《渦軸發(fā)動機(jī)》ppt課件

1、第十章渦輪軸發(fā)動機(jī)第十章渦輪軸發(fā)動機(jī)概論概論 根本任務(wù)原理和主要參數(shù)根本任務(wù)原理和主要參數(shù)部件特點(diǎn)部件特點(diǎn) 渦輪軸發(fā)動機(jī)渦輪軸發(fā)動機(jī) 燃?xì)獍l(fā)生器后的燃?xì)饪捎媚苋坑糜隍?qū)動燃?xì)獍l(fā)生器后的燃?xì)饪捎媚苋坑糜隍?qū)動動力渦輪而不在噴管內(nèi)膨脹產(chǎn)生推力動力渦輪而不在噴管內(nèi)膨脹產(chǎn)生推力 動力渦輪軸上輸出的功率可以用來帶動直動力渦輪軸上輸出的功率可以用來帶動直升機(jī)的旋翼和尾槳升機(jī)的旋翼和尾槳第一節(jié)第一節(jié) 概論概論 渦輪軸發(fā)動機(jī)是直升機(jī)的動力安裝。它的主要特點(diǎn)是燃渦輪軸發(fā)動機(jī)是直升機(jī)的動力安裝。它的主要特點(diǎn)是燃?xì)獍l(fā)生器后的燃?xì)馑哂械目捎媚芰繗獍l(fā)生器后的燃?xì)馑哂械目捎媚芰?，幾乎全部經(jīng)過渦，幾乎全部經(jīng)過渦輪軸輸

2、出功率，帶動直升機(jī)的旋翼和尾槳。輪軸輸出功率，帶動直升機(jī)的旋翼和尾槳。 與活塞式發(fā)動機(jī)相比，主要的優(yōu)點(diǎn)：與活塞式發(fā)動機(jī)相比，主要的優(yōu)點(diǎn)：首先是分量輕，首先是分量輕， 體積小。同樣功率為體積小。同樣功率為600kW左右的左右的發(fā)動機(jī)，它的分量還不到活塞式發(fā)動機(jī)的三分之一。大發(fā)動機(jī)，它的分量還不到活塞式發(fā)動機(jī)的三分之一。大功率的發(fā)動機(jī)，它們分量那么懸殊更大，采用渦輪軸發(fā)功率的發(fā)動機(jī)，它們分量那么懸殊更大，采用渦輪軸發(fā)動機(jī)那么更為利。動機(jī)那么更為利。其次是渦輪軸發(fā)動機(jī)其次是渦輪軸發(fā)動機(jī) 沒有往復(fù)運(yùn)動的機(jī)件，所以振沒有往復(fù)運(yùn)動的機(jī)件，所以振動小，噪音小。但必需指出，在單位燃油耗費(fèi)率方面，動小，噪音小。

3、但必需指出，在單位燃油耗費(fèi)率方面，目前與目前與 活塞式發(fā)動機(jī)相比，還有一定的差距?；钊桨l(fā)動機(jī)相比，還有一定的差距。第二節(jié)第二節(jié) 根本任務(wù)原理和主要參數(shù)根本任務(wù)原理和主要參數(shù) 一、自在渦輪式發(fā)動機(jī)一、自在渦輪式發(fā)動機(jī)燃?xì)獍l(fā)生器其中帶動壓氣機(jī)的渦輪叫做燃?xì)獍l(fā)生器其中帶動壓氣機(jī)的渦輪叫做壓氣機(jī)渦輪。在壓氣機(jī)渦輪之后為動壓氣機(jī)渦輪。在壓氣機(jī)渦輪之后為動力力 渦輪，假設(shè)與前面的渦輪在機(jī)械上渦輪，假設(shè)與前面的渦輪在機(jī)械上沒有聯(lián)絡(luò)，稱為自在渦輪。沒有聯(lián)絡(luò)，稱為自在渦輪。自在渦輪經(jīng)過輸出軸輸出功率自在渦輪經(jīng)過輸出軸輸出功率 ， 經(jīng)減經(jīng)減速器速器(通常有體內(nèi)減速器和主減速器通常有體內(nèi)減速器和主減速器)以低轉(zhuǎn)速

