渦軸發(fā)動機課件

第十章渦輪軸發(fā)動機第十章渦輪軸發(fā)動機1概論

基本工作原理和主要參數(shù)部件特點概論2渦輪軸發(fā)動機

燃氣發(fā)生器后的燃氣可用能全部用于驅(qū)動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升機的旋翼和尾槳渦輪軸發(fā)動機3渦軸發(fā)動機課件4第一節(jié)概論渦輪軸發(fā)動機是直升機的動力裝置。它的主要特點是燃氣發(fā)生器后的燃氣所具有的可用能量，幾乎全部通過渦輪軸輸出功率，帶動直升機的旋翼和尾槳。與活塞式發(fā)動機相比，主要的優(yōu)點： 首先是重量輕，體積小。同樣功率為600kW左右的發(fā)動機，它的重量還不到活塞式發(fā)動機的三分之一。大功率的發(fā)動機，它們重量則懸殊更大，采用渦輪軸發(fā)動機則更為利。 其次是渦輪軸發(fā)動機沒有往復(fù)運動的機件，所以振動小，噪音小。但必須指出，在單位燃油消耗率方面，目前與活塞式發(fā)動機相比，還有一定的差距。第一節(jié)概論渦輪軸發(fā)動機是直升機的動力裝置。它的主要特點是5第二節(jié)基本工作原理和主要參數(shù)

一、自由渦輪式發(fā)動機燃氣發(fā)生器其中帶動壓氣機的渦輪叫做壓氣機渦輪。在壓氣機渦輪之后為動力渦輪，如果與前面的渦輪在機械上沒有聯(lián)系，稱為自由渦輪。自由渦輪通過輸出軸輸出功率，經(jīng)減速器(通常有體內(nèi)減速器和主減速器)以低轉(zhuǎn)速和大扭矩帶動旋翼，小部分功率通過尾槳減速器帶動尾槳。這種形式的渦輪軸發(fā)動機有以下幾方面的優(yōu)點：第二節(jié)基本工作原理和主要參數(shù)一、自由渦輪式發(fā)動機61研制比較方便，前后兩個部件可分別進行，特別是采用現(xiàn)成的渦輪噴氣發(fā)動機改型時，更為有利；2起動時只要帶動燃氣發(fā)生器，所以所需要的起動機功率較?。?自由渦輪的工作對燃氣發(fā)生器工作的影響較少，燃氣發(fā)生器的工作比較穩(wěn)定；4燃氣發(fā)生器和旋翼以各自不同的轉(zhuǎn)速工作，比較有利于選擇各自合適的轉(zhuǎn)速；1研制比較方便，前后兩個部件可分別進行，特別是采用現(xiàn)成的渦7二、定軸式渦輪軸發(fā)動機多級渦輪作為一個整體向壓氣機和減速器輪出功率，相對于自由渦輪工它具有以下優(yōu)點：主要是便于作前輸出軸的結(jié)構(gòu)上的安排。渦輪軸發(fā)動機與渦輪噴氣發(fā)動機一樣，主要的過程參數(shù)仍然是渦輪前燃氣溫度和壓氣機增壓比πK選渦輪軸發(fā)動機不同于渦輪噴氣發(fā)動機，主要有以下五個性能參數(shù)。1、發(fā)動機功率Ne2、單位功率Ns3、功率重量比4、單位燃油消耗率5、發(fā)動機剩余推力二、定軸式渦輪軸發(fā)動機8發(fā)動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必需經(jīng)過減速器減速后驅(qū)動旋翼。

直升機不同飛行狀態(tài)所要求的不同功率可以通過改變旋翼轉(zhuǎn)速和旋翼槳距實現(xiàn)。旋翼槳葉尺寸很大，發(fā)動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必需經(jīng)過減速器減速后驅(qū)動旋翼。旋翼轉(zhuǎn)速改變帶來離心力的很大變化，希望旋翼轉(zhuǎn)速恒定，由自由渦輪來驅(qū)動旋翼將極為方便。旋翼恒速即自由渦輪恒速，功率的改變則靠槳距改變，相應(yīng)改變?nèi)細獍l(fā)生器轉(zhuǎn)速實現(xiàn)。發(fā)動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必需經(jīng)過減速器減速后驅(qū)動旋翼。9第三節(jié)部件特點

