4飛機(jī)的動力裝置

1、第二章第二章 民用航空器民用航空器第四節(jié)第四節(jié) 飛機(jī)的動力裝置飛機(jī)的動力裝置航空發(fā)動機(jī)被譽(yù)為航空發(fā)動機(jī)被譽(yù)為“工業(yè)之花工業(yè)之花” 動力裝置是飛機(jī)的核心部分，是飛機(jī)的心臟。動力裝置是指為飛機(jī)飛行提供動力的整個系統(tǒng)，包括發(fā)動機(jī)、輔助動力裝置及其他附件，其中最主要的是發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)的功用：w給飛機(jī)提供推力w驅(qū)動附件：油泵、發(fā)電機(jī)等w提供氣源：供給空調(diào)和增壓等 自從飛機(jī)問世以來的幾十年中，發(fā)動機(jī)得到了迅速的發(fā)展:w早期的低速飛機(jī)上使用的活塞式發(fā)動機(jī)活塞式發(fā)動機(jī)w可以推動飛機(jī)以超音速飛行的噴氣式發(fā)動機(jī)噴氣式發(fā)動機(jī)w運載火箭上可以在外太空工作的火箭發(fā)動機(jī)火箭發(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī)的分類一、活塞式發(fā)動機(jī)主要由氣缸、活

2、塞、連桿、曲軸、氣門機(jī)構(gòu)、螺旋槳減速器、機(jī)匣等組成。 航空活塞發(fā)動機(jī)航空活塞發(fā)動機(jī)基本組成基本組成活塞式發(fā)動機(jī)原理活塞式航空發(fā)動機(jī)大多是四沖程發(fā)動機(jī)，即一個氣缸完成一個工作循環(huán)，活塞在氣缸內(nèi)要經(jīng)過四個沖程，依次是進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程。u進(jìn)氣過程中，活塞下移，進(jìn)氣門打開，油氣混合氣吸入汽缸；u接著活塞上移，進(jìn)氣門關(guān)閉，壓縮氣體；u在壓縮行程末期，電咀跳電火花點火，混合氣很快燃燒，開始膨脹行程，推動活塞向下移動，從而通過連桿帶動曲軸旋轉(zhuǎn)，輸出功率。u最后，在排氣行程中，活塞上移，排氣門打開，廢氣排出外界。工作原理工作原理活塞式發(fā)動機(jī)-工作原理航空活塞式發(fā)動機(jī)是利用汽油與空氣混合，

3、在密閉的容器（氣缸）內(nèi)燃燒，膨脹作功的機(jī)械。活塞式發(fā)動機(jī)必須帶動螺旋槳，由螺旋槳產(chǎn)生推（拉）力。所以，作為飛機(jī)的動力裝置時，發(fā)動機(jī)與螺旋槳是不能分割的。常見的星形發(fā)動機(jī)有5個、7個、9個、14個、18個或24個氣缸不等。在單缸容積相同的情況下，氣缸數(shù)目越多發(fā)動機(jī)功率越大。氣缸安排形式氣缸安排形式螺旋槳 活塞式發(fā)動機(jī)不能單獨驅(qū)動飛機(jī)，它必須驅(qū)動螺旋槳使其相對空氣運動產(chǎn)生拉力從而使飛機(jī)運動。 螺旋槳由葉片組成，葉片的橫斷面相當(dāng)于機(jī)翼的翼型，它相對于空氣運動時，把空氣向后排開，空氣的反作用力給它一個向前的拉力，從而推動飛機(jī)運動。螺旋槳變距螺旋槳變距變距目的 ：根據(jù)需要改變槳葉角,以保持或改變螺旋槳轉(zhuǎn)