4、和大扭矩帶動旋翼，小部分以低轉(zhuǎn)速和大扭矩帶動旋翼，小部分功率經(jīng)過尾槳減速器帶動尾槳。這種功率經(jīng)過尾槳減速器帶動尾槳。這種方式的渦輪軸發(fā)動機(jī)有以下幾方面的方式的渦輪軸發(fā)動機(jī)有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1研制比較方便，前后兩個(gè)部件可分別進(jìn)展，特別研制比較方便，前后兩個(gè)部件可分別進(jìn)展，特別是采用現(xiàn)成的渦輪噴氣發(fā)動機(jī)改型時(shí)，是采用現(xiàn)成的渦輪噴氣發(fā)動機(jī)改型時(shí)， 更為有利；更為有利；2 起動時(shí)只需帶動燃?xì)獍l(fā)生器，所以所需求的起動機(jī)起動時(shí)只需帶動燃?xì)獍l(fā)生器，所以所需求的起動機(jī)功率較?。还β瘦^?。? 自在渦輪的任務(wù)對燃?xì)獍l(fā)生器任務(wù)的影響較少，燃自在渦輪的任務(wù)對燃?xì)獍l(fā)生器任務(wù)的影響較少，燃?xì)獍l(fā)生器的任務(wù)比較穩(wěn)定；

5、氣發(fā)生器的任務(wù)比較穩(wěn)定；4 燃?xì)獍l(fā)生器和旋翼以各自不同的轉(zhuǎn)速任務(wù)，比較有燃?xì)獍l(fā)生器和旋翼以各自不同的轉(zhuǎn)速任務(wù)，比較有利于選擇各自適宜的轉(zhuǎn)速；利于選擇各自適宜的轉(zhuǎn)速；二、定軸式渦輪軸發(fā)動機(jī)二、定軸式渦輪軸發(fā)動機(jī)多級渦輪作為一個(gè)整體向壓氣機(jī)和減速器輪多級渦輪作為一個(gè)整體向壓氣機(jī)和減速器輪 出功率，出功率，相對于自在渦輪工它具有以下優(yōu)點(diǎn)：主要是便于作相對于自在渦輪工它具有以下優(yōu)點(diǎn)：主要是便于作前輸出軸的構(gòu)造上的安排。前輸出軸的構(gòu)造上的安排。渦輪軸發(fā)動機(jī)與渦輪噴氣發(fā)動機(jī)一樣，主要的過程參渦輪軸發(fā)動機(jī)與渦輪噴氣發(fā)動機(jī)一樣，主要的過程參數(shù)依然是渦輪前燃?xì)鉁囟群蛪簲?shù)依然是渦輪前燃?xì)鉁囟群蛪?氣機(jī)增壓比氣機(jī)增

6、壓比K選渦選渦輪軸發(fā)動機(jī)不同于渦輪噴氣發(fā)動機(jī)，主要有以下五輪軸發(fā)動機(jī)不同于渦輪噴氣發(fā)動機(jī)，主要有以下五個(gè)性能參數(shù)。個(gè)性能參數(shù)。1、發(fā)動機(jī)功率、發(fā)動機(jī)功率Ne2、單位功率、單位功率Ns3、功率分量比、功率分量比4、單位燃油耗費(fèi)率、單位燃油耗費(fèi)率5、發(fā)動機(jī)剩余推力、發(fā)動機(jī)剩余推力 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必需經(jīng)過減速器減速后驅(qū)動旋翼。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必需經(jīng)過減速器減速后驅(qū)動旋翼。 直升機(jī)不同飛行形狀所要求的不同功率可以經(jīng)過直升機(jī)不同飛行形狀所要求的不同功率可以經(jīng)過改動旋翼轉(zhuǎn)速和旋翼槳距實(shí)現(xiàn)。改動旋翼轉(zhuǎn)速和旋翼槳距實(shí)現(xiàn)。 旋翼槳葉尺寸很大，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必需經(jīng)過減旋翼槳葉尺寸很大，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必需經(jīng)過減速器減

