1941年，第一代镍基高温合金材料问世，才使得惠特尔设计的新型发动机试验成功。该型发动机搭载在E28/39型飞机上，由惠特尔本人亲自驾驶并取得首飞成功。1942年，德国工程师汉斯·冯·奥海恩（Hans Von Ohain）将他本人设计的HeS-3B型涡喷发动机安装在量产战斗机梅塞施米特Me-262上试飞成功。该机凭借新型发动机带来的强劲动力，成为一代名机。

涡轮喷气发动机简称“涡喷发动机”，工作原理是使大量空气通过进气道进入发动机，气流经过压气机的压缩后进入燃烧室。在燃烧室中，高压空气与燃油混合并燃烧产生高温高压的气流，这些气流在涡轮处膨胀做功，将气流中的势能和热能转化为机械能，驱动发动机运转，之后仍具有高温高压的气流向后排出产生推力，推动飞机飞行。在工作原理上，活塞发动机与涡喷发动机相似，都有进气、压缩、燃烧做功及排气等过程，而涡喷发动机工作状态连续而稳定。早期的喷气式飞机均采用涡喷发动机，由于其排出的高速气流中仍有较高的热量，并且在低空状态下，空气密度大，需要大量的燃油确保燃烧稳定，使得涡喷发动机做功效率低，耗油率较高，无法满足现代航空业对长航程和绿色、清洁等方面的要求。

即便如此，涡喷发动机在高空高速下的性能仍毋庸置疑。世界第一种突破热障的喷气式飞机SR-71黑鸟侦察机，装配有两台普拉特惠特尼公司生产的J58发动机；世界第一架飞行速度超过3马赫的战斗机米格25，装配有两台R-15B发动机；世界著名的超音速喷气式客机“协和号”，装配有四台奥林匹斯593-Mk610发动机。这些高速飞机的发动机均为涡喷发动机。涡喷发动机的使用虽然已经基本被其他类型的发动机所取代，但作为所有类型燃气涡轮发动机的基础形式，未来几十年内的先进航空发动机仍然会以涡喷发动机为基石，不断优化改进，不断向前发展。

（延伸阅读作者：中国航发北京航空材料研究院 高健时）