燃烧室后面为什么要加涡轮? 第1页

一觉醒来，你发现穿越了，元首要你做个有劲儿的飞机发动机。。

经过短暂的懵逼，你稳定了情绪，理了理思路。听说燃烧喷气能产生动力，那么，开整吧！用铁皮卷个圆筒，安上喷油嘴，ok，发动机版本1.0完工。里面喷油，然后点燃，轰，咦。。它朝两边同时喷气，而且烧一下就灭火了，发动机纹丝不动。

这当然难不倒你，两头冒气是不？堵上一头就是了！不就是前面堵块铁板么。。2.0完工！再次实验，轰！它动啦！。。可是只动一下，桶腔里的氧气烧了就没了，熄火了，只能崩一次，再点火得等后面空气再补充进来，再喷油打火，这个周期，有点慢。

要不把堵头那边改成单向活门？抽油烟机防返气那种？这得找好点的钣金师傅干了，很快，3.0完工啦！

开阀门前面进气，喷油点火，轰，压力下前门自然闭合憋住，只能朝后面喷气，崩！前进！爆燃后熄火，借着前进发动机的迎风气流打开前面阀门，发动机中补充空气，再喷油点火！崩！不断循环，崩崩崩崩，脉冲喷气发动机成功了！和心脏原理差不多。恭喜你，元首给你发了勋章。

可是振动有点大，崩崩崩崩的有点low。主要问题在于3.0是间歇脉冲燃烧的，怎么才能让他连续工作呢。。你开始静下心来反思，把这个圆筒放在架子上看着它发呆考虑改进方法。考虑1.0的教训，其实总之是不要让他朝前喷气，只向后喷就是关键，除了堵住有别的办法吗。。实验性质的，拿1.0进行了改造，给发动机的喷油嘴旁也加了个喷气嘴，这样点火后可以稳定燃烧，便于实验，现在它可以持续燃烧，并等量向两头喷火。

你用个铁纱网扣住前面，因为没闭火，操作时还烫了下手。现在因为前面有了遮挡和阻力，发现向前喷气减少了，向后喷气增加了。。有了那么点推力。

那么这只是被动的遮挡，再主动点，在前面放个风扇往里吹风会怎样呢 ？

于是拆掉前面滚烫的纱网，装上个风扇，可调速的。推闸上电，试图往里吹风。。筒子里烧的呼呼的，这个风扇似乎并未挡住火焰，前面还是不断逆势冒火，叶片都要烤黑了，但你发现旋转的风扇比纱网带来更大的改变，向后的喷气量也更多了。。

狠狠心，你把风扇转速调大，再调大，你发现前面冒得火苗越来越小，后面喷火越来越多。随着转速提高，突然有一时刻，强劲的风扇产生的压力与桶里燃烧膨胀的压强达到了平衡，这时候风扇强大的压力虽然还不至于向桶内扇风，但已完美的压制了所有前窜的气体，所有燃气都在向后喷射！

反正电费不是你掏，推动操纵杆加大转速！风扇开始向桶内压气了！而且是源源不断地压新鲜空气。。那么方才，在喷油嘴旁的那个喷气嘴还要他干啥！？你果断地关掉了那个喷气嘴供气，发现压气风扇不停地向桶内压气，与喷油嘴喷射的燃油混合，燃烧，非常稳定。并形成了持续的后向推力。

这不就是想要的喷气发动机吗。。可是有点不对劲，这风扇，电动的，总不能往天上拉电线吧。这不难，在旁边布置柴油发电机组烧油供电就是。

这东西至少是能转了，很欣慰。你看了眼嗡嗡飞转的电扇，担心它效率有些低，它核心功能就是往筒子里压气，要想办法用最小的功率压入尽量多的空气才好。这样，将来这风扇才不至于太费电，才不至于被元首骂。

这时候旁边一个干瘦的老师傅也凑上来，顶着呼呼的火苗轰鸣声，对你大声喊道：“长官~我看这玩意就是个热机啊这个我懂啊这个就是个热机循环过程就是压缩加热再膨胀对外做功的过程你这个要想更有劲得改一改呀得加大压力加大压力呀！咳咳咳。。”

喘了口气后给画了个图。。指着图中的蓝箭头，接着喊道：“您看！这步啊，就是这这风扇压缩空气的过程，它费劲、费电、消耗能量！”

“再后面红色部分，是吸收燃烧热量，您这个后面是敞口的，所以升温体积也增大，再往后就是自然膨胀，这俩阶段都是可以对外做功哒~咳咳咳”。你看着图，想了想高中老师说过，功=力x距离，这里压强和力有关系，体积和位移有关系(比如活塞)，隐隐觉得那么这个压强和体积的乘积似乎也真和功有关系。