7、速后驅(qū)動旋翼。速器減速后驅(qū)動旋翼。 旋翼轉(zhuǎn)速改動帶來離心力的很大變化，希望旋翼旋翼轉(zhuǎn)速改動帶來離心力的很大變化，希望旋翼轉(zhuǎn)速恒定，由自在渦輪來驅(qū)動旋翼將極為方便。轉(zhuǎn)速恒定，由自在渦輪來驅(qū)動旋翼將極為方便。 旋翼恒速即自在渦輪恒速，功率的改動那么靠槳旋翼恒速即自在渦輪恒速，功率的改動那么靠槳距改動，相應(yīng)改動燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)。距改動，相應(yīng)改動燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)。第三節(jié)第三節(jié) 部件特點(diǎn)部件特點(diǎn) 一、進(jìn)氣安裝一、進(jìn)氣安裝直升機(jī)的飛行速度較低，壓氣機(jī)進(jìn)口的流速直升機(jī)的飛行速度較低，壓氣機(jī)進(jìn)口的流速總是大于飛行速度。所以進(jìn)氣系統(tǒng)為收斂總是大于飛行速度。所以進(jìn)氣系統(tǒng)為收斂管道的管道的 進(jìn)氣系統(tǒng)。直升機(jī)任務(wù)

8、的環(huán)境，起進(jìn)氣系統(tǒng)。直升機(jī)任務(wù)的環(huán)境，起飛和著陸普通不在專門的機(jī)場上，例如在飛和著陸普通不在專門的機(jī)場上，例如在沙漠、草原、沙漠、草原、 高山等地都有能夠，發(fā)動機(jī)高山等地都有能夠，發(fā)動機(jī)特別容易遭到外物的侵襲。特別容易遭到外物的侵襲。二、壓氣機(jī)二、壓氣機(jī) 在小型渦輪軸發(fā)動機(jī)上采用單級離心或雙級在小型渦輪軸發(fā)動機(jī)上采用單級離心或雙級離心壓氣機(jī)，除了在效率方面的思索和離心離心壓氣機(jī)，除了在效率方面的思索和離心式壓式壓 氣機(jī)所固有的任務(wù)比較穩(wěn)定之外，還有氣機(jī)所固有的任務(wù)比較穩(wěn)定之外，還有三方面的優(yōu)點(diǎn)值得提出，一是構(gòu)造簡單，可三方面的優(yōu)點(diǎn)值得提出，一是構(gòu)造簡單，可降低制造降低制造 和維護(hù)本錢；二是抗外

9、特?fù)魝男院途S護(hù)本錢；二是抗外特?fù)魝男阅鼙容S流式要好得多；三是與軸流式壓氣機(jī)能比軸流式要好得多；三是與軸流式壓氣機(jī)葉片相比，抗葉片相比，抗 高頻疲勞性能比較好，可延伸高頻疲勞性能比較好，可延伸運(yùn)用壽命。運(yùn)用壽命。 三、熄滅室三、熄滅室 對于小型渦輪軸發(fā)動機(jī)的熄滅室，主要存在對于小型渦輪軸發(fā)動機(jī)的熄滅室，主要存在以下兩個(gè)問題：一是供油量小，而噴嘴的出以下兩個(gè)問題：一是供油量小，而噴嘴的出口孔口孔 徑和壓降都不太小。這就限制了噴嘴的徑和壓降都不太小。這就限制了噴嘴的數(shù)目，因此呵斥燃油分布不合要求，導(dǎo)致溫?cái)?shù)目，因此呵斥燃油分布不合要求，導(dǎo)致溫度場極不度場極不 均勻。為此，可采取經(jīng)過發(fā)動機(jī)軸均勻。為

