燃气涡轮发动机

燃气涡轮发动机（Gas turbine engine或Combustion turbine engine）或称燃气轮机，英文简称GTE，是属于热机的一种发动机。燃气轮机可以是一个广泛的称呼，基本原理大同小异，包括涡轮喷射发动机、涡轮扇发动机、涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨发动机等等都包含在内。常见燃气轮机的配置如下图所示：

上图所示即为常见的燃气轮机配置，从上至下依次分别为：

涡轮喷气发动机(turbojet)
涡轮螺旋桨发动机(turboprop)
涡轮轴发动机(turboshaft)，常用于发电
高旁通涡轮风扇发动机(high-bypass turbofan)
低旁通加力燃烧涡轮风扇发动机(low-bypass afterburning turbofan)

组成部分

燃气涡轮机主要由压气机（compressor）、燃烧室（combustion chamber）及涡轮（turbine）等部分构成。新鲜空气由进气道进入燃气轮机后，首先由压缩器加压成高压气体，接着由喷油嘴喷出燃油与空气混合后在燃烧室进行燃烧成为高温高压气体，然后进入涡轮段推动涡轮，将热能转换成机械能输出，最后的废气由排气管排出。而由涡轮输出的机械能中，一部分会用来驱动压缩器，另一部分则经由传动轴输出，用以驱动我们希望驱动的机构如发电机、传动系统等。

压气机（compressor）是燃气轮机中的重要部件，负责对气流做功，压缩气体体积，提高气流的压力。一般燃气轮机压气机按工作原理可分为轴流式压气机和离心式压气机。

轴流式压气机，通常指压气机（Axial compressor），是一种被广泛应用于燃气涡轮发动机的压缩气体的设备。压气机能够持续高效率的对轴向流动的空气进行增压，因此是大多数喷气发动机中的重要组成部分。压气机通常由多级组成，每一级压气机包括一排转子和一排静子。转子通过旋转时和静子的相互作用而对空气增压。
单级离心压气机主要由进气道（Inlet）、叶轮（Impeller）、扩压器（diffuser）、出气蜗壳（Volute）四部分组成。离心压气机的特点是单级增压比高，稳定工作范围广，具有较好的抗腐蚀能力，能用单级离心压气机实现多级轴流压气机的增压效果，因此采用离心压气机的航空发动机具有体积小、重量轻、结构简单、转子刚性较佳、维修性好等优点，缺点是单位迎风面积的气流流量小。工程上常采用两级离心式压气机串联的形式。

失速与喘振

旋转失速是指一个或几个叶片通道尺度的低速团以低于转子转速的速度在周向上的旋转，在这个过程中压气机整个截面的流量基本保持不变；而喘振则是指压气机整个截面的流量大幅值轴向振荡的一种不稳定现象。

喘振是一种航空发动机在使用中较为特殊的情况，当发动机严重偏离设计工作状态，压气机前后流通能力不匹配时就会出现叶片边界的流动分离现象，甚至转变为旋转失速直至喘振状态。压气机存在两种形式的失速: 一种为单个叶片失速，另一种为旋转失速。最常见的是旋转失速，这种失速由某些只包含少量叶片失速槽道形成的区域组成，并且沿着转子的绝对转动方向以小于转子的转速转动。轴流压气机发生旋转失速之前往往先出现转子叶尖失速。失速可以是突发的，也可以是渐进的，可以有多个失速气团，这些气团可能覆盖部分或全部叶高，而且一个失速气团可能覆盖多个叶片。喘振就是全部压缩系统不稳定并且在此期间通过整个压气机的平均流量发生脉动的流动状态。喘振这种特殊情况的出现，表明发动机工作状态发生波动，气流时断时续，内部压力明显增加［2］。如果飞机在正常飞行中，发动机出现喘振现象，燃气温度迅速升高，发动机转速下降，严重情况下可能导致发动机停止运行。