Turbine khí

Động cơ turbine khí (tiếng Anh - Gas turbine engine) là loại động cơ nhiệt dạng rotor, trong đó không khí là chất giãn nở tạo ra công. Động cơ này gồm ba phần chính: máy nén khí (tiếng Anh: compressor), buồng đốt (loại hở), và turbine. Turbine quay máy nén qua trục động cơ.

So với động cơ nhiệt phổ biến khác như động cơ piston (ví dụ: động cơ diesel hoặc xăng), động cơ turbine khí có nhiều nhược điểm hơn, chẳng hạn như chi phí chế tạo cao do yêu cầu khắt khe về vật liệu và công nghệ sản xuất chính xác (chỉ những quốc gia phát triển như Mỹ, Nga, Đức, Anh, Pháp, Nhật Bản, Trung Quốc, Hàn Quốc mới chế tạo được loại động cơ này). Hiệu suất nhiệt động lực học của nó thấp hơn (khoảng 2/3 so với động cơ diesel), dẫn đến tính kinh tế kém hơn vì tiêu tốn nhiều nhiên liệu, hiệu suất giảm khi chạy ở tốc độ thấp và tiêu hao nhiên liệu lớn. Tuy nhiên, ưu điểm nổi bật của động cơ turbine khí là cung cấp công suất cực mạnh với kích thước nhỏ gọn: chỉ số công suất riêng (mã lực/kg) của nó lớn hơn nhiều lần so với động cơ piston, cho phép máy bay trang bị loại động cơ này bay nhanh hơn. Do đó, động cơ này đã nhanh chóng trở thành một phần quan trọng trong ngành hàng không từ nửa sau thế kỷ XX đến nay. Nó cũng được sử dụng trong sản xuất điện năng (các nhà máy điện khí sử dụng động cơ turbine khí với nhiên liệu khí hóa lỏng để quay máy phát điện).

Nguyên lý hoạt động

Máy nén khí quay làm cho không khí từ cửa hút bị nén lại nhằm tăng áp suất, trong quá trình này, nhiệt độ cũng tăng (không mong muốn). Đây là quá trình gia tăng nội năng của không khí trong máy nén. Sau đó, không khí sẽ đi qua buồng đốt. Tại đây, nhiên liệu được đưa vào để trộn và đốt một phần không khí; quá trình cháy diễn ra dưới dạng gia nhiệt đẳng áp, nơi không khí được làm nóng lên mà không làm tăng áp suất. Thể tích không khí tăng lên đáng kể và với nhiệt độ cao, không khí được đẩy về phía tuốc bin với vận tốc lớn. Tua bin là bộ phận sinh công, nơi không khí giãn nở để sinh công: nội năng chuyển hóa thành cơ năng; áp suất, nhiệt độ và vận tốc không khí giảm, biến thành động năng (dưới dạng mô men xoắn) tại cánh tua bin, tạo ra chuyển động quay cho trục động cơ và máy nén cùng với quạt (trong các động cơ turbofan, turbopropeller và turboshaft) để động cơ tiếp tục hoạt động. Năng lượng còn lại của dòng khí nóng chuyển động với tốc độ cao sẽ tiếp tục sinh công có ích, tùy thuộc vào thiết kế đầu ra của từng loại động cơ: có thể thoát ra phía sau, qua phễu phụt, tạo ra phản lực (nếu là động cơ phản lực); hoặc quay tua bin tự do (tiếng Anh: 'Power Turbine', viết tắt 'PT') để tạo ra công năng hữu dụng cho các loại động cơ tuốc bin khí khác ngoài động cơ phản lực.

Đặc điểm của động cơ tuốc bin khí:

• Động cơ dạng rotor: trong động cơ này, bộ phận sinh công chính là tua bin. Nó tạo ra mô men xoắn bằng cách quay theo một hướng nhất định (có thể đảo chiều) và dẫn động trục động cơ (đóng vai trò là trục đỡ và trục dẫn động) kết nối với nó (giống như động cơ điện). Trong khi đó, với động cơ piston, bộ phận sinh công chính là piston, chuyển động tịnh tiến trong xi lanh. Để chuyển đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay, động cơ piston cần có trục khuỷu, nối với piston qua thanh truyền. Trục khuỷu vừa làm trục đỡ (đỡ piston thông qua thanh truyền và các chi tiết khác) vừa dẫn động (tương tự như trục động cơ của động cơ tuốc bin khí) và còn có vai trò chuyển đổi chuyển động. Trục khuỷu dẫn momen xoắn đến các trục dẫn động khác qua các bộ truyền (như bộ truyền xích, bộ truyền bánh răng, hay hộp số). Điểm chung là cả hai loại động cơ này đều hoạt động nhờ sự giãn nở của dòng không khí sau khi được đốt nóng.