10、此，可采取經(jīng)過發(fā)動機(jī)軸中心甩盤供油的方式。中心甩盤供油的方式。 二是發(fā)動機(jī)的其他各部件尺寸按發(fā)動機(jī)功率二是發(fā)動機(jī)的其他各部件尺寸按發(fā)動機(jī)功率的大小根本上可成比例的減少，而思索到熄的大小根本上可成比例的減少，而思索到熄滅完全滅完全 的程度，燃料在熄滅室中必需有一定的程度，燃料在熄滅室中必需有一定的停留時(shí)間，這樣，熄滅室的長度就不能成的停留時(shí)間，這樣，熄滅室的長度就不能成比例地縮短。由此而引起對熄滅室壁面冷卻比例地縮短。由此而引起對熄滅室壁面冷卻的負(fù)擔(dān)和渦輪軸的長度添加，使剛性變差。的負(fù)擔(dān)和渦輪軸的長度添加，使剛性變差。為此常采用回流式的熄滅室。這種構(gòu)造還便為此常采用回流式的熄滅室。這種構(gòu)造還便于

11、檢查熱部件任務(wù)的情況，對維護(hù)工于檢查熱部件任務(wù)的情況，對維護(hù)工 作有利。作有利。 四、渦輪四、渦輪 小型渦軸發(fā)動機(jī)的渦輪，與壓氣機(jī)類似，二小型渦軸發(fā)動機(jī)的渦輪，與壓氣機(jī)類似，二次流動損失大，當(dāng)前小型軸流式渦輪，主要次流動損失大，當(dāng)前小型軸流式渦輪，主要的也的也 是冷卻問題。高壓級葉片尺寸小，而冷是冷卻問題。高壓級葉片尺寸小，而冷卻流路的縫隙不能夠按比例減少，其結(jié)果使卻流路的縫隙不能夠按比例減少，其結(jié)果使得占相當(dāng)?shù)谜枷喈?dāng) 大比例的空氣流量不能參與作功，大比例的空氣流量不能參與作功，用于冷卻。這樣會影響發(fā)動機(jī)方面的性能。用于冷卻。這樣會影響發(fā)動機(jī)方面的性能。在這方面當(dāng)前在這方面當(dāng)前 努力的方向是在

12、占一定比例的努力的方向是在占一定比例的冷卻空氣流量下，提高它的冷卻效果，從而冷卻空氣流量下，提高它的冷卻效果，從而使渦輪前燃?xì)鉁囟仁箿u輪前燃?xì)鉁囟?有能夠作進(jìn)一步提高。有能夠作進(jìn)一步提高。 五、排氣噴管五、排氣噴管 動力渦輪后的燃?xì)馄胀ㄒ廊痪哂休^高的流速，動力渦輪后的燃?xì)馄胀ㄒ廊痪哂休^高的流速，而靜壓低于外界大氣壓。這是渦輪任務(wù)的需而靜壓低于外界大氣壓。這是渦輪任務(wù)的需求求 ，可添加軸的輸出功率。氣流經(jīng)過排氣噴，可添加軸的輸出功率。氣流經(jīng)過排氣噴管，其靜壓提高，流速管，其靜壓提高，流速 降低，到噴管的出口降低，到噴管的出口時(shí)，時(shí)， 在靜壓等于外界大氣壓的條件下，以相在靜壓等于外界大氣壓的條件下

13、，以相當(dāng)?shù)偷牧魉倥懦鐾饨?。所以，排氣噴管是起?dāng)?shù)偷牧魉倥懦鐾饨?。所以，排氣噴管是起擴(kuò)壓的作擴(kuò)壓的作 用。減少噴管的擴(kuò)壓損失，也就意用。減少噴管的擴(kuò)壓損失，也就意味著力渦輪能獲得更多的功。味著力渦輪能獲得更多的功。六、減速器六、減速器動力渦輪的轉(zhuǎn)速較高，而旋翼的轉(zhuǎn)速較低，相動力渦輪的轉(zhuǎn)速較高，而旋翼的轉(zhuǎn)速較低，相差近百倍，因此就要有減速器。由于減速比差近百倍，因此就要有減速器。由于減速比大大 ，要有多級減速，才干實(shí)現(xiàn)功率的傳送。，要有多級減速，才干實(shí)現(xiàn)功率的傳送。在構(gòu)造上，通常分體內(nèi)減速器和主減速器。在構(gòu)造上，通常分體內(nèi)減速器和主減速器。前者被前者被 以為是發(fā)動機(jī)的一個(gè)組成部件，后者以為是發(fā)動機(jī)

