燃气涡轮发动机工作循环过程

燃气涡轮发动机本质上是一种热力发动机，用空气作为提供推力的工作流体。为达此目的，必须将通过发动机的空气加速；这意味着增加空气的速度及动能。为了达到这种增加，首先要增加压力能，继之加入热能，最后，再以高速喷气流的形式转变成动能。

燃气涡轮发动机的工作循环类似于4冲程活塞发动机。然而，在燃气涡轮发动机中，燃烧在等压下进行，而在活塞发动机中，燃烧时体积不变。这两种发动机循环（图1）表明每一种循环里都有进气、压缩、燃烧和排气。这些过程在活塞发动机中是间歇性的，而在燃气涡轮中是连续进行的。活塞发动机只有一个冲程用于产生功率，其余冲程用于工作流体的充填、压缩和排放。相反，涡轮发动机取消了三个“不做功”冲程，因而能在更短时间内燃烧更多的燃油；所以，就一给定尺寸的发动机而言，它产生更大的功率输出。

图1  涡轮喷气发动机和活塞发动机工作循环比较

由于涡轮发动机的连续作用和燃烧室不是一个封闭空间这一事实，在燃烧过程中，空气压力不象在活塞发动机中那样上升，而其体积却要增加。这种过程称之为等压加热。在这些状态下，没有峰值压力或波动压力要承受。而活塞发动机的峰值压力超过1000磅／平方英寸。就是这些峰值压力使活塞发动机必须采用结构笨重的气缸和高辛烷值燃油。相反，低辛烷值燃油和轻结构的燃烧室用于涡轮发动机。

图2用最简单的形式表示了燃气涡轮发动机运行的工作循环。也即在压力-体积图上画出来的循环。点A表示大气压下的空气，它沿AB线得到压缩。从B到C靠引入燃油并在等压下燃烧向空气加热，因而空气的体积增加很多。燃烧室中的压力损失用B和C间的压降表示。从C到D表示燃烧产生的燃气通过涡轮和喷管膨胀并且排入大气。在循环的这一部分，膨胀燃气中的部分能量靠涡轮转变成机械功率；其余的能量，在它排入大气时提供推进喷气流。

因为涡轮喷气发动机是热力发动机，燃烧温度愈高，燃气膨胀得愈多。然而，燃烧温度必须不超过涡轮部件的设计和材料所适合的涡轮燃气进口温度值。

在涡轮部件中使用气冷工作叶片允许更高的燃气温度，从而得到更高的热效率。