• Động cơ loại hở (tuyến khí hở): không khí từ lối vào máy nén đi qua buồng đốt và ra khỏi tuốc bin đều chảy qua không gian hở, không có vùng kín (như trong động cơ piston, nơi không khí sinh công trong xi lanh là vùng kín được ngăn cách với bên ngoài bằng van xu páp). Tính chất hở này đảm bảo quá trình cháy trong buồng đốt diễn ra dưới dạng cháy đẳng áp (áp suất giữ nguyên); nếu cháy trong không gian kín, áp suất không khí sẽ tăng lên, điều này khiến áp suất trong buồng đốt cao hơn áp suất tại máy nén, có thể làm cho không khí đã gia nhiệt bị thổi ngược lại, gây hư hại cho máy nén.

• Động cơ quá trình liên tục: chu trình nhiệt động lực học của động cơ tuốc bin khí là chu trình Brayton. Về cơ bản, động cơ tuốc bin khí cũng có 4 giai đoạn (hay còn gọi là 4 kỳ): nạp, nén, cháy-giãn nở sinh công và thải, tương tự như động cơ piston. Tuy nhiên, điểm khác biệt là ở động cơ piston, tất cả 4 kỳ diễn ra tại cùng một bộ phận (cụ thể là tại xi lanh) nhưng ở các thời điểm khác nhau, luân phiên theo thứ tự nhưng bị gián đoạn bởi thời gian cần thiết cho piston di chuyển từ điểm chết dưới lên điểm chết trên (kỳ 2, nén) hoặc từ điểm chết trên xuống điểm chết dưới (nửa sau kỳ 3, giãn nở sinh công). Thời gian gián đoạn này khiến quá trình 4 kỳ ở động cơ piston bị gián đoạn. Còn ở động cơ tuốc bin khí, 4 kỳ này diễn ra liên tục nhưng tại các 'khối' khác nhau: tại máy nén là giai đoạn nạp (kỳ 1) và nén không khí (kỳ 2); tại buồng đốt là giai đoạn đốt cháy nhiên liệu (nửa đầu kỳ 3); tại tua bin là giai đoạn giãn nở sinh công của dòng khí nóng (nửa cuối kỳ 3). Sau khi đi qua tuốc bin, dòng khí này được thải ra ngoài (kỳ 4). Nhờ sự 'liên tục' này, công suất của động cơ tuốc bin khí luôn vượt trội hơn so với các loại động cơ nhiệt khác.

Máy nén khí

Máy nén khí là một trong những thành phần chính của động cơ tuốc bin khí, có nhiệm vụ tăng nội năng (áp suất) của không khí, tạo ra áp suất cho đỉnh trên (đỉnh 3 trong đồ thị P-v của chu trình Brayton) để phục vụ cho quá trình giãn nở sinh công (giai đoạn 3-4 trong đồ thị P-v Brayton). Áp suất sau máy nén càng cao thì hiệu suất nhiệt động lực học càng tốt, vì vậy máy nén khí đóng vai trò quyết định trong hiệu suất của động cơ. Các động cơ tuốc bin khí hiện đại yêu cầu tỷ số nén (Áp suất sau máy nén/áp suất trước máy nén) phải đạt từ 10-20. Tất cả các loại máy nén khí trong động cơ tuốc bin khí đều sử dụng rãnh có thiết diện nở ra (diffuser) để chuyển đổi động năng (vận tốc) của dòng không khí thành nội năng (áp suất).

