噴氣推進/熱力迴圈

燃氣輪機基於布雷頓迴圈。

所有噴氣發動機和燃氣輪機都是熱機，將熱能轉化為有用功。有用功可以是機械功率的形式，例如來自軸，該軸可用於驅動螺旋槳，車輛，泵，發電機或任何其他機械裝置。在噴氣發動機應用中，功用於產生壓縮空氣和燃燒產物，然後加速這些產物以提供反作用推力。

效率

表 2.1：效率定義
名稱	定義	公式	符號	典型範圍
熱效率	輸入熱能與輸出功的比率。		η_Th	5%-50%
推進效率	傳遞給車輛的功與發動機總輸出功的比率；傳遞給發動機的總機械能的推進功。		η_Pr	5-40%
燃燒效率	輸入化學能與輸出熱能的比率		η_Co	90-99%

熱力迴圈

布雷頓迴圈

布雷頓迴圈是燃氣輪機使用的基本恆壓氣體加熱迴圈。它包括

0-2：等熵壓縮

2-3：恆壓加熱

3-4：等熵膨脹

4-0：恆壓冷卻（在開式迴圈燃氣輪機中不存在）

衝壓式發動機迴圈

衝壓式發動機使用開放式布雷頓迴圈。在下圖中，顯示了二維超音速進氣道，其下游是發散式亞音速擴散器。然後將燃料注入壓縮空氣中，並蒸發，產生在達到火焰前沿時被點燃的混合物。火焰穩定器提供穩定火焰所需的湍流迴圈，因為爆燃速度通常遠小於燃燒室中空氣的平均速度（<10 m/s）。然後燃燒產物透過噴嘴排出。

為了理解如何產生推力，如果我們假設燃料的流動與空氣質量相比可以忽略不計，那麼排氣流將以與輸入流大致相同的馬赫數流動。然而，排氣的總溫度要高得多，排氣速度將相應地高於輸入速度。這種速度（和動量）的差異產生了推力。

進氣道-擴散器中的溫度升高與自由流馬赫數 $M_{0}$ 有關。

{\frac {T_{2}}{T_{0}}}=1+{\frac {\gamma -1}{2}}M_{0}^{2}

如果燃燒室中的溫度升高很小，則可以達到最大效率。

$\eta ={\frac {[(\gamma -1)/2]M_{0}^{2}}{1+[(\gamma -1)/2]M_{0}^{2}}}$

其中

\gamma =c_{p}/c_{v}\approx 1.4

是空氣的比熱容比。

衝壓式發動機在亞音速下效率低下，並且其效率在超音速下提高。

在高超音速下，壓縮和解離過程使完全擴散變得不那麼吸引人，並且正在研究超音速燃燒。一個超燃衝壓發動機將空氣減速至低超音速，然後燃燒高火焰速度燃料，例如氫氣或甲烷。

渦噴發動機迴圈

在排氣中新增一個由渦輪驅動的衝壓式發動機壓縮機，可以提高燃燒室入口溫度，並隨之提高可能的熱效率。然而，渦輪處理的溫度有限，因此最大功率也受到限制。

在下面的T-S 圖中，壓縮機的存在使我們能夠提高燃燒室入口溫度 (3)。燃燒室段的升高增加了循環面積和熱效率。

增加一個加力燃燒室 (5-6) 可以增加推力，從下面所示圖表的面積增加可以看出。加力燃燒室加力燃燒室在更高的熵範圍內執行，並且比基本渦噴發動機的效率低。

渦扇發動機迴圈

一個渦扇發動機將核心流的一部分壓力能轉移到一個風扇上，該風扇推動更大的質量流，從而提供推力和推進效率的提升。

渦扇發動機通常有兩個或三個軸。由於風扇的直徑更大，因此與直徑較小的壓縮機相比，可以在較低的轉速下獲得相同的葉尖速度，因此需要兩個軸。另一種方法是使用變速箱來降低軸速，這種方法在一些較小的渦扇發動機中使用。然而，在大多數渦扇發動機中，使用多級低壓渦輪以較小的級負荷和較低的切向速度提取相同的能量。直徑較小的高壓壓縮機由一個或兩個渦輪級驅動，其切向速度高於低壓渦輪。

迴圈損失

壓縮過程中會產生幾種損失機制

衝擊

分離

葉尖間隙

密封間隙

阻塞

渦旋