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涡轮发动机(Turbine engine,或常简称为涡轮,Turbine,音译为透平)是一种利用旋转的机件自穿过它的流体中汲取动能的发动机形式。

经常在飞机与大型的船舶或车辆上看到其应用。

原理

虽然涡轮发动机可能有许多不同的运作原理,但最简单的涡轮型式可以只包含一个“转子”(Rotor),例如一个带有中心轴的扇叶,将此扇叶放置在流体中(例如空气),流体通过时对扇叶施加的力量会带动整个转子开始转动,进而得以从中心轴输出轴向的扭力。风车水车这类的装置,可以说是人类最早发明的涡轮发动机原型。

依照不同的分类方式,涡轮发动机也可以分类成很多不同的型式。例如以燃烧室与转子的位置是否在一起来区别,就存在有属于外燃机一类的蒸汽涡轮发动机,与属于内燃机的燃气涡轮发动机。

如果将涡轮发动机反过来运作,则会变成一种输入力量之后可以将流体带动的设备,例如压缩机(compressor)与泵(pump)[1]

涡轮增压原理

发动机是靠燃料在汽缸内燃烧作功来产生功率的,由于输入的燃料量受到吸入汽缸内空气量的限制,因此发动机所产生的功率也会受到限制,如果发动机的运行性能已处于最佳状态,再增加输出功率只能通过压缩更多的空气进入汽缸来增加燃料量,从而提高发动机作功能力。

涡轮系统是增压发动机中最常见的增压系统之一。

如果在相同的单位时间里,能够把更多的空气及燃油的混合气强制挤入汽缸(燃烧室)进行压缩燃爆动作(小排气量的引擎能“吸入”和大排气量相同的空气,提高容积效率),便能在相同的转速下产生较自然进气发动机更大的动力输出。情形就像你拿一台电风扇向汽缸内吹,硬是把风往里面灌,使里面的空气量增多,以得到较大的马力,只是这个扇子不是用电动马达,而是用引擎排出的废气来驱动。

一般而言,引擎在配合这样的一个“强制进气”的动作后,起码都能提升30%-40%的额外动力,如此惊人的效果就是涡轮增压器令人爱不释手的原因。况且,获得完美的燃烧效率以及让动力得以大幅提升,原本就是涡轮增压系统所能提供给车辆最大的价值所在[2]

视频

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参考文献