飛機發(fā)動機原理

治理提示：本帖被大秦從航空航天生產(chǎn)與制造工藝移動到本區(qū)(2023-10-01)治理提示：本帖被大秦從航空航天生產(chǎn)與制造工藝移動到本區(qū)(2023-10-01)飛機發(fā)動機原理——渦輪螺旋槳發(fā)動機扇發(fā)動機來說，假設(shè)飛行速度肯定，要提高飛機的推動效率，也就是要降低排氣速度和飛行速度的差值，需要加大涵道比；而同時隨著發(fā)動機材料和構(gòu)造工藝的提高，許用的渦輪前溫度也不斷提高，這也要求相應(yīng)地增大涵道比。對于一架低速〔500～600km/h〕的飛機來說，在肯定的渦輪前溫度下，其適當(dāng)?shù)暮辣葢?yīng)為50以上，這明顯是發(fā)動機的構(gòu)造所無法承受的。輪螺旋槳發(fā)動機，簡稱渦槳發(fā)動機。渦輪螺旋槳發(fā)動機由螺旋槳和燃氣發(fā)生器組成，螺旋槳1000轉(zhuǎn)/分，為使渦輪和螺旋槳都工作在正常的范圍內(nèi)，需要在它們之間安裝一個減速器，將渦輪轉(zhuǎn)速降至格外之一左右后，才可驅(qū)動螺旋槳。這種減速器的負荷重，構(gòu)造簡單，制造本錢高，它的重量一般相當(dāng)于壓氣機和渦輪的總重，作為發(fā)動機整體的一個部件，減速器在設(shè)計、制造和試驗中占有相當(dāng)重要的地位。渦輪螺旋槳發(fā)動機的螺旋槳后的空氣流就相當(dāng)于渦輪風(fēng)扇發(fā)動機的外涵道道比的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機。的不同，渦輪螺旋槳發(fā)動機的主要功率輸出方式為螺旋槳的軸功率，而尾噴管噴出的燃氣推力微小，只占總推力的5%左右，為了驅(qū)動大功率的螺旋槳，渦輪級數(shù)也比渦輪風(fēng)扇發(fā)動2～6級。重比〔功率/重量〕也大，最大功率可超過10000馬力，功重比為4以上；而活塞式發(fā)動機2左右。其次，由于削減了運動部件，尤其是沒有做往復(fù)運動機高很多。在耗油率方面，二者相差不多，但渦輪螺旋槳發(fā)動機所使用的煤油要比活塞式發(fā)動機的汽油廉價。效率的影響，它的適用速度不能太高，一般要小于900km/h。目前在中低速飛機或?qū)Φ退傩阅苡袊?yán)格要求的巡邏、反潛或滅火等類型飛機中的到廣泛應(yīng)用。飛機發(fā)動機原理——螺槳風(fēng)扇發(fā)動機螺槳風(fēng)扇發(fā)動機螺槳風(fēng)扇發(fā)動機是一種介于渦輪風(fēng)扇發(fā)動機和渦輪螺旋槳發(fā)動機之間的一種發(fā)動機形式目標(biāo)是將前者的高速性能和后者的經(jīng)濟性結(jié)合起來，目前正處于爭論和試驗階段。螺槳風(fēng)扇發(fā)動機的構(gòu)造它由燃氣發(fā)生器和一副螺槳-風(fēng)扇〔由于實在無法給這個又象螺旋槳又象風(fēng)扇的東東起個名字，只好叫它螺槳-風(fēng)扇〕組成。螺槳-風(fēng)扇由渦輪驅(qū)動，無涵道外殼，裝有減速器，從這些來看它有一點象螺旋槳；但是它的直徑比一般螺旋槳小，葉片數(shù)目也多〔6～8葉〕，渦輪風(fēng)扇發(fā)動機的原理在飛行速度不變的狀況下，涵道比越高，推動效率就越高，因此現(xiàn)代型不加力渦輪風(fēng)扇發(fā)動機的涵道比越來越大，已經(jīng)接近了構(gòu)造所能承受的極限；而去掉了涵道的渦輪螺旋槳發(fā)動機盡管效率較高，但由于螺旋槳的速度限制無法應(yīng)用于M0.8~M0.95的現(xiàn)代高亞音速大型寬體客機，螺槳風(fēng)扇發(fā)動機的概念則應(yīng)運而生。