14、的一個(gè)組成部件，后者被以為是獨(dú)立于發(fā)動機(jī)的一個(gè)部件。對于多被以為是獨(dú)立于發(fā)動機(jī)的一個(gè)部件。對于多發(fā)安裝，那么發(fā)安裝，那么 多個(gè)發(fā)動機(jī)共同合用一個(gè)主減多個(gè)發(fā)動機(jī)共同合用一個(gè)主減速器。對減速器，除了任務(wù)可靠之外，主要速器。對減速器，除了任務(wù)可靠之外，主要的要求是分量輕和的要求是分量輕和 效率高。效率高。要求減輕減速器的分量要求減輕減速器的分量 非常重要的問題之一。非常重要的問題之一。 七、調(diào)理規(guī)律七、調(diào)理規(guī)律1自在渦輪式自在渦輪式 對渦輪軸發(fā)動機(jī)最大任務(wù)形狀的調(diào)理，假設(shè)采用燃對渦輪軸發(fā)動機(jī)最大任務(wù)形狀的調(diào)理，假設(shè)采用燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)速氣發(fā)生器轉(zhuǎn)速N1作為被調(diào)參數(shù)，那么可取作為被調(diào)參數(shù)，那么可取 供油量

15、供油量Gf作為調(diào)理作用量。作為調(diào)理作用量。 供油量添加，意味著渦輪前燃?xì)鉁囟忍砑?，燃?xì)獍l(fā)供油量添加，意味著渦輪前燃?xì)鉁囟忍砑?，燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)速生器轉(zhuǎn)速N1上升，這時(shí)候自在渦輪轉(zhuǎn)速也相應(yīng)上升。上升，這時(shí)候自在渦輪轉(zhuǎn)速也相應(yīng)上升。當(dāng)旋翼的槳距角當(dāng)旋翼的槳距角增大時(shí)，旋翼上的氣動扭矩添加。增大時(shí)，旋翼上的氣動扭矩添加。假設(shè)要維持轉(zhuǎn)速假設(shè)要維持轉(zhuǎn)速N2不不 變，那么所需功率也要增大。變，那么所需功率也要增大。 實(shí)踐情況，兩個(gè)參數(shù)相互間是有牽連的。所以，普實(shí)踐情況，兩個(gè)參數(shù)相互間是有牽連的。所以，普通說一個(gè)調(diào)理作用量只能調(diào)理通說一個(gè)調(diào)理作用量只能調(diào)理 一個(gè)被調(diào)參數(shù)。一個(gè)被調(diào)參數(shù)。 七、調(diào)理規(guī)律七、調(diào)理規(guī)律

16、1自在渦輪式自在渦輪式 對渦輪軸發(fā)動機(jī)最大任務(wù)形狀的調(diào)理，假設(shè)采用燃對渦輪軸發(fā)動機(jī)最大任務(wù)形狀的調(diào)理，假設(shè)采用燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)速氣發(fā)生器轉(zhuǎn)速N1作為被調(diào)參數(shù)，那么可取作為被調(diào)參數(shù)，那么可取 供油量供油量Gf作為調(diào)理作用量。作為調(diào)理作用量。 供油量添加，意味著渦輪前燃?xì)鉁囟忍砑樱細(xì)獍l(fā)供油量添加，意味著渦輪前燃?xì)鉁囟忍砑?，燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)速生器轉(zhuǎn)速N1上升，這時(shí)候自在渦輪轉(zhuǎn)速也相應(yīng)上升。上升，這時(shí)候自在渦輪轉(zhuǎn)速也相應(yīng)上升。當(dāng)旋翼的槳距角當(dāng)旋翼的槳距角增大時(shí)，旋翼上的氣動扭矩添加。增大時(shí)，旋翼上的氣動扭矩添加。假設(shè)要維持轉(zhuǎn)速假設(shè)要維持轉(zhuǎn)速N2不不 變，那么所需功率也要增大。變，那么所需功率也要增大。 實(shí)踐

