航空器推進(jìn)裝置

航空航天概論

第六章航空器推進(jìn)裝置2參觀日期：班車發(fā)車時(shí)間：9：00參觀時(shí)間：9：30-11：00班車返回時(shí)間：11：153主要內(nèi)容6.1推進(jìn)裝置分類和特點(diǎn)6.2活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)6.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)6.4沖壓/脈動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)46.1推進(jìn)裝置分類和特點(diǎn)為飛行器提供動(dòng)力，推動(dòng)飛行器前進(jìn)的裝置稱為動(dòng)力系統(tǒng)。它包括發(fā)動(dòng)機(jī)和保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的輔助系統(tǒng)?？梢院?jiǎn)稱為發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)是飛行器的動(dòng)力源，它的性能對(duì)飛行器的性能有極重要的影響。故而被人們稱為飛行器的心臟。航空發(fā)動(dòng)機(jī)是將航空燃料中所含的化學(xué)能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、再轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的熱力機(jī)械。5

發(fā)動(dòng)機(jī)

推進(jìn)劑或燃料系統(tǒng)

保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的其他附屬系統(tǒng)66.1推進(jìn)裝置分類和特點(diǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能對(duì)飛機(jī)的性能影響很大。評(píng)定航空發(fā)動(dòng)機(jī)品質(zhì)的主要指標(biāo)有：性能參數(shù)-----推重比、耗油率等可靠性耐久性

……76.1推進(jìn)裝置分類和特點(diǎn)參照教材P142-P14386.1推進(jìn)裝置分類和特點(diǎn)飛行器推進(jìn)系統(tǒng)吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)沖壓噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)脈動(dòng)噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)參照教材P142-P14396.1推進(jìn)裝置分類和特點(diǎn)飛行器推進(jìn)系統(tǒng)直接反作用推進(jìn)系統(tǒng)間接反作用推進(jìn)系統(tǒng)組合發(fā)動(dòng)機(jī)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)一般以汽油為燃料，帶動(dòng)螺旋槳，由螺旋槳產(chǎn)生推〔拉〕力為飛機(jī)提供動(dòng)力。所以，作為飛機(jī)的動(dòng)力裝置時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)與螺旋槳是不能分割的。6.2活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)的主要構(gòu)件氣缸活塞連桿曲軸進(jìn)、排氣活門6.2活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理絕大多數(shù)活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)是由四個(gè)沖程組成的，稱為四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)。即活塞在氣缸內(nèi)要經(jīng)過四個(gè)沖程，依次是進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程。進(jìn)氣壓縮膨脹排氣6.2活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)活塞沖程當(dāng)活塞在氣缸中移動(dòng)時(shí)，它相對(duì)曲軸有兩個(gè)極限位置：活塞離曲軸中心最遠(yuǎn)的位置稱為上死點(diǎn)，活塞離曲軸中心最近的位置稱為下死點(diǎn)。上死點(diǎn)和下死點(diǎn)之間的距離稱為活塞沖程。6.2活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理6.2活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣沖程壓縮沖程燃燒沖程排氣沖程活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理示意圖6.2活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸排列方式為滿足功率要求并使發(fā)動(dòng)機(jī)工作平穩(wěn)，活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)一般都是多氣缸組合構(gòu)成的。依照氣缸排列方式不同，可分為：直立型、V型、對(duì)立型、X型、星型等。6.2活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸排列方式V型和對(duì)立型6.2活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助系統(tǒng)

進(jìn)氣系統(tǒng)

燃料系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)

啟動(dòng)系統(tǒng)

定時(shí)系統(tǒng)6.2活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)航空活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)主要性能參數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)功率

發(fā)動(dòng)機(jī)可用于驅(qū)動(dòng)螺旋槳的功率稱為有效功率。燃料消耗率 衡量發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性的一項(xiàng)指標(biāo)，以每千瓦功率在1小時(shí)所消耗的燃料質(zhì)量表示，單位為kg/(kW·h)加速性 發(fā)動(dòng)機(jī)從最小轉(zhuǎn)速到最大轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間，愈短愈好。良好的加速性可提高飛機(jī)機(jī)動(dòng)性能。

良好的維護(hù)性、高可靠性、長(zhǎng)壽命、小的結(jié)構(gòu)質(zhì)量和迎風(fēng)面積。6.2活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)航空活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)主要性能參數(shù)從第一架飛機(jī)上天到二戰(zhàn)結(jié)束，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)獲得了飛速開展：