一、進氣裝置直升機的飛行速度較低，壓氣機進口的流速總是大于飛行速度。所以進氣系統(tǒng)為收斂管道的進氣系統(tǒng)。直升機工作的環(huán)境，起飛和著陸一般不在專門的機場上，例如在沙漠、草原、高山等地都有可能，發(fā)動機特別容易受到外物的侵襲。第三節(jié)部件特點一、進氣裝置10二、壓氣機在小型渦輪軸發(fā)動機上采用單級離心或雙級離心壓氣機，除了在效率方面的考慮和離心式壓氣機所固有的工作比較穩(wěn)定之外，還有三方面的優(yōu)點值得提出，一是結(jié)構(gòu)簡單，可降低制造和維護成本；二是抗外特擊傷的性能比軸流式要好得多；三是與軸流式壓氣機葉片相比，抗高頻疲勞性能比較好，可延長使用壽命。

二、壓氣機11三、燃燒室對于小型渦輪軸發(fā)動機的燃燒室，主要存在以下兩個問題：一是供油量小，而噴嘴的出口孔徑和壓降都不太小。這就限制了噴嘴的數(shù)目，因而造成燃油分布不合要求，導(dǎo)致溫度場極不均勻。為此，可采取通過發(fā)動機軸中心甩盤供油的方式。二是發(fā)動機的其他各部件尺寸按發(fā)動機功率的大小基本上可成比例的縮小，而考慮到燃燒完全的程度，燃料在燃燒室中必須有一定的停留時間，這樣，燃燒室的長度就不能成比例地縮短。由此而引起對燃燒室壁面冷卻的負擔(dān)和渦輪軸的長度增加，使剛性變差。為此常采用回流式的燃燒室。這種結(jié)構(gòu)還便于檢查熱部件工作的情況，對維護工作有利。

三、燃燒室12四、渦輪

小型渦軸發(fā)動機的渦輪，與壓氣機相似，二次流動損失大，當(dāng)前小型軸流式渦輪，主要的也是冷卻問題。高壓級葉片尺寸小，而冷卻流路的縫隙不可能按比例縮小，其結(jié)果使得占相當(dāng)大比例的空氣流量不能參加作功，用于冷卻。這樣會影響發(fā)動機方面的性能。在這方面當(dāng)前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，從而使渦輪前燃氣溫度有可能作進一步提高。

四、渦輪13五、排氣噴管

動力渦輪后的燃氣一般仍然具有較高的流速，而靜壓低于外界大氣壓。這是渦輪工作的需要，可增加軸的輸出功率。氣流經(jīng)過排氣噴管，其靜壓提高，流速降低，到噴管的出口時，在靜壓等于外界大氣壓的條件下，以相當(dāng)?shù)偷牧魉倥懦鐾饨?。所以，排氣噴管是起擴壓的作用。減少噴管的擴壓損失，也就意味著力渦輪能獲得更多的功。五、排氣噴管14六、減速器動力渦輪的轉(zhuǎn)速較高，而旋翼的轉(zhuǎn)速較低，相差近百倍，因而就要有減速器。由于減速比大，要有多級減速，才能實現(xiàn)功率的傳遞。在結(jié)構(gòu)上，通常分體內(nèi)減速器和主減速器。前者被認為是發(fā)動機的一個組成部件，后者被認為是獨立于發(fā)動機的一個部件。對于多發(fā)裝置，則多個發(fā)動機共同合用一個主減速器。對減速器，除了工作可靠之外，主要的要求是重量輕和效率高。要求減輕減速器的重量非常重要的問題之一。

六、減速器15七、調(diào)節(jié)規(guī)律1自由渦輪式對渦輪軸發(fā)動機最大工作狀態(tài)的調(diào)節(jié)，如果采用燃氣發(fā)生器轉(zhuǎn)速N1作為被調(diào)參數(shù)，則可取供油量Gf作為調(diào)節(jié)作用量。供油量增加，意味著渦輪前燃氣溫度增加，燃氣發(fā)生器轉(zhuǎn)速N1上升，這時候自由渦輪轉(zhuǎn)速也相應(yīng)上升。當(dāng)旋翼的槳距角φ增大時，旋翼上的氣動扭矩增加。若要維持轉(zhuǎn)速N2不變，則所需功率也要增大。實際情況，兩個參數(shù)相互間是有牽連的。所以，一般說一個調(diào)節(jié)作用量只能調(diào)節(jié)一個被調(diào)參數(shù)。