4、速，保證較高得螺旋槳效率,防止飛行中產(chǎn)生負(fù)拉力。 螺旋槳變距包括自動變距和操縱變距桿人工變距。螺旋槳順槳、回槳和反槳順槳順槳:當(dāng)雙發(fā)（或多發(fā)）飛機(jī)一發(fā)失效后，為減小螺旋槳的飛行阻力，使槳葉角增加到90度左右。回槳回槳：順槳反過程，一般在發(fā)動機(jī)重新啟動時用。反槳反槳：使槳葉角減小到出現(xiàn)負(fù)槳葉迎角，產(chǎn)生負(fù)拉力，縮短著陸滑跑距離。螺旋槳特點葉尖速度最高n接近音速，產(chǎn)生激波，阻力大增螺旋槳飛機(jī)的最高速度n800公里/小時以下n200到700公里/小時范圍內(nèi)w螺旋槳推進(jìn)效率很高w產(chǎn)生推力的效率比噴氣飛機(jī)大特點特點：耗油低，經(jīng)濟(jì)性好結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)簡單，可靠性好適于低速小型飛機(jī)用途：小型飛機(jī)和輕型直升機(jī)用途

5、：小型飛機(jī)和輕型直升機(jī)二、空氣噴氣式發(fā)動機(jī) 1. 噴氣發(fā)動機(jī)的原理噴氣發(fā)動機(jī)的推力n依靠內(nèi)部氣體的排出n與外部介質(zhì)基本無關(guān)螺旋槳的推力n外部介質(zhì)（空氣）產(chǎn)生推力螺旋槳推進(jìn)和噴氣推進(jìn)螺旋槳推進(jìn)和噴氣推進(jìn)2. 噴氣發(fā)動機(jī)的類型（1 1）渦輪噴氣發(fā)動機(jī)）渦輪噴氣發(fā)動機(jī) （1）與活塞發(fā)動機(jī)相比結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，推力大，（2）推進(jìn)效率高，主要適用于超音速飛行（3）耗油率大，噪聲大渦噴發(fā)動機(jī)剖視示意圖渦噴發(fā)動機(jī)剖視示意圖 （2 2）渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)）渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī) 螺旋槳螺旋槳減速器減速器（2 2）渦槳發(fā)動機(jī)特點）渦槳發(fā)動機(jī)特點 （1）渦輪輸出的功率大于壓氣機(jī)所消耗的功率,大出的部分傳給螺旋槳（2）在一

6、定亞音速范圍內(nèi)，具有較好的經(jīng)濟(jì)性， 發(fā)動機(jī)工作效率比渦輪噴氣發(fā)動機(jī)高的多（4）與渦噴不同之處是渦輪帶動螺旋槳（5）渦槳是對大量大量的空氣施加相對小小的加速產(chǎn)生拉力拉力； 渦噴是對較小量較小量的空氣施加相對大大的加速產(chǎn)生推力推力。渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的全部動力n螺旋槳拉力為主，90%n噴氣產(chǎn)生推力只占10%飛行速度n800公里/小時以下（2 2）渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)）渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī) 優(yōu)點：優(yōu)點：w使用航空煤油w功率遠(yuǎn)比活塞式大(載客量大）用途：中速客機(jī)和支線客機(jī)用途：中速客機(jī)和支線客機(jī)（3 3）渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)）渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī) 渦扇發(fā)動機(jī)組合了渦輪噴氣和渦輪螺槳發(fā)動機(jī)的優(yōu)點。 主要機(jī)件CFM56-7

7、發(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī)（3 3）渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)）渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī) 當(dāng)空氣流經(jīng)渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的前端風(fēng)扇后，分為兩個部分：一路是內(nèi)涵氣流一路是內(nèi)涵氣流，空氣繼續(xù)經(jīng)壓氣機(jī)壓縮，在燃燒室和燃油混合燃燒，燃?xì)饨?jīng)渦輪和噴管膨脹，燃?xì)庖愿咚購奈矅娍谂懦?，產(chǎn)生推力；另一路是外涵氣流另一路是外涵氣流，流經(jīng)風(fēng)扇后的空氣直接通過管道排到機(jī)外（短外涵）或者一直流到尾噴口同內(nèi)涵氣流混合或分別排出（長外涵）外涵道與內(nèi)涵道的流量之比，叫做涵道比，也叫流量比。vm ma a大：涵道比越大，流量越大大：涵道比越大，流量越大v起飛、復(fù)飛推力大起飛、復(fù)飛推力大v效率高，適合高亞音速（效率高，適合高亞音速（M=0.8-0.9M=0