單機(jī)功率：十幾千瓦提高到1800~3500千瓦

功率重量比由0.12千瓦/千克提高到1.85千瓦/千克

燃油消耗率由0.46千克/千瓦時(shí)降至0.26千克/千瓦時(shí)6.2活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)經(jīng)濟(jì)性較好：不但耗油率低，而且單位功率的售價(jià)低；燃燒較完全，所以對(duì)環(huán)境的污染相對(duì)較??；噪音較小。目前，活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)仍廣泛地應(yīng)用于小型低速飛機(jī)。6.2活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)小鷹-500旅行者活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用6.2活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)功率小；重量大；外形阻力大；螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)時(shí)效率低。6.2活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)有四種根本類型，即渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)。在這些發(fā)動(dòng)機(jī)中都有壓氣機(jī)、燃燒室和燃?xì)鉁u輪，因此統(tǒng)稱為燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。246.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)仍屬于熱機(jī)的一種，因此從產(chǎn)生輸出能量的原理上講，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)和活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)是相同的，都需要有進(jìn)氣、加壓、燃燒和排氣這四個(gè)階段。256.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)在航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣經(jīng)壓氣機(jī)壓縮后，流入燃燒室與噴入的燃油混合后燃燒，形成高溫、高壓的燃?xì)?，再進(jìn)入燃?xì)鉁u輪中膨脹作功，使渦輪高速旋轉(zhuǎn)并輸出功率。266.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)276.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)6.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的性能參數(shù)

推力

單位推力

推重比

單位耗油率

單位迎風(fēng)面積推力

噪聲和排氣污染296.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)獍l(fā)生器由壓氣機(jī)、燃燒室和燃?xì)鉁u輪組成。燃?xì)獍l(fā)生器用于提供高壓、高溫的燃?xì)?。燃?xì)獍l(fā)生器又稱發(fā)動(dòng)機(jī)的核心機(jī)。燃?xì)鉁u輪燃燒室壓氣機(jī)6.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的功用依靠其高速旋轉(zhuǎn)的工作葉輪對(duì)空氣作功，提高空氣的壓力和溫度，供給發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)所需要的壓縮空氣。6.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的功用將燃料中所含的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，燃料在燃燒過程中所釋放的熱量使流過燃燒室的空氣的溫度提高。即在燃燒室中，從壓氣機(jī)流入的壓縮空氣與噴嘴噴出的燃油混合燃燒，使燃?xì)馀蛎浖铀?，向渦輪提供具有一定溫度場(chǎng)的燃?xì)饬鳌?.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室工作原理6.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁u輪的功用燃?xì)鉁u輪在高溫高壓燃?xì)獾淖饔孟赂咚傩D(zhuǎn)，將燃?xì)庵械木植繜崮芎蛪毫δ苻D(zhuǎn)換成機(jī)械功，帶動(dòng)壓氣機(jī)和附件工作。6.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道進(jìn)氣道的主要作用：整理進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流，消除旋渦，保證在各種工作狀態(tài)下都能供給發(fā)動(dòng)機(jī)所需的空氣量；降低高速氣流的速度，將動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫?shì)能。根據(jù)飛機(jī)的飛行速度的不同，進(jìn)氣道可分為：亞音速進(jìn)氣道超音速進(jìn)氣道6.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)殲-5亞音速進(jìn)氣道米格-156.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)超音速進(jìn)氣道F-16殲-76.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道在機(jī)身上的位置