由于無涵道外殼，螺槳風(fēng)扇發(fā)動機的涵道比可以很大，以正在爭論中的一種發(fā)動機為例，在飛行速度為M0.8時，帶動的空氣量約為內(nèi)涵空氣流量的100倍，相當(dāng)于涵道比為100，這是渦輪風(fēng)扇發(fā)動機所望塵莫及的，將其應(yīng)用于飛機上，可將高空巡航耗油率較目前15%左右。同渦輪螺旋槳發(fā)動機相比，螺槳風(fēng)扇發(fā)動機的可用速度又高很多，這是由它們?nèi)~片形狀不同所打算的。一般螺旋槳葉片的葉型厚度大以保證強度，彎度大以保證升力系數(shù)，從剖一旦接近音速，效率就急劇下降，因此裝有渦輪螺旋槳發(fā)動機的飛機速度限制在M0.6~M0.65左右；而螺槳-風(fēng)扇的既寬且薄、前緣鋒利并帶有后掠的葉型則類似于超音速機翼的剖面外形，這種葉型的跨音速性能就要好的多，在飛行速度為M0.8時仍有良好的推動效率，是目前型發(fā)動機中最有期望的一種。固然，螺槳風(fēng)扇發(fā)動機也有其缺點，由于轉(zhuǎn)速較高，產(chǎn)生的振動和噪音也較大，這對舒適性有嚴(yán)格要求的客機來講是一個難題。另外，暴露在空氣中的螺槳-風(fēng)扇的氣動設(shè)計也是目前爭論的難點所在。飛機發(fā)動機原理——沖壓噴氣發(fā)動機沖壓噴氣發(fā)動機的誕生早在1913年，法國工程師雷恩?洛蘭就提出了沖壓噴氣發(fā)動機的設(shè)計，并獲得專利。但當(dāng)時沒有相應(yīng)的助推手段和相應(yīng)材料，只停留在紙面上。1928年，德國人保羅?施米特開頭1934年時，施米特和G?馬德林提出了以沖壓發(fā)動機為動力的“飛行炸彈”，于1939V-1圖將沖壓噴氣發(fā)動機用在戰(zhàn)斗機上。1941年，特勞恩飛機試驗所主任、物理學(xué)家歐根?森格爾博士在呂內(nèi)堡野外進展了該類型發(fā)動機的試驗，但最終未能產(chǎn)生具有實用意義的發(fā)動機型號。沖壓噴氣發(fā)動機的原理沖壓噴氣發(fā)動機的核心在于“沖壓”兩字。沖壓發(fā)動機由進氣道〔也稱擴壓器〕、燃燒室、推動噴管三部組成，比渦輪噴氣發(fā)動機簡潔得多。沖壓是利用迎面氣流進入發(fā)動機后減速、提高靜壓的過程。這一過程不需要高速旋轉(zhuǎn)的簡單的壓氣機，是沖壓噴氣發(fā)動機最大的優(yōu)勢所在。進氣速度為3倍音速時，理論上可使空氣壓力提高37倍，效率很高。高速氣流經(jīng)擴張減速，氣壓和溫度上升后，進入燃燒室與燃油混合燃燒。燃燒后溫度為2023一2200℃，甚至更高，經(jīng)膨脹加速，由噴口高速排出，產(chǎn)生推力。因此，沖壓發(fā)動機的推力與進氣速度有關(guān)。以3倍音速進氣時，在地面產(chǎn)生的200千牛。沖壓噴氣發(fā)動機原理圖/沖壓組合發(fā)動機、整體式火箭沖壓發(fā)動機等。沖壓噴氣發(fā)動機目前分為亞音速、超音速、超群音速三類。亞音速沖壓發(fā)動機不超過1.89，飛行馬赫數(shù)小于0.5時一般不能正常工作。亞音速沖壓發(fā)動機用在亞音速航空器上，如亞音速靶機。超音速沖壓發(fā)動機超音速沖壓發(fā)動機承受超音速進氣道〔燃燒室入口為亞音速氣流〕和收斂形或收斂集中形噴管，用航空煤油或烴類燃料。超音速沖壓發(fā)動機的推動速度為亞音速倍音速，用于超音速靶機和地對空〔一般與固體火箭發(fā)動機相協(xié)作〕。由于超音速沖壓發(fā)動機的燃燒室入口為亞音速氣流，也可稱為亞音速沖壓發(fā)動機。