涡轮

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。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（例如空气或水），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。风车与水车这类的装置，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）。有些涡轮发动机本身具有多组扇叶，其中部分是用于自流体汲取动力，部分是用于推动流体，二者不能混为一谈。举例来说在大部分的涡轮扇发动机与涡轮螺旋桨发动机中，位于燃烧室之前的扇叶实际的作用是用于加压进气，因此应被视为是一种压缩机。真正的涡轮机部分是位于燃烧室后方的扇叶，被燃烧后的排气推动产生动力，再透过传动轴将力量输送至主扇叶（涡轮扇发动机）或螺旋桨（涡轮螺旋桨发动机）处，推动其运转。涡轮增压引擎是利用涡轮将空气压缩后强制送入汽缸内，因此汽缸中的压力必然是属于正压，也就是高于一个大气压力之上。以汽车涡轮为例，涡轮的作用虽然是将空气压缩后送入汽缸内，但驱动涡轮的力量却是来自于引擎排出的废气，当引擎转速逐渐提升后，废气排出的力量便会增大，涡轮转速也会相对的提高，这时候送入引擎的空气也就会更加处于高压缩状态。不过当引擎处于中低转速时，由于汽缸排出的废气还不足以使涡轮达到最大的增压状态，因此这时候尽管踩下油门踏板，引擎也无法发挥应有的增压效果，这样的现象也就是一般所谓的“涡轮迟滞”，也就是turbo lag。关于涡轮增压引擎的运转过程，进气温度也是攸关增压反应与动力输出的重要环节。由于空气在压缩后会导致温度提高，进气温度一旦过高，除了会影响到引擎的燃烧效率，也有可能会导致爆震的现象产生。为了解决空气在压缩后温度提高的问题，大多数涡轮增压引擎都会在涡轮与引擎之间装设一个用来冷却空气的装置。由于涡轮的动力是来自于引擎排出的废气，所以只要引擎持续排出废气，涡轮便会一直处于增压的状态，但是引擎并非随时都需要涡轮送入高压空气，而且涡轮在增压时也必须要有一定的上限，否则送入引擎的空气如果压力过高，便很可能会导致内部机件损毁，严重甚至会有引擎爆炸的危险。至于维持涡轮增压的装置，原厂引擎通常是在涡轮上装设一个“泄压阀”，一旦压力超过了预设值之后，泄压阀便会自动开启，一来可避免涡轮持续增压，二来则是使涡轮能够维持在预设的增压值。