Máy nén khí trong các động cơ tuốc bin khí bao gồm các loại như sau:

• Máy nén ly tâm (tiếng Anh: Centrifugal compressor): không khí từ cửa hút, dưới tác động của lực ly tâm, chạy theo các rãnh khí giữa các cánh ly tâm trên bề mặt máy nén, di chuyển ra bán kính lớn hơn. Máy nén quay tạo ra vận tốc tuyệt đối ngày càng tăng cho không khí. Khi chuyển động ly tâm theo chiều bán kính, các rãnh khí trên bề mặt máy nén ly tâm có dạng thiết diện nở ra (diffuser), giúp giảm vận tốc tương đối và đồng thời tăng áp suất của không khí sau khi nén (động năng giảm, nội năng tăng – theo định luật bảo toàn và chuyển hóa năng lượng). Ưu điểm lớn nhất của loại máy nén này là cấu trúc đơn giản và độ bền cao, giúp tiết kiệm đáng kể chi phí sản xuất và bảo trì. Tuy nhiên, với các động cơ yêu cầu công suất lớn, máy nén ly tâm cần có kích thước rất lớn (theo bán kính) nên không phù hợp và thường được thay thế bằng máy nén dọc trục.

• Máy nén dọc trục (tiếng Anh: Axial-flow compressor), hay còn gọi là máy nén hướng trục: đây là loại máy nén phổ biến nhất trong các động cơ tuốc bin khí hiện nay, nhờ vào hiệu suất và công suất vượt trội so với máy nén ly tâm. Với hình dạng thon dài giống điếu xì gà, loại máy nén này giúp duy trì kích thước nhỏ gọn cho các động cơ. Trong máy nén này, không khí được các đĩa cánh quạt tăng vận tốc tuyệt đối và dẫn dọc trục qua các rãnh khí giữa các cánh quạt. Tương tự như các rãnh khí ở máy nén ly tâm, các rãnh khí giữa các cánh quạt của máy nén dọc trục cũng có thiết diện nở ra (diffuser), giúp giảm vận tốc tương đối và tăng áp suất không khí sau khi nén. Không khí nén ở một tầng sẽ được dẫn hướng và nén tiếp trong các tầng sau. Các máy nén dọc trục cần nhiều tầng cánh vì hiệu suất nén của một tầng đơn lẻ thấp hơn nhiều so với máy nén ly tâm. Các động cơ tuốc bin khí hiện đại thường có từ 6 đến 20 tầng máy nén, giữa các tầng cánh quay có các cánh dẫn hướng cố định gắn vào stator.

• Máy nén ly tâm kết hợp máy nén dọc trục: loại máy nén hỗn hợp này kết hợp ưu điểm của cả hai loại máy nén cơ bản. Nó thường được sử dụng trong động cơ tuốc bin trục (Turboshaft) của máy bay trực thăng.

Buồng đốt

Buồng đốt là phần sinh nhiệt chính trong các động cơ tuốc bin khí. Ống lửa của chúng là loại ống hở, thường từ 7 đến 20 ống, được sắp xếp thành vòng tròn quanh trục động cơ, nằm phía sau máy nén và trước tua bin. Mỗi ống lửa đều có một vòi phun nhiên liệu đặt ở mặt phía trước.

Các ống lửa thường có hình dạng côn, được bố trí so le gối đầu và hàn nối với nhau. Tại các mối hàn có nhiều lỗ nhỏ (đường kính từ 0,5-1mm), không khí từ dòng thứ cấp chảy qua các lỗ này tạo thành lớp khí làm mát bề mặt ống lửa bên trong, bảo vệ ống lửa khỏi nhiệt độ cao. Ngoài ra, trên các đốt ống lửa còn có các lỗ lớn để dòng không khí thứ cấp từ bên ngoài vào, vừa làm chất giãn nở sinh công, vừa giúp làm nguội dòng lửa nóng trước khi vào tuốc bin.

Khi không khí từ máy nén đến các ống lửa, nó sẽ được chia thành hai dòng: dòng khí sơ cấp để đốt cháy nhiên liệu, chiếm khoảng 30% khối lượng khí, và 70% còn lại là dòng khí thứ cấp để làm mát và bảo vệ ống lửa khỏi quá nhiệt, đồng thời làm chất giãn nở sinh công.