超群音速沖壓發(fā)動機這種發(fā)動機燃燒在超音速下進展，使用碳氫燃料或液氫燃料，飛行馬赫數(shù)高達5～16，目前超群音速沖壓發(fā)動機正處于研制之中。沖壓噴氣發(fā)動機的優(yōu)缺點沖壓發(fā)動機的優(yōu)勢在于構(gòu)造簡潔、重量輕、體積小、推重比大、本錢低。簡潔的說就是一個帶燃油噴嘴和和點火裝置的筒子。因此常用于無人機、靶機、等低本錢或一次性的飛行飛機、先進反艦等。裝置。通常的解決方法是增加一個助推器，使飛行器獲得肯定的飛行速度，然后再啟動沖1993年研制的先進沖壓發(fā)動機外形飛機發(fā)動機原理——渦輪軸發(fā)動機渦輪軸發(fā)動機的誕生1951年12月。作為直升機的型動力，兼有噴氣發(fā)動機和螺旋槳發(fā)動機特點的渦輪軸令直升機的進展更進一步噴氣發(fā)動機。在1950年時，透博梅卡(Turbomeca)公司研制成“阿都斯特-1”(Artouste-1)渦輪軸發(fā)動機。206千瓦(280軸馬力)，成為世界上第一臺有用的直升機渦輪軸發(fā)動機。首先裝用這種發(fā)動機的是美國貝爾直升機公司生產(chǎn)的Bell47(XH-13F)，195450發(fā)動機開頭為直升機設(shè)計者所大量承受。渦輪軸發(fā)動機的原理而來，渦槳發(fā)動機驅(qū)動螺旋槳，渦輪軸發(fā)動機則驅(qū)動直升機的旋翼軸獲得升力和氣動掌握機一般沒有自由渦輪。機，它特地用于輸出功率，類似于汽輪機。做功后排出的燃氣，經(jīng)尾噴管噴出，能量已經(jīng)機機體構(gòu)造的需要，渦輪軸發(fā)動機噴口可敏捷安排，可以向上，向下或向兩側(cè)，而不肯定氣動上有著親熱聯(lián)系。對這兩種渦輪，在氣體熱能安排上，需要隨飛行條件的轉(zhuǎn)變而適當(dāng)調(diào)整，從而取得發(fā)動機性能與直升機旋翼性能的最優(yōu)組合。渦輪軸發(fā)動機剖視示意圖心發(fā)動機，所協(xié)作的旋翼直徑越大，在旋翼上所產(chǎn)生的升力就越大。但能量轉(zhuǎn)換過程總是5001000倍。直升機飛得沒有固定翼飛機快，最大平飛速度通常在350千米/小時以下，因此渦輪軸發(fā)動機的進氣口設(shè)計也較為敏捷。通常把內(nèi)流進氣道設(shè)計為收斂形，驅(qū)使氣流在收斂時加速流淌，令流場更加均勻。進口唇邊呈流線形，適合亞音速流線要求，避開氣流分別，保證壓氣機的穩(wěn)定工作。此外，由于直升機飛得離地面較近，一般必需去除進氣中雜質(zhì)，通常都有粒子，使進氣中的砂粒由于質(zhì)量較大，在彎道處獲得較大的慣性力，被甩出主氣流之外，通過分流排出進氣道之外。動機排氣是直升機主要熱輻射源之一。作戰(zhàn)直升機必需減小自身熱輻射強度，要承受紅外抑制技術(shù)。一方面，要設(shè)法降低發(fā)動機外露熱部件的外表溫度，更重要的是，要將外界冷空氣引入并混合到高溫徘氣熱流中，從而降低溫度，沖淡二氧化氯的濃度，降低紅外特征。系統(tǒng)進展設(shè)計制造。我們知道，壓氣機包括分為軸流式和離心式兩種。軸流式壓氣機，面積小、流量大；離心式構(gòu)造簡潔、工作較穩(wěn)定。渦輪軸發(fā)動機從純軸流式開頭，進展了單級離心、雙級離心到軸流一級離心構(gòu)成組合壓氣機，兼有兩者的優(yōu)點。國產(chǎn)渦軸-6、渦軸-811級離心構(gòu)成的組合壓氣機；“黑鷹”T70051級離心壓氣機。壓氣機部件主要包括進氣導(dǎo)流器、壓氣機轉(zhuǎn)子、壓氣機靜子及防喘裝置等。壓氣機轉(zhuǎn)子是一呈輻射外形鑄在葉輪外部。壓氣機靜子由壓氣機殼體和靜止葉片組成。