8、.8-0.9）飛行）飛行 v噴氣噪音低，風(fēng)扇噪音大噴氣噪音低，風(fēng)扇噪音大v推力由內(nèi)涵和外涵共同產(chǎn)生，風(fēng)扇是產(chǎn)生正推力的主要部推力由內(nèi)涵和外涵共同產(chǎn)生，風(fēng)扇是產(chǎn)生正推力的主要部件。件。目前目前,民航運輸機(jī)廣泛采用高涵道比的渦扇發(fā)動機(jī)，保證足民航運輸機(jī)廣泛采用高涵道比的渦扇發(fā)動機(jī)，保證足夠的推力和良好的經(jīng)濟(jì)性。夠的推力和良好的經(jīng)濟(jì)性。渦扇式發(fā)動機(jī)特點渦扇式發(fā)動機(jī)特點（4 4）渦輪軸發(fā)動機(jī)）渦輪軸發(fā)動機(jī) 渦輪軸發(fā)動機(jī)包括：燃?xì)獍l(fā)生器和自由渦輪。自由渦輪和燃?xì)獍l(fā)生器渦輪只有氣動聯(lián)系，即流過燃?xì)獍l(fā)生器渦輪的燃?xì)庠衮?qū)動自由渦輪，自由渦輪輸出軸功率。 現(xiàn)代飛機(jī)上的輔助動力裝置（APU）也是一臺小型燃?xì)鉁u輪發(fā)

9、動機(jī)，結(jié)構(gòu)簡單，功能單一。（4 4）渦輪軸發(fā)動機(jī)）渦輪軸發(fā)動機(jī) 3. 噴氣發(fā)動機(jī)的組成發(fā)動機(jī)各個部件功用如下發(fā)動機(jī)各個部件功用如下：進(jìn)氣道：進(jìn)氣道：恢復(fù)盡可能多的自由氣流的總壓，以最小的紊流輸送空氣到壓氣機(jī)并保持飛機(jī)阻力最小。壓氣機(jī)：壓氣機(jī)：通過旋轉(zhuǎn)的葉片對空氣做功，壓縮空氣提高空氣的壓力。燃燒室：燃燒室：空氣和燃油混合、燃燒，將燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能，生成高溫燃?xì)狻u輪：渦輪：燃?xì)庠跍u輪內(nèi)膨脹做功，渦輪功驅(qū)動壓氣機(jī)和附件。噴管：噴管：燃?xì)馔ㄟ^噴管繼續(xù)膨脹，將燃?xì)庖砸欢ǖ乃俣群鸵蟮姆较蚺湃氪髿猓峁┩屏?。壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪稱為：燃?xì)獍l(fā)生器燃?xì)獍l(fā)生器。燃?xì)獍l(fā)生器是各種發(fā)動機(jī)

10、的核心。3. 噴氣發(fā)動機(jī)的組成（1）進(jìn)氣道 在各種狀態(tài)下, 將足夠量的空氣, 以最小的流動損失, 順利地引入壓氣機(jī),并在壓氣機(jī)進(jìn)口形成均勻的流場以避免壓氣機(jī)葉片的振動和壓氣機(jī)失速. （2）壓氣機(jī) 功能：對氣體進(jìn)行壓縮, 提高空氣的壓力, 為燃?xì)馀蛎涀鞴?chuàng)造條件。次要功能：供應(yīng)高壓引氣，冷卻熱部件；熱空氣用于防冰；引氣用于機(jī)艙增壓、空調(diào)、燃油系統(tǒng)。 工作原理工作原理（1）轉(zhuǎn)子由渦輪帶動高速旋轉(zhuǎn)，空氣被連續(xù)不斷地吸入壓氣機(jī)；（2）旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的葉片使空氣加速，增加能量使壓力升高；（3）在隨后的靜子通道中減速（擴(kuò)壓）并將動能轉(zhuǎn)換成壓力。（2）壓氣機(jī) 離心式壓氣機(jī)離心式壓氣機(jī) 軸流式壓氣機(jī)軸流式壓氣機(jī)