Dòng khí sơ cấp đi vào ống lửa qua các khe xoáy ở mặt trước, tạo ra dòng xoáy trộn lẫn với sương nhiên liệu phun từ vòi phun, được đốt mồi bằng bugi (nến điện) trong giai đoạn khởi động. Sau đó, quá trình cháy diễn ra liên tục mà không cần đến nến điện nữa.

Dòng khí thứ cấp bao quanh bên ngoài ống lửa, một phần đi vào các lỗ nhỏ trên mối hàn các đốt ống để vào bên trong, tạo lớp khí làm mát bảo vệ ống lửa khỏi hư hỏng do quá nhiệt. Phần còn lại đi vào các lỗ lớn trên các đốt ống để hòa vào dòng lửa, làm chất giãn nở sinh công và giảm nhiệt độ của dòng lửa trước khi vào tuốc bin. Ở trung tâm, dòng lửa phụt có nhiệt độ lên tới 1500-1600 °C, nhưng khi vào tuốc bin, nhiệt độ chỉ còn khoảng 800-1000 °C.

Mặt sau của ống lửa được thiết kế hở, hướng vuông góc vào đĩa cánh tuốc bin. Cơ cấu buồng đốt hở cho phép quá trình cháy và gia nhiệt diễn ra ở áp suất không đổi: không khí tăng nhiệt độ rất cao, sinh thể tích lớn, tạo vận tốc phụt cao nhưng áp suất tại điểm vào và ra khỏi buồng đốt vẫn như nhau (điểm 2 và điểm 3 trong đồ thị P-v của chu trình Brayton). Điều này cho phép luồng khí nóng chỉ phụt mạnh về phía tuốc bin mà không bị thổi ngược về phía máy nén.

Tuabin

Tuabin chính là phần tạo ra công trong động cơ tuabin khí. Nó chuyển đổi nội năng của dòng khí nóng có áp suất và vận tốc cao thành động năng (dưới dạng mô men xoắn). Khi dòng khí nóng giãn nở và sinh công tại cánh tuabin (các tài liệu kỹ thuật phương Tây gọi là 'cánh tua bin', trong khi tài liệu kỹ thuật Nga gọi là 'lá tua bin'). Khả năng này của tuabin là do thiết diện rãnh khí giữa các cánh tuabin có dạng hội tụ (converge), trái ngược với thiết diện rãnh khí giữa các cánh máy nén (với máy nén dọc trục) hoặc trên bề mặt máy nén (máy nén ly tâm) có dạng nở ra (diffuser). Dạng thiết diện này làm tăng vận tốc tương đối trong các rãnh khí giữa các cánh tuabin và đồng thời giảm áp suất cũng như nhiệt độ của dòng khí.

Việc làm mát của tuabin cần diễn ra liên tục (cả ở cánh và đĩa tuabin) trong suốt quá trình hoạt động, vì đây là bộ phận chịu nhiệt độ cao nhất trong động cơ. Nếu không có hệ thống làm mát liên tục, tuabin rất dễ bị hỏng hoặc thậm chí phá hủy hoàn toàn, dẫn đến tai nạn do quá nhiệt. Vì lý do này, các tuabin (đặc biệt là cánh tuabin) được thiết kế rỗng để cho phép dòng chất làm mát (có thể là chất lỏng hoặc khí, tùy thuộc vào khu vực hoạt động của động cơ) đi vào và làm mát từ bên trong. Thêm vào đó, tuabin cũng phải chịu áp suất lớn và quay với tốc độ cao trong môi trường có tính ăn mòn do nhiệt độ cực kỳ cao.

Tuabin được kết nối với máy nén khí và các phụ tải khác qua trục động cơ. Trong các động cơ máy bay, thường chỉ có các tuabin nối với máy nén khí mà không có tuabin tự do (không nối với máy nén), trong khi các động cơ với công năng khác thường bố trí tuabin tự do để tăng hiệu suất và nâng cao khả năng vận hành của động cơ.