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，通過轉(zhuǎn)子葉片迫使空氣向后流淌，不僅加速了空氣，而且使空氣受到壓縮，轉(zhuǎn)子葉片后面的空氣壓渦輪軸發(fā)動機剖視圖，用于直升機渦輪風(fēng)扇發(fā)動機圖片渦輪風(fēng)扇發(fā)動機的誕生二戰(zhàn)后，隨著時間推移、技術(shù)更，渦輪噴氣發(fā)動機顯得缺乏以滿足型飛機的動力需求。尤其是二戰(zhàn)后快速進展的亞音速民航飛機和大型運輸機上述機種的航程縮短。因此一段時期內(nèi)消滅了較多的使用渦輪螺旋槳發(fā)動機的大型飛機。實304050年月，早期渦扇發(fā)動機開頭了試驗。但由于對風(fēng)扇葉片設(shè)計制造的要求格外高。因此直到60年月，人們才得以制造出符合渦扇發(fā)動機要求的風(fēng)扇葉片，從而揭開了渦扇發(fā)動機有用化的階段。50年月，美國的NACA(NASA美國航空航天治理局的前身)對渦扇發(fā)動機進展了格外重要的科研工作。5556年爭論成果轉(zhuǎn)由通用電氣公司(GE)連續(xù)深入進展。GE1957年成功推出了CJ805-23型渦扇發(fā)動機，馬上打破了超音速噴氣發(fā)動機的大量紀(jì)錄。但最早的有用化的渦扇發(fā)動機則是普拉特?惠特尼(Pratt&Whitney)公司的JT3D渦扇發(fā)動機。實際上普?惠公司啟動渦扇研制工程要比GEGE在研制CJ805匆JT3D。1960?羅伊斯公司的“康威”(Conway)渦扇發(fā)動機開頭被波音707大型遠程噴氣客機承受，成為第一種被民航客機使用的渦扇發(fā)動機。60年月洛克西德“三星”客機和波音747“珍寶”客機承受了羅?羅公司的RB211-22B不加力式渦扇發(fā)動機實際上較為簡潔識別，其外部有始終徑很大的風(fēng)扇外殼渦輪風(fēng)扇發(fā)動機的原理動機的效率包括熱效率和推動效率兩個局部件下，提高渦輪前溫度，自然會使排氣速度加大。而流速快的氣體在排出時動能損失大。因此，片面的加大熱功率，即加大渦輪前溫度，會導(dǎo)致推動效率的下降。要全面提高發(fā)動機效實際上就是渦輪噴氣發(fā)動機的前方再增加了幾級渦輪，這些渦輪帶動肯定數(shù)量的風(fēng)扇。風(fēng)扇吸入的氣流一局部如一般噴氣發(fā)動機一樣，送進壓氣機(術(shù)語稱“內(nèi)涵道”)，另一局部則直接從渦噴發(fā)動機殼外圍向外排出(“外涵道”)的渦輪構(gòu)造和增大風(fēng)扇直徑，使更多的燃氣能量經(jīng)風(fēng)扇傳遞到外涵道，從而避開大幅增加味著油耗低，飛機航程變得更遠。加力式渦扇發(fā)動機不加力式渦扇發(fā)動機渦輪風(fēng)扇發(fā)動機的優(yōu)缺點如前所述，渦扇發(fā)動機效率高，油耗低，飛機的航程就遠。產(chǎn)渦扇發(fā)動機。渦扇發(fā)動機價格相對昂揚，不適于要求價格低廉的航空器使用。渦輪噴氣發(fā)動機的誕生力量。但到了三十年月末，航空技術(shù)的進展使得這一組合到達了極限。螺旋槳在飛行速度到達800千米/小時的時候，槳尖局部實際上已接近了音速，跨音速流場使得螺旋槳的效率急劇下降，推力不增反減。螺旋槳的迎風(fēng)面積大，阻力也大，極大阻礙了飛行速度的提高。同時隨著飛行高度提高，大氣淡薄，活塞式發(fā)動機的功率也會減小。動機產(chǎn)生反作用力，推動飛機向前飛行。早在1913年，法國工程師雷恩?洛蘭就提出了沖壓噴氣發(fā)動機的設(shè)計，并獲得專利。但當(dāng)1930年，英國人弗蘭克?惠特爾獲得了燃氣渦輪發(fā)動機專利，這是第一個具有有用性的噴氣發(fā)