飛行器動力裝置.ppt

1、飛行器動力裝置,飛行器動力裝置,概 述,活塞式航空發(fā)動機(jī),燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī),脈動式、沖壓式發(fā)動機(jī),火箭發(fā)動機(jī),概述,為飛行器提供動力，推動飛行器前進(jìn)的裝置稱為動力裝置。,動力裝置的構(gòu)成：,發(fā)動機(jī),推進(jìn)劑或燃料系統(tǒng),保證發(fā)動機(jī)正常工作的其他附屬系統(tǒng),概述,發(fā)動機(jī)是飛行器的動力源，相當(dāng)于飛行器的心臟，它的性能對飛行器的發(fā)展有著非常重要的影響。,概述,發(fā)動機(jī)分類,活塞式航空發(fā)動機(jī),活塞式航空發(fā)動機(jī)一般以汽油為燃料，帶動螺旋槳，由螺旋槳產(chǎn)生推（拉）力為飛機(jī)提供動力。,所以，作為飛機(jī)的動力裝置時，活塞式發(fā)動機(jī)與螺旋槳是不能分割的。,活塞式航空發(fā)動機(jī),活塞式航空發(fā)動機(jī)的主要構(gòu)件,氣缸 活塞 連桿 曲軸 進(jìn)、

2、排氣活門,活塞式航空發(fā)動機(jī),活塞沖程,當(dāng)活塞在氣缸中移動時，它相對曲軸有兩個極限位置：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 。,活塞式航空發(fā)動機(jī),絕大多數(shù)活塞式航空發(fā)動機(jī)的工作循環(huán)是由四個沖程組成的，稱為四沖程發(fā)動機(jī)。即活塞在氣缸內(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。,活塞式航空發(fā)動機(jī),活塞式航空發(fā)動機(jī)的工作原理示意動畫,3D演示,活塞式航空發(fā)動機(jī),為滿足功率要求并使發(fā)動機(jī)工作平穩(wěn)，活塞式航空發(fā)動機(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、對立型、X型、星型等。,活塞式

3、發(fā)動機(jī)的汽缸排列方式,活塞式航空發(fā)動機(jī),滑油系統(tǒng),燃料系統(tǒng),點(diǎn)火系統(tǒng),冷卻系統(tǒng),啟動系統(tǒng),定時系統(tǒng),活塞式航空發(fā)動機(jī),發(fā)動機(jī)功率 燃料消耗率 加速性 功率重量比,從第一架飛機(jī)上天到二戰(zhàn)結(jié)束，活塞式發(fā)動機(jī)獲得了飛速發(fā)展：,單機(jī)功率：十幾千瓦提高到18003500千瓦,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/千瓦時降至0.26千克/千瓦時,活塞式發(fā)動機(jī)的主要性能參數(shù),活塞式航空發(fā)動機(jī),活塞式發(fā)動機(jī)的主要特點(diǎn),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低； 燃燒較完全，所以對環(huán)境的污染相對較小； 噪音較小。,目前，活塞式航空發(fā)動機(jī)仍廣泛地應(yīng)用于小型低

4、速飛機(jī)。,缺點(diǎn),發(fā)動機(jī)功率小； 外形阻力大； 重量較大； 螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)時效率低。,活塞式航空發(fā)動機(jī),活塞式發(fā)動機(jī)的應(yīng)用,農(nóng)5,AC500,初教6,航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī),航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī),航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)主要由壓氣機(jī)、燃燒室和燃?xì)鉁u輪（簡稱渦輪）所組成。,壓氣機(jī)、燃燒室和燃?xì)鉁u輪（簡稱渦輪）構(gòu)成發(fā)動機(jī)的核心機(jī)，又稱燃?xì)獍l(fā)生器。,航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī),航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(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)動機(jī)和活塞式發(fā)動機(jī)是相同的，都需要有進(jìn)氣、加壓、燃燒和排氣這四個階段。,航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī),在航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中，進(jìn)入發(fā)動機(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

5、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。,燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)工作流程,3D演示,航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī),由燃?xì)鉁u輪出來的燃?xì)?，仍具有一定的能量，正是這股具有能量的燃?xì)?，才產(chǎn)生了發(fā)動機(jī)的推力或輸出功率。 利用這股燃?xì)饽芰康姆绞讲煌拖鄳?yīng)地產(chǎn)生了不同類型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)。,渦輪噴氣發(fā)動機(jī),渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī),渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī),渦輪軸發(fā)動機(jī),燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)分類,航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī),燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)根據(jù)燃?xì)獍l(fā)生器后面有無“動力渦輪”以及動力渦輪所驅(qū)動的部件不同，分為四種類型。 所謂動力渦輪是指位于燃?xì)獍l(fā)生器后面的一個傳動其他部件的渦輪，從燃?xì)獍l(fā)生器出來的燃?xì)饬魅脒@個渦輪