Hệ thống áp suất thấp và cao

Về mặt hiệu suất, lý tưởng nhất là mỗi tầng máy nén sẽ tương ứng với một tầng tuabin quay ở các tốc độ khác nhau (tầng máy nén bên ngoài quay chậm hơn, tầng bên trong quay nhanh hơn). Tuy nhiên, điều này sẽ rất phức tạp trong thiết kế và chế tạo. Vì vậy, để đảm bảo tính hợp lý trong chế tạo và hiệu suất, người ta chia khối máy nén thành hai phần: máy nén áp suất thấp (các tầng phía trước) và máy nén áp suất cao (các tầng phía sau). Tương tự, khối tuabin cũng được chia thành tuabin áp suất cao (các tầng phía trước) và tuabin áp suất thấp (các tầng phía sau). Tuabin áp suất thấp sẽ kết hợp với máy nén áp suất thấp, còn tuabin áp suất cao sẽ kết hợp với máy nén áp suất cao. Như vậy, hai khối máy nén và tuabin này sẽ quay với các tốc độ góc khác nhau, tạo thành hai hệ trục đồng trục: trục áp suất cao bên ngoài và trục áp suất thấp bên trong.

Phân loại

Động cơ tuabin khí là loại động cơ phổ biến nhất và là động cơ chính trong ngành hàng không (số lượng trang bị áp đảo so với động cơ piston). Ngoài ra, chúng cũng được sử dụng cho nhiều mục đích khác như trạm phát điện tuabin khí, tàu chiến tốc độ cao, tàu hỏa, thậm chí là một số loại xe tăng (như xe tăng M1 Abrams của Mỹ).

Động cơ hàng không

Động cơ tuabin khí trong ngành hàng không có khối lượng và kích thước rất quan trọng, vì vậy hầu hết là loại động cơ với máy nén dọc trục và chia thành hai khối áp suất cao và thấp. Đối với động cơ phản lực, chúng còn có thêm các bộ phận quan trọng như phễu phụt (propelling nozzle) và buồng đốt tăng lực.

Đây là loại động cơ tuabin khí kết hợp với cánh quạt bên ngoài để tạo lực đẩy cho máy bay (tiếng Anh: Turbopropeller engine, viết tắt TurboProp; tiếng Nga: Турбовинтовый двигатель, viết tắt ТВД). Loại động cơ này có hiệu suất cao nhất, mang lại tính kinh tế vượt trội trong các động cơ tuabin hàng không, nhưng do sử dụng cánh quạt quay bên ngoài nên vận tốc thấp nhất. Do vậy, nó thường được lắp trên các máy bay lớn cần công suất lớn, tính kinh tế và độ ổn định cao mà không cần tốc độ lớn, như máy bay vận tải Lockheed C-130 Hercules (và biến thể gunship Lockheed AC-130) của Mỹ hay máy bay ném bom hạng nặng Tupolev Tu-95 của Liên Xô/Nga.

Cánh quạt được nối vào trục động cơ qua hộp số giảm tốc. Đặc điểm nổi bật của động cơ này là tuabin vừa là máy nén vừa là tải chính là cánh quạt, do đó tuabin cần được thiết kế để tối ưu hóa năng lượng của dòng khí nóng sau buồng đốt. Với loại động cơ này, dòng khí sau khi ra khỏi tuabin có vận tốc còn rất thấp, với nhiệt độ và áp suất gần như tương đương với môi trường.

Vì cánh quạt nối với trục động cơ nên khi tốc độ thay đổi sẽ tác động mạnh đến chế độ hoạt động của toàn bộ động cơ, dẫn đến tính linh hoạt của loại động cơ này không cao (hiệu suất giảm nhanh chóng khi công suất và tốc độ giảm).

Loại động cơ này cũng được sử dụng cho trực thăng, mô men xoay từ trục động cơ được truyền qua hộp số và chuyển hướng để làm quay cánh quạt nâng nằm ngang trên nóc trực thăng (tiếng Anh: Turboshaft). Sự khác biệt giữa động cơ turboshaft và turbopropeller là turboshaft kết hợp cả hai loại máy nén dọc trục và hướng tâm, trong khi turbopropeller thường chỉ sử dụng một loại, chủ yếu là máy nén dọc trục do kích thước nhỏ gọn và hiệu suất cao mà nó mang lại.