老头接着喊道：“您这个大筒，能对外做多少功，就看这个圈圈围出的面积有多大”接着又画了个图。“您瞧，都是烧同样的油，要是开始的时候不使劲压，只能围出个黄圈，要是使劲压，才能围出那个篮圈！那个面积才大呀~咳咳咳”

旁边的汉斯也喊道“老人家说的对呀~俺以前是大众的，听俺厂技术员说过，汽缸压缩比高，效率就高，就有劲！”

虽然有点复杂，但是你想，都是同样的炉子烧同样的水，高压锅喷气就比水壶有劲多了。。感觉很有道理的样子。那就干吧！同时你敏锐地猜测到，这个系统这么复杂，难免物极必反，增压的好处也得有个极限，于是随手画了个图，嘱咐大家适可而止。。

老师傅的出现让事情变得复杂了些，虽然觉得云山雾罩的，但好在结论很明确，就是要在对空气加压后再燃烧加热才好。现在既然设备已经能转起来，那么只需要个更优秀的压气机就是了。

安排了任务，后面的佩奇自告奋勇，说这简单，要压空气是不？俺以前厂里就有，是那种离心泵式的压气机。装上后果然好用多了。

但你觉得有点不过瘾。于是指点他们改进成多级风扇逐级缩小面积的组合压气机。现在这套系统看着效率很高了。

眼前的这套设备，柴油机连着发电机发电，发电机电线带着压气机电扇，压气机往燃烧筒压气，燃烧筒向后喷气产生推力，有点复杂。

你发现燃烧筒向后喷气似乎有很大的功率。。这个功率如果利用利用，是否有可能带的动发电机或者说压气机呢？

自己带自己。。这感觉咋这么熟悉，怎么有点永动机的意思呢？不过很快你就打消了疑虑，如果是压气机喷出的气体，用来发电并带动自己旋转，才是永动机，我们的燃烧筒里是不停往里喷油燃烧的啊。

用高中理论角度考虑，进气口，压气机给空气团1吨的压力，每秒让他们移动了100米，出气口，由于燃料燃烧和膨胀，同样是1吨的压力，由于体积变大速度变大，气团每秒移动1000米 。考虑功等于fs，这燃烧筒对气体做的功比压气机对气体做的功要大好多呀。这么考虑虽然过于粗暴，但至少肯定这喷射气流里应该有大量能量，应该能利用利用。

于是很自然的，在屁股那装个涡轮吧，其实就是风车，让气流带着它转，它再带着发电机，给压气电风扇(现在长得不像风扇了，以后就叫压气机了)供电。

你发现系统运行很平稳。射流仅分出一小部分能量就驱动了涡轮，带起了发电机带起了压气机。柴油机不需要了。

。。。这时候你也发现有点问题，干嘛搞这么复杂，要啥发电机啊，线圈又大又重，为啥不用涡轮直接带着压气机转呢，怎么这么傻。

于是你砸掉了发电机，砸掉了电动机，让精神工匠们找了个轴，把前面压气机和后面的涡轮直接连上。。。

这下彻底不转了。

因为压气机至少需要个初始一定的转速，才能抵制燃气压力，达到稳定工况，并让他形成射流向后喷气并冲刷涡轮。

这个问题不大，你在墙角的油包纸里找到了小小的发动机，装喷气发动机边上，启动时用它提供初始转速就是了。

于是版本4.0诞生了。

这个版本的涡轮消耗少量后喷气体的能量，通过轴带动前面的压气机给发动机供气。启动后就能源源不断地自主运行提供强大的推力，完美。

你兴冲冲给元首打电话，再给个勋章吧，给个赞也行啊。元首说，他刚给女朋友喂了药，没心情搭理你。。

你被气醒了。

阅读量超乎预料，不得不谨慎些，其实这个回答半娱乐也有些民科，也远不如楼里其他回答专业，有不准确也有很多细节没有提及的地方，不是不想提，是真的不懂。所以这里补充一些专业的回答、指正的链接，这些要科学得多。如果发现前面有错误的地方，一定别宽容，免得误导扩散，所以有时间的话尽管批，能通知俺就更好了，类似的东西都会加在这里，好减轻下俺的负罪感。。航发是个挺有趣的东西，每个细节背后都有大量可探寻的东西，俺也想多学习下。。感谢。。