七、調(diào)節(jié)規(guī)律16七、調(diào)節(jié)規(guī)律1自由渦輪式對渦輪軸發(fā)動機最大工作狀態(tài)的調(diào)節(jié)，如果采用燃氣發(fā)生器轉(zhuǎn)速N1作為被調(diào)參數(shù)，則可取供油量Gf作為調(diào)節(jié)作用量。供油量增加，意味著渦輪前燃氣溫度增加，燃氣發(fā)生器轉(zhuǎn)速N1上升，這時候自由渦輪轉(zhuǎn)速也相應(yīng)上升。當(dāng)旋翼的槳距角φ增大時，旋翼上的氣動扭矩增加。若要維持轉(zhuǎn)速N2不變，則所需功率也要增大。實際情況，兩個參數(shù)相互間是有牽連的。所以，一般說一個調(diào)節(jié)作用量只能調(diào)節(jié)一個被調(diào)參數(shù)。2定軸式七、調(diào)節(jié)規(guī)律17功率匹配：直升機大多采用多臺發(fā)動機，它們驅(qū)動共同的旋翼。所以希望每臺發(fā)動機的輸出功率相同即功率匹配，這對直升機的強度是有利的。匹配最大原理：如果使用兩臺發(fā)動機，將兩臺發(fā)動機的扭矩做比較。輸出扭矩大的發(fā)動機不做改變，輸出扭矩小的發(fā)動機將增加燃油流量，增大輸出扭矩，直到與扭矩大的發(fā)動機相等。這稱為匹配最大原理，它可以防止扭矩負載分配回路將好的發(fā)動機功率減少去匹配功率受到限制的發(fā)動機。功率匹配：18渦軸發(fā)動機課件19為直升機提供動力的多臺發(fā)動機輸出扭矩相加，并且與預(yù)定的扭矩限制值比較。如果總扭矩超限，將同時減少各臺發(fā)動機的燃油流量減少輸出扭矩。自由渦輪（動力渦輪）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器，始終保持動力渦輪轉(zhuǎn)速等于選的基準值，用于保持旋翼轉(zhuǎn)速恒定。排氣溫度限制器保持渦輪溫度不超限。為直升機提供動力的多臺發(fā)動機輸出扭矩相加，并且與預(yù)定的扭矩限20可用功率軸（功率桿）和負載要求軸（槳距桿）直升機有可用功率軸和負載要求軸，形式上類似于一般發(fā)動機的功率桿和停車桿，但功能不同。直升機的可用功率軸或者說功率桿給出燃氣發(fā)生器可以提供的最大功率。該桿控制啟動、停車、燃氣發(fā)生器轉(zhuǎn)速等。發(fā)動機的實際發(fā)出的功率則由負載要求軸即槳距桿確定。負載要求軸與總距調(diào)節(jié)相連。采用電子控制裝置的發(fā)動機，旋翼恒速、負載分配、超溫限制、超扭限制等功能易于實現(xiàn)，自動地精確調(diào)準保證旋翼轉(zhuǎn)速下的功率要求?？捎霉β瘦S（功率桿）和負載要求軸（槳距桿）21第十章渦輪軸發(fā)動機第十章渦輪軸發(fā)動機22概論

基本工作原理和主要參數(shù)部件特點概論23渦輪軸發(fā)動機

燃氣發(fā)生器后的燃氣可用能全部用于驅(qū)動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升機的旋翼和尾槳渦輪軸發(fā)動機24渦軸發(fā)動機課件25第一節(jié)概論渦輪軸發(fā)動機是直升機的動力裝置。它的主要特點是燃氣發(fā)生器后的燃氣所具有的可用能量，幾乎全部通過渦輪軸輸出功率，帶動直升機的旋翼和尾槳。與活塞式發(fā)動機相比，主要的優(yōu)點： 首先是重量輕，體積小。同樣功率為600kW左右的發(fā)動機，它的重量還不到活塞式發(fā)動機的三分之一。大功率的發(fā)動機，它們重量則懸殊更大，采用渦輪軸發(fā)動機則更為利。 其次是渦輪軸發(fā)動機沒有往復(fù)運動的機件，所以振動小，噪音小。但必須指出，在單位燃油消耗率方面，目前與活塞式發(fā)動機相比，還有一定的差距。第一節(jié)概論渦輪軸發(fā)動機是直升機的動力裝置。它的主要特點是26第二節(jié)基本工作原理和主要參數(shù)