Động cơ tuốc bin phản lực (tiếng Anh: Turbojet engine, viết tắt TurboJet; tiếng Nga: Турбореактивный двигатель, viết tắt ТРД) là loại động cơ tuabin khí sử dụng động năng của dòng khí nóng phụt thẳng về phía sau để tạo ra phản lực đẩy máy bay tiến về phía trước. Đây là loại động cơ chủ yếu trang bị cho máy bay tiêm kích thế hệ thứ nhất và thứ hai. Động cơ này đạt tốc độ cao nhất trong số các loại động cơ tuabin hàng không, điều này rất quan trọng đối với máy bay tiêm kích, nhưng lại có tính kinh tế thấp nhất vì tiêu tốn nhiều nhiên liệu.

Tuabin của loại động cơ này chỉ tận dụng một phần năng lượng của dòng khí nóng sau buồng đốt đủ để quay máy nén khí, phần năng lượng còn lại được phụt thẳng ra ngoài tạo phản lực qua phễu phụt (do đó, hiệu suất của động cơ này không cao).

Các động cơ phản lực cần có thêm một thiết bị gọi là 'phễu phụt' (propelling nozzle) lắp ở phía sau tuabin để tăng tốc độ dòng khí phụt ra ngoài, nhằm tạo ra phản lực đẩy tối ưu. Đối với động cơ sử dụng cho máy bay dưới tốc độ âm thanh, phễu phụt có dạng hội tụ (converge), trong khi đó máy bay siêu âm sẽ dùng phễu phụt siêu âm (hội tụ – nở rộng, còn gọi là phễu phụt De Laval theo tên kỹ sư người Hà Lan).

Là một biến thể của động cơ tuốc bin phản lực, loại này được sử dụng cho máy bay chiến đấu tốc độ cao, đặc biệt là các máy bay tiêm kích, nơi yêu cầu khả năng tăng tốc nhanh chóng. Về cấu tạo, động cơ này tương tự như động cơ tuốc bin phản lực thông thường nhưng có thêm buồng đốt thứ cấp nằm sau tuabin và trước phễu phụt. Buồng đốt này thường được gọi là buồng đốt tăng lực hoặc 'buồng đốt sau' (afterburner). Chỉ máy bay tiêm kích mới trang bị loại động cơ này, và buồng đốt tăng lực chỉ được sử dụng trong thời gian ngắn (tính theo giây) để tăng tốc khi tấn công mục tiêu, tránh tên lửa, hoặc khi cất cánh.

Trong tiếng Anh, loại động cơ này được gọi là turbofan. Đây là động cơ có thiết kế đặc biệt cho cánh quạt ở tầng ngoài cùng của máy nén áp thấp, nhằm lùa và phân chia không khí thành hai dòng: một dòng chảy vào trong động cơ và một dòng chảy vòng qua bên ngoài, tạo ra lực đẩy trực tiếp. Hai dòng khí này hòa trộn tại phễu phụt, vì vậy loại động cơ này được gọi là động cơ hai viền khí (tiếng Anh: two-contour turbojet, tiếng Nga: двухконтурный турбо-двигатель). Đây là giải pháp trung gian giữa động cơ tuốc bin cánh quạt và động cơ tuốc bin phản lực. Hệ số hai viền khí (tiếng Anh: Bypass ratio) m là tỷ lệ thể tích không khí chảy bên ngoài so với không khí bên trong động cơ; đối với động cơ tuốc bin phản lực thuần túy thì m = 0. Hệ số càng lớn thì hiệu suất càng cao, và vận tốc càng thấp; nếu lớn hơn 2, động cơ sẽ không đạt được vận tốc siêu âm. Các động cơ siêu âm có hệ số m nhỏ hơn hoặc bằng 2.

Loại động cơ này được gọi là turbofan trong tài liệu tiếng Anh, nhưng cũng có tài liệu xem turbofan như là động cơ hai viền khí nói chung. Trong khái niệm tổng quát nhất, Động cơ tuốc bin phản lực cánh quạt trong tiếng Anh được gọi là Turbopropeller jet, viết tắt là PropJet hoặc TurboFan; tiếng Nga là Турбовентиляторный реактивный двигатель, viết tắt là ТВРД.

Động cơ phản lực cánh quạt là một nhánh của động cơ hai viền khí, với cánh quạt ngoài được bao bọc bởi vỏ capote ngắn, giúp hai dòng khí bên trong và bên ngoài động cơ không hòa vào nhau. Dễ dàng nhận biết loại động cơ này nhờ vào vỏ capote ngắn tạo ra hai lớp vỏ giật cấp.