11、v定義定義 當(dāng)發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)嚴(yán)重偏離了設(shè)計值，氣流在葉片通道內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重的氣流分離，引起氣流在壓氣機(jī)中忽斷忽續(xù)的、軸向的、周期性的，低頻高幅的振蕩現(xiàn)象。v危害危害 輕微的喘振對飛行安全不會有影響，但會影響發(fā)動機(jī)壽命。 嚴(yán)重的喘振會使性能惡化、振壞、燒壞機(jī)件，引起發(fā)動機(jī)熄火、停車，甚至直接使發(fā)動機(jī)報廢，危及飛行安全。壓氣機(jī)喘振壓氣機(jī)喘振（3）燃燒室 將噴嘴供應(yīng)的燃油和壓氣機(jī)供應(yīng)的空氣混合燃燒釋放熱量，供給渦輪所需的均勻加熱的平穩(wěn)高溫高壓燃?xì)饬?。燃燒室的類型：w多個單管燃燒室w環(huán)管形燃燒室w環(huán)形燃燒室 環(huán)管形燃燒室 環(huán)形燃燒室 （4）渦輪 高溫高壓燃?xì)馀蛎洠瑢崮苻D(zhuǎn)換成渦輪的機(jī)械能，同時驅(qū)動壓氣機(jī)和

12、附件提供功率。 在渦輪螺旋槳和渦輪軸發(fā)動機(jī)它還為螺旋槳和旋翼提供軸功率。（5）尾噴管 主要功用：使從渦輪流出的燃?xì)馀蛎?，加速，以一定的速度和要求的方向排入大氣，得到需要的推力?也可通過反推力裝置改變噴氣方向，產(chǎn)生反推力，縮短飛機(jī)的滑跑距離。反推 反推反推4.渦輪噴氣發(fā)動機(jī)-優(yōu)點和不足優(yōu)點：n噴氣發(fā)動機(jī)重量輕、推力大，適用于高速飛行不足：n耗油大（噴出氣體的速度和溫度）n經(jīng)濟(jì)性差波音747-400飛機(jī)和協(xié)和式飛機(jī)四、發(fā)動機(jī)性能參數(shù)1.發(fā)動機(jī)壓力比 發(fā)動機(jī)壓力比是指低壓渦輪的出口總壓與低壓壓氣機(jī)進(jìn)口總壓之比，同氣流通過發(fā)動機(jī)的加速成比例，對于軸流式壓氣機(jī)的渦扇發(fā)動機(jī)它表征推力，用用 EPR EP

13、R 表示表示2.發(fā)動機(jī)涵道比 發(fā)動機(jī)涵道比：渦扇發(fā)動機(jī)通過外涵的空氣質(zhì)量流量質(zhì)量流量與通過內(nèi)涵的空氣質(zhì)量流量質(zhì)量流量之比。涵道比為：1 左右是低涵道比； 2-3 左右是中涵道比；4 以上是高涵道比。 四、發(fā)動機(jī)性能參數(shù)3.排氣溫度 排氣溫度：渦輪進(jìn)口總溫是發(fā)動機(jī)最重要、最關(guān)鍵的一個參數(shù)， 也是渦輪發(fā)動機(jī)的重要限制參數(shù)，用用EGTEGT表示表示。4.風(fēng)扇轉(zhuǎn)速 高涵道比渦扇發(fā)動機(jī)，常用風(fēng)扇轉(zhuǎn)速n1n1表征推力表征推力。四、發(fā)動機(jī)性能參數(shù)推進(jìn)效率：發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的動能有多少用于推動飛機(jī)。推進(jìn)效率：發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的動能有多少用于推動飛機(jī)。五、發(fā)動機(jī)的安裝位置a 安裝在機(jī)翼上b 吊裝在機(jī)翼下（翼吊布局）c 安裝在機(jī)身尾部（尾吊布局）機(jī)身吊裝機(jī)身吊裝大翼吊裝大翼吊裝翼下和機(jī)尾安裝翼下和機(jī)尾安裝六、輔助動力裝置 機(jī)載輔助動力裝置（APU）用于各類運輸機(jī)上，是建立在一臺小型渦輪發(fā)動機(jī)上的，裝在飛機(jī)機(jī)身尾部。 基于它的能力限制一般在地面工作時，可以提供電源和氣源，用于啟動主發(fā)動機(jī)及飛機(jī)空調(diào)用氣，以使飛機(jī)減少對地面設(shè)備的依賴。 在空中一定高度以后，可以提供電源、氣源。如果飛行高度繼續(xù)增