機(jī)頭進(jìn)氣

背部進(jìn)氣

機(jī)身兩側(cè)機(jī)翼下

腹部進(jìn)氣

6.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)燃?xì)獍l(fā)生器后面有無“動(dòng)力渦輪〞以及動(dòng)力渦輪所驅(qū)動(dòng)的部件不同，分為四種類型。所謂動(dòng)力渦輪是指位于燃?xì)獍l(fā)生器后面的一個(gè)傳動(dòng)其他部件的渦輪，從燃?xì)獍l(fā)生器出來的燃?xì)饬魅脒@個(gè)渦輪中繼續(xù)膨脹作功。在大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)中，動(dòng)力渦輪與燃?xì)鉁u輪沒有機(jī)械連系，各自工作于不同的轉(zhuǎn)速，所以動(dòng)力渦輪也稱為自由渦輪。6.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)6.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)獍l(fā)生器后面直接布置了一個(gè)尾噴管，燃?xì)庖愿咚儆蓢姽芘懦?，產(chǎn)生推力。6.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)6.3.1渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)由于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推力是由高速排出高溫燃?xì)馑@得的，所以在得到推力的同時(shí)有不少由燃料燃燒所產(chǎn)生的能量以燃?xì)獾膭?dòng)能和熱能的形式排出發(fā)動(dòng)機(jī)，能量損失較大，因此其耗油率較高。6.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)6.3.1渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)為了短期內(nèi)提高渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推力，可在尾噴管前加裝加力燃燒室。在需要增加推力時(shí)，向燃?xì)庵醒a(bǔ)充噴入燃油進(jìn)一步燃燒，提高燃?xì)獾乃俣龋竭_(dá)增加推力的目的。在加力時(shí)，由于排出的燃?xì)鉁囟群退俣染蟠筇岣?，因而能量損失更大，所以耗油率比非加力時(shí)將成倍增加。6.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)6.3.1渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)Su-25渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用6.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)6.3.1渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)饽芰拷^大局部在動(dòng)力渦輪中膨脹做功，動(dòng)力渦輪通過減速裝置降低轉(zhuǎn)速后再驅(qū)動(dòng)螺旋槳，燃?xì)庵惺Ｏ碌暮苌倬植磕芰吭谖矅姽苤信蛎?，產(chǎn)生一小局部推力。6.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)6.3.2渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)6.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)6.3.2渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)由于有直徑較大的螺旋槳，所以飛行速度受到限制，一般用于M=0.5～0.7的飛機(jī)上。運(yùn)－7運(yùn)－8特點(diǎn)：動(dòng)力渦輪通過減速器帶動(dòng)螺旋槳。起飛功率大，油耗低，續(xù)航能力強(qiáng)，多用于低亞音速運(yùn)輸機(jī)，轟炸機(jī)，目前短程客機(jī)也主要采用這種發(fā)動(dòng)機(jī)。6.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)6.3.2渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)是直升機(jī)的主要?jiǎng)恿Γ涔ぷ髟砗徒Y(jié)構(gòu)根本與渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)相同。不同的是其燃?xì)獍l(fā)生器排出的燃?xì)饽芰繋缀跞吭趧?dòng)力渦輪中膨脹，由噴管排出時(shí)，氣流速度很低；另外，其輸出軸轉(zhuǎn)速較高，有的渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)由動(dòng)力渦輪直接輸出軸功率，有的那么裝有減速較小的減速器。6.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)6.3.3渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)直－11米－28AH－646.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)6.3.3渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力渦輪的傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)的是外徑比燃?xì)獍l(fā)生器大的1級(jí)或幾級(jí)稱為風(fēng)扇的葉片。流入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣在風(fēng)扇中增壓后，一局部經(jīng)燃?xì)獍l(fā)生器中流過，稱為內(nèi)涵氣流；另一局部經(jīng)圍繞燃?xì)獍l(fā)生器外殼的外環(huán)中流過，稱為外涵氣流。6.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)6.3.4渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)推力由內(nèi)、外涵道氣流分別產(chǎn)生的推力組成。外涵與內(nèi)涵空氣流量的比值稱為涵道比。6.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)6.3.4渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)6.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)6.3.4渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)具有耗油率低、起飛推力大、推重比高、噪音低的優(yōu)點(diǎn)。因此，目前高函道比、大推力的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于大型運(yùn)輸機(jī)上。Boeing737A3196.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)6.3.4渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)此外，加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)由于具有低速時(shí)油耗較低，開加力時(shí)推重比大的特點(diǎn)，適合于高超音速的戰(zhàn)斗機(jī)、轟炸機(jī)。6.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)6.3.4渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)F－22〔猛禽〕FC－1〔超7〕FBC－1〔飛豹〕6.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)6.3.4渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)可轉(zhuǎn)噴口的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)通常用于垂直起降飛機(jī)，由于其噴口可轉(zhuǎn)向垂直于地面的方向提供沿垂直方向的推力，同時(shí)還需利用機(jī)頭、機(jī)尾、翼尖的噴口來進(jìn)行姿態(tài)控制。例如英國(guó)的鷂式、俄羅斯的雅克-38、雅克-141、美國(guó)的AV-8b和競(jìng)標(biāo)JSF成功的XF-35都采用了這類發(fā)動(dòng)機(jī)。6.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)6.3.4渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)垂直起降飛機(jī)6.3燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)6.3.4渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)在機(jī)身上的位置

機(jī)身內(nèi)后部

機(jī)翼根部

機(jī)翼下〔多用于旅客機(jī)〕機(jī)身后部平尾根部

6.3.4渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)脈動(dòng)式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、體積小，可以自己?jiǎn)?dòng)，推力忽大忽小，不宜載人，燃油消耗量大。原理：工作時(shí)，將活門翻開，空氣進(jìn)入燃燒室與燃料混合燃燒。靠燃?xì)獾膲毫⒒铋T關(guān)閉，以防止燃?xì)獾沽?。燃?xì)飧咚購(gòu)拈L(zhǎng)噴管噴出，產(chǎn)生推力。燃?xì)鈬姵龊?，燃?/p>