17、情況，兩個(gè)參數(shù)相互間是有牽連的。所以，普實(shí)踐情況，兩個(gè)參數(shù)相互間是有牽連的。所以，普通說一個(gè)調(diào)理作用量只能調(diào)理通說一個(gè)調(diào)理作用量只能調(diào)理 一個(gè)被調(diào)參數(shù)。一個(gè)被調(diào)參數(shù)。2定軸式定軸式 功率匹配：功率匹配： 直升機(jī)大多采用多臺發(fā)動機(jī)，它們驅(qū)動共直升機(jī)大多采用多臺發(fā)動機(jī)，它們驅(qū)動共同的旋翼。同的旋翼。 所以希望每臺發(fā)動機(jī)的輸出功率一樣即功所以希望每臺發(fā)動機(jī)的輸出功率一樣即功率匹配，這對直升機(jī)的強(qiáng)度是有利的。率匹配，這對直升機(jī)的強(qiáng)度是有利的。 匹配最大原理：假設(shè)運(yùn)用兩臺發(fā)動機(jī)，將匹配最大原理：假設(shè)運(yùn)用兩臺發(fā)動機(jī)，將兩臺發(fā)動機(jī)的扭矩做比較。輸出扭矩大的兩臺發(fā)動機(jī)的扭矩做比較。輸出扭矩大的發(fā)動機(jī)不做改動，

18、輸出扭矩小的發(fā)動機(jī)將發(fā)動機(jī)不做改動，輸出扭矩小的發(fā)動機(jī)將添加燃油流量，增大輸出扭矩，直到與扭添加燃油流量，增大輸出扭矩，直到與扭矩大的發(fā)動機(jī)相等。這稱為匹配最大原理，矩大的發(fā)動機(jī)相等。這稱為匹配最大原理，它可以防止扭矩負(fù)載分配回路將好的發(fā)動它可以防止扭矩負(fù)載分配回路將好的發(fā)動機(jī)功率減少去匹配功率遭到限制的發(fā)動機(jī)。機(jī)功率減少去匹配功率遭到限制的發(fā)動機(jī)。為直升機(jī)提供動力的多臺發(fā)動機(jī)輸出扭矩相加，為直升機(jī)提供動力的多臺發(fā)動機(jī)輸出扭矩相加，并且與預(yù)定的扭矩限制值比較。假設(shè)總扭矩超并且與預(yù)定的扭矩限制值比較。假設(shè)總扭矩超限，將同時(shí)減少各臺發(fā)動機(jī)的燃油流量減少輸限，將同時(shí)減少各臺發(fā)動機(jī)的燃油流量減少輸出扭矩。出扭矩。自在渦輪動力渦輪轉(zhuǎn)速調(diào)理器，一直堅(jiān)持自在渦輪動力渦輪轉(zhuǎn)速調(diào)理器，一直堅(jiān)持動力渦輪轉(zhuǎn)速等于選的基準(zhǔn)值，用于堅(jiān)持旋翼動力渦輪轉(zhuǎn)速等于選的基準(zhǔn)值，用于堅(jiān)持旋翼轉(zhuǎn)速恒定。轉(zhuǎn)速恒定。排氣溫度限制器堅(jiān)持渦輪溫度不超限。排氣溫度限制器堅(jiān)持渦輪溫度不超限。 可用功率軸功率桿和負(fù)載要求軸槳距桿可用功率軸功率桿和負(fù)載要求軸槳距桿 直升機(jī)有可用功率軸和負(fù)載要求軸，方式上類似于普通發(fā)直升機(jī)有可用功率軸和負(fù)載要求軸，方式上類似于普通發(fā)動機(jī)的功率桿和停車桿，但功能不同。動機(jī)的功率桿和停車桿，但功能不同。 直升機(jī)的可用