不知道题主有没有见过那些单缸多缸的柴油机，估计是没有。因为按照这种有问题就大胆问的好习惯，你应该问了另外个问题:柴油机后面为啥会有一个大大的飞轮。

北方常见的单缸柴油机，就是这种，一个大大的飞轮凸在机器外面，它肯定不参与压缩，也不参与燃烧，更不参与膨胀，要驱动它转动还得消耗一定的功，那它是干啥的？ 请题主思考。

要回答这个问题，我们必须回到为啥发动机能够发出动力。

目前我们用的发动机一般是热机，也就是把热能转换为机械能的设备。它的理想物理基础，叫做卡诺循环。以下内容对于具备高中物理水平，学习过理想气体方程的童鞋，应该不算很难。

卡诺循环是一种理想循环，它循环在两个固定的温度下，T1和T2（这就是热力学第二定理的内容，俗称冷不自生，即不能从单一热源吸热来做功，可以理解为热能不能完全转化为机械能，有一部分必须要排放出去。） 它两个有1234四个状态点，3,4在冷源温度T2上，1 2在热源温度T1上，也就说有四个过程：

其中 3-4 是压缩过程，温度不变，体积变小，压力升高；

4-1 是加热过程，温度剧烈升高到热源温度T1；

1-2 是膨胀过程，温度不变，体积变大，压力降低；

2-3 是冷却/排气过程，温度急剧下降到冷源温度T2。

四边形1234围城的面积，就是这个循环所转化出来的机械功，也就是进入循环的热量Q1-循环排出的热量Q2。

这四个过程熟悉吗？ 对了，这不就是活塞发动机的四个冲程吗？

可以说一切热机，都是以上述的卡诺循环为基础。

然后问题就来了，就上面四个冲程，明显只有 膨胀冲程旋转的半圈里面有功率输出，那么前面那个压缩冲程消耗的机械功率是哪里来的？？

两种解决方案：

方法一，找别人借——多缸设计：

通过设计曲轴的角度，让四个缸工作在不同阶段，任一时刻让至少有一个缸工作在做功冲程上，例如上图。这样不就解决了没有功率来源的问题了吗？没错儿，但是我不需要那么多功率，我就需要一个缸怎么办？

方法二：存钱备荒——储能设备。

就跟我们一天只吃两三顿饭，但是身体时时都有能量供应一样（考考你，什么机制在维持你血糖平稳？）。虽然我们只有一个冲程在做功，但是我可以找个东西把功率存起来，供压缩的时候取用。恩，那用什么存储功率呢？ 惯性。惯性能帮我们达到很多目的，你能够跳离地面是因为惯性，柴油机能够存储功率也靠惯性。旋转运动的惯性量度，我们称为转动惯量（问题：直线运动的惯性量度叫啥？？ ）。储存旋转机械能的元件，就是我们前面看到的，飞轮。

原来飞轮是做这个用途的！没有飞轮，单缸柴油机就没法工作了。对于常见的多缸发动机，飞轮也是必要的，他能够有效地平缓功率输出，防止出现系统振动。可能就旋转气缸发动机和缸数较多的星型发动机不需要飞轮。

作为热机先驱的蒸汽机，也是“单缸”的，所以也有一个大大的飞轮。

好了，解决了单缸发动机的飞轮。我们可以来说说喷气发动机了。

首先，喷气机，也是热机。所以，四个过程一个不少。

它跟活塞发动机的不同之处在于：活塞发动机是在一个气缸里面通过不同的时间来完成四个过程，而喷气发动机，是在同一个时间在不同的位置和元器件来分别完成四个过程。

所以，问题还是一样的： 活塞发动机是靠其他气缸或者储存起来的自己的功率来驱动，那喷气发动机压缩过程所需要的功，从哪里来？ 而且它还麻烦一些，因为它输出的是直线加速的空气，没有旋转机械能可以储存呢！

解决方案之一在尾流里面放一个涡轮，提取一些功率，来驱动前面的压气机。

涡轮是目前功率密度最高的工业原动机。对，它本身是一个独立的工业机械。

只要你给它供给高压高温的流体（反力式涡轮），或者高速流体（冲击式涡轮），它就可以给你提供轴功率，原理那就是另外一个题目的事情了。

所以，涡轮的作用，就是从尾流中提取功率，这些功率至少要维持压气机运转所需。

前面说了，涡轮只是解决方案之一。因为我们的目的只是要有功率供给，任何原动机实际上都可以的。你完全可以在喷气机边上放一个柴油机来驱动压气机，这样没有涡轮也可以。

别笑，米国和苏联真有这样的骚操作——大家知道涡轮喷气机是英国和德国发明的，之前大家试验过各种组合方式。

例如苏联搞了个苏-5试验机，就是这么干的。

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不加涡轮发动机旋转的动力哪里来啊兄弟。

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