一、自由渦輪式發(fā)動機燃氣發(fā)生器其中帶動壓氣機的渦輪叫做壓氣機渦輪。在壓氣機渦輪之后為動力渦輪，如果與前面的渦輪在機械上沒有聯(lián)系，稱為自由渦輪。自由渦輪通過輸出軸輸出功率，經(jīng)減速器(通常有體內(nèi)減速器和主減速器)以低轉(zhuǎn)速和大扭矩帶動旋翼，小部分功率通過尾槳減速器帶動尾槳。這種形式的渦輪軸發(fā)動機有以下幾方面的優(yōu)點：第二節(jié)基本工作原理和主要參數(shù)一、自由渦輪式發(fā)動機271研制比較方便，前后兩個部件可分別進行，特別是采用現(xiàn)成的渦輪噴氣發(fā)動機改型時，更為有利；2起動時只要帶動燃氣發(fā)生器，所以所需要的起動機功率較??；3自由渦輪的工作對燃氣發(fā)生器工作的影響較少，燃氣發(fā)生器的工作比較穩(wěn)定；4燃氣發(fā)生器和旋翼以各自不同的轉(zhuǎn)速工作，比較有利于選擇各自合適的轉(zhuǎn)速；1研制比較方便，前后兩個部件可分別進行，特別是采用現(xiàn)成的渦28二、定軸式渦輪軸發(fā)動機多級渦輪作為一個整體向壓氣機和減速器輪出功率，相對于自由渦輪工它具有以下優(yōu)點：主要是便于作前輸出軸的結(jié)構(gòu)上的安排。渦輪軸發(fā)動機與渦輪噴氣發(fā)動機一樣，主要的過程參數(shù)仍然是渦輪前燃氣溫度和壓氣機增壓比πK選渦輪軸發(fā)動機不同于渦輪噴氣發(fā)動機，主要有以下五個性能參數(shù)。1、發(fā)動機功率Ne2、單位功率Ns3、功率重量比4、單位燃油消耗率5、發(fā)動機剩余推力二、定軸式渦輪軸發(fā)動機29發(fā)動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必需經(jīng)過減速器減速后驅(qū)動旋翼。

直升機不同飛行狀態(tài)所要求的不同功率可以通過改變旋翼轉(zhuǎn)速和旋翼槳距實現(xiàn)。旋翼槳葉尺寸很大，發(fā)動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必需經(jīng)過減速器減速后驅(qū)動旋翼。旋翼轉(zhuǎn)速改變帶來離心力的很大變化，希望旋翼轉(zhuǎn)速恒定，由自由渦輪來驅(qū)動旋翼將極為方便。旋翼恒速即自由渦輪恒速，功率的改變則靠槳距改變，相應(yīng)改變?nèi)細獍l(fā)生器轉(zhuǎn)速實現(xiàn)。發(fā)動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必需經(jīng)過減速器減速后驅(qū)動旋翼。30第三節(jié)部件特點

一、進氣裝置直升機的飛行速度較低，壓氣機進口的流速總是大于飛行速度。所以進氣系統(tǒng)為收斂管道的進氣系統(tǒng)。直升機工作的環(huán)境，起飛和著陸一般不在專門的機場上，例如在沙漠、草原、高山等地都有可能，發(fā)動機特別容易受到外物的侵襲。第三節(jié)部件特點一、進氣裝置31二、壓氣機在小型渦輪軸發(fā)動機上采用單級離心或雙級離心壓氣機，除了在效率方面的考慮和離心式壓氣機所固有的工作比較穩(wěn)定之外，還有三方面的優(yōu)點值得提出，一是結(jié)構(gòu)簡單，可降低制造和維護成本；二是抗外特擊傷的性能比軸流式要好得多；三是與軸流式壓氣機葉片相比，抗高頻疲勞性能比較好，可延長使用壽命。