Động cơ này có hệ số m cao, thường dao động từ 6 đến 10, nghiêng về tính chất của động cơ cánh quạt. Chúng được sử dụng phổ biến trên hầu hết các máy bay hiện nay, từ máy bay chở khách và vận tải dân dụng (các dòng máy bay của Boeing và Airbus đều trang bị loại động cơ này) cho đến máy bay ném bom hạng nặng như Boeing B-52 Stratofortress, Rockwell B-1 Lancer, và Northrop Grumman B-2 Spirit của Mỹ, hay Tupolev Tu-160 của Nga. Các máy bay tiêm kích từ thế hệ thứ ba cho đến nay, cũng như máy bay trinh sát như Lockheed U-2 và máy bay vận tải Boeing C-17 Globemaster III, đều sử dụng loại động cơ này. Sự phổ biến của động cơ tuốc bin phản lực cánh quạt là nhờ vào hiệu suất cao, công suất lớn, tiêu hao nhiên liệu thấp, và quá trình bảo trì không khác biệt nhiều so với động cơ phản lực thuần.

Động cơ cố định

Ngoài ngành hàng không, động cơ tuốc bin khí cũng được sử dụng cho một số mục đích khác, chẳng hạn như cho hệ động lực của tàu cao tốc hoặc cho các trạm phát điện vào giờ cao điểm.

Do động cơ tuốc bin khí có hiệu suất kém hơn động cơ diesel nhưng lại có công suất rất cao, chúng thường chỉ được sử dụng trong những hoạt động ngắn hạn: các trạm phát điện tuốc bin khí chỉ hoạt động vào giờ cao điểm từ 18h đến 22h, khi nhu cầu điện tăng cao đột biến nhưng chỉ trong thời gian ngắn. Các tàu cao tốc cũng chỉ sử dụng hết công suất của động cơ này khi cần đạt tốc độ tối đa trong khoảng thời gian ngắn.

Với việc được bố trí ở những vị trí không yêu cầu cao về kích thước và trọng lượng, người ta đã kết hợp các chu trình phụ như 'tái tạo' (regeneration), làm lạnh khí nén (intercooling), và tận dụng nhiệt từ khí thải để cải thiện hiệu suất của cụm động cơ tuốc bin khí. Thường thì các cụm động cơ này sử dụng máy nén khí ly tâm vì chúng có hiệu suất cao và cấu tạo đơn giản, giúp giảm thời gian và chi phí sửa chữa so với máy nén dọc trục.

Một đặc điểm nổi bật của động cơ tuốc bin khí ngoài ngành hàng không là có tuốc bin tự do (không gắn với máy nén) để cung cấp năng lượng cho phụ tải chính. Đối với loại động cơ này, các tuốc bin cao áp và thấp áp không sử dụng hết năng lượng từ dòng khí nóng sau buồng đốt; chúng chỉ sử dụng đủ năng lượng để quay các máy nén, phần năng lượng dư thừa sẽ được giãn nở để tạo ra công có ích cho phụ tải chính.

• Động cơ phản lực không khí (jet engine)
• Động cơ tuốc bin phản lực cánh quạt (turbofan engine)
• Động cơ tuốc bin cánh quạt (turboprop engine)
• Động cơ tuốc bin phản lực (turbojet engine)
• Máy bay phản lực (jet aircraft)
• Chu trình Brayton
• Nhiệt động lực học

Liên kết ngoài

• http://www.gasturbineworld.co.uk/rovergasturbine.html Lưu trữ ngày 2023-03-06 tại Wayback Machine
• https://netl.doe.gov/sites/default/files/gas-turbine-handbook/1-1.pdf
• https://publik.tuwien.ac.at/files/PubDat_240372.pdf
• https://freikolben.ch/en/gas-turbines
• https://www.energy.gov/fecm/how-gas-turbine-power-plants-work
• https://www.monografias.com/trabajos108/estudio-del-efecto-del-aislamiento-termico-turbina-gas/estudio-del-efecto-del-aislamiento-termico-turbina-gas
• https://chemicalengineeringworld.com/gas-turbine-working-and-types/
• https://raigap.livejournal.com/1044444.html