二、壓氣機32三、燃燒室對于小型渦輪軸發(fā)動機的燃燒室，主要存在以下兩個問題：一是供油量小，而噴嘴的出口孔徑和壓降都不太小。這就限制了噴嘴的數(shù)目，因而造成燃油分布不合要求，導(dǎo)致溫度場極不均勻。為此，可采取通過發(fā)動機軸中心甩盤供油的方式。二是發(fā)動機的其他各部件尺寸按發(fā)動機功率的大小基本上可成比例的縮小，而考慮到燃燒完全的程度，燃料在燃燒室中必須有一定的停留時間，這樣，燃燒室的長度就不能成比例地縮短。由此而引起對燃燒室壁面冷卻的負擔(dān)和渦輪軸的長度增加，使剛性變差。為此常采用回流式的燃燒室。這種結(jié)構(gòu)還便于檢查熱部件工作的情況，對維護工作有利。

三、燃燒室33四、渦輪

小型渦軸發(fā)動機的渦輪，與壓氣機相似，二次流動損失大，當(dāng)前小型軸流式渦輪，主要的也是冷卻問題。高壓級葉片尺寸小，而冷卻流路的縫隙不可能按比例縮小，其結(jié)果使得占相當(dāng)大比例的空氣流量不能參加作功，用于冷卻。這樣會影響發(fā)動機方面的性能。在這方面當(dāng)前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，從而使渦輪前燃氣溫度有可能作進一步提高。

四、渦輪34五、排氣噴管

動力渦輪后的燃氣一般仍然具有較高的流速，而靜壓低于外界大氣壓。這是渦輪工作的需要，可增加軸的輸出功率。氣流經(jīng)過排氣噴管，其靜壓提高，流速降低，到噴管的出口時，在靜壓等于外界大氣壓的條件下，以相當(dāng)?shù)偷牧魉倥懦鐾饨?。所以，排氣噴管是起擴壓的作用。減少噴管的擴壓損失，也就意味著力渦輪能獲得更多的功。五、排氣噴管35六、減速器動力渦輪的轉(zhuǎn)速較高，而旋翼的轉(zhuǎn)速較低，相差近百倍，因而就要有減速器。由于減速比大，要有多級減速，才能實現(xiàn)功率的傳遞。在結(jié)構(gòu)上，通常分體內(nèi)減速器和主減速器。前者被認為是發(fā)動機的一個組成部件，后者被認為是獨立于發(fā)動機的一個部件。對于多發(fā)裝置，則多個發(fā)動機共同合用一個主減速器。對減速器，除了工作可靠之外，主要的要求是重量輕和效率高。要求減輕減速器的重量非常重要的問題之一。

六、減速器36七、調(diào)節(jié)規(guī)律1自由渦輪式對渦輪軸發(fā)動機最大工作狀態(tài)的調(diào)節(jié)，如果采用燃氣發(fā)生器轉(zhuǎn)速N1作為被調(diào)參數(shù)，則可取供油量Gf作為調(diào)節(jié)作用量。供油量增加，意味著渦輪前燃氣溫度增加，燃氣發(fā)生器轉(zhuǎn)速N1上升，這時候自由渦輪轉(zhuǎn)速也相應(yīng)上升。當(dāng)旋翼的槳距角φ增大時，旋翼上的氣動扭矩增加。若要維持轉(zhuǎn)速N2不變，則所需功率也要增大。實際情況，兩個參數(shù)相互間是有牽連的。所以，一般說一個調(diào)節(jié)作用量只能調(diào)節(jié)一個被調(diào)參數(shù)。

七、調(diào)節(jié)規(guī)律37七、調(diào)節(jié)規(guī)律1自由渦輪式對渦輪軸發(fā)動機最大工作狀態(tài)的調(diào)節(jié)，如果采用燃氣發(fā)生器轉(zhuǎn)速N1作為被調(diào)參數(shù)，則可取供油量Gf作為調(diào)節(jié)作用量。供油量增加，意味著渦輪前燃氣溫度增加，燃氣發(fā)生器轉(zhuǎn)速N1上升，這時候自由渦輪轉(zhuǎn)速也相應(yīng)上升。當(dāng)旋翼的槳距角φ增大時，旋翼上的氣動扭矩增加。若要維持轉(zhuǎn)速N2