6、中繼續(xù)膨脹作功。在大多數(shù)發(fā)動機(jī)中，動力渦輪與燃?xì)鉁u輪沒有機(jī)械連系，各自工作于不同的轉(zhuǎn)速，所以動力渦輪也稱為自由渦輪。,渦輪噴氣發(fā)動機(jī),渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的組成：,進(jìn)氣道,壓氣機(jī),燃燒室,渦輪,尾噴管,渦輪噴氣發(fā)動機(jī),進(jìn)氣道是發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣通道。,進(jìn)氣道,渦輪噴氣發(fā)動機(jī),進(jìn)氣道,進(jìn)氣道的主要作用是：,整理進(jìn)入發(fā)動機(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)動機(jī)所需的空氣量；,降低高速氣流的速度，將動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫菽堋?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,渦輪噴氣發(fā)動機(jī),亞音速進(jìn)氣道,渦輪噴氣發(fā)動機(jī),超音速進(jìn)氣道,渦輪噴氣發(fā)動機(jī),進(jìn)氣道的布局形式,渦輪噴氣發(fā)動機(jī),

7、壓氣機(jī),壓氣機(jī)的功用：,依靠其高速旋轉(zhuǎn)的工作葉輪對空氣作功，提高空氣的壓力，供給發(fā)動機(jī)工作時所需要的壓縮空氣。,軸流式壓氣機(jī),根據(jù)壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和空氣在壓氣機(jī)中的流動特點(diǎn)，壓氣機(jī)分為兩類：,離心式壓氣機(jī),渦輪噴氣發(fā)動機(jī),離心式壓氣機(jī),離心式壓氣機(jī)主要由導(dǎo)流器、離心葉輪、擴(kuò)壓器、集氣管等組成。,渦輪噴氣發(fā)動機(jī),渦噴5,增壓比一般小于10。,進(jìn)入壓氣機(jī)的空氣首先進(jìn)入導(dǎo)流器進(jìn)行預(yù)旋，增加空氣流入離心葉輪的流速；高速旋轉(zhuǎn)的離心葉輪使空氣獲得動能，相對速度和壓力都增大；在慣性離心力的作用下，氣流以很高的速度離開葉輪，進(jìn)入擴(kuò)壓器和集氣管；高速氣流在靜止的擴(kuò)壓器和集氣管的擴(kuò)散形通道中流速降低，壓力進(jìn)一步提

8、高。,渦輪噴氣發(fā)動機(jī),軸流式壓氣機(jī),軸流式壓氣機(jī)的主要部件是轉(zhuǎn)子和靜子。,渦輪噴氣發(fā)動機(jī),轉(zhuǎn)子由工作葉片、輪盤和軸組成。 由一排固定在輪盤上的工作葉片組成的輪子叫做葉輪（也稱工作輪）。 葉輪在渦輪的帶動下高速旋轉(zhuǎn)而工作。,渦輪噴氣發(fā)動機(jī),靜子是壓氣機(jī)中不旋轉(zhuǎn)的部分，由機(jī)匣和整流葉片組成。 一排整流葉片組成一個整流環(huán)，固定在機(jī)匣上 。,渦輪噴氣發(fā)動機(jī),軸流式壓氣機(jī)的葉輪和整流環(huán)交錯排列。一個葉輪和一個整流環(huán)組成軸流式壓氣機(jī)的一“級”，燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)都采用多級的型式以提高壓氣機(jī)的增壓能力。,渦輪噴氣發(fā)動機(jī),多級壓氣機(jī)：517級,軍用渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的壓氣機(jī)：2530級,渦輪噴氣發(fā)動機(jī),燃燒室的功用：

9、,燃燒室是燃料與從壓氣機(jī)出來的高壓空氣混合燃燒的地方。,將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，氣體的溫度和壓力升高。高溫、高壓的氣體沖擊渦輪，驅(qū)動渦輪旋轉(zhuǎn)而發(fā)出功率。,燃燒室,渦輪噴氣發(fā)動機(jī),燃燒室的工作原理,渦輪噴氣發(fā)動機(jī),燃燒室的類型,燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)所使用的燃燒室主要有三種類型：,分管燃燒室 聯(lián)管燃燒室 環(huán)形燃燒室,渦輪噴氣發(fā)動機(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)庵械牟糠譄崮芎蛪毫δ苻D(zhuǎn)換成機(jī)械功，帶動壓氣機(jī)和附件工作。 航空燃?xì)鉁u輪功率大，效率高，轉(zhuǎn)速快，燃?xì)鉁囟雀撸怨ぷ鳁l件十分惡劣。,渦輪,渦輪噴氣發(fā)動機(jī),燃?xì)鉁u輪的組成,燃?xì)鉁u輪的主要部件也是轉(zhuǎn)子和靜子。,渦輪噴氣

10、發(fā)動機(jī),燃?xì)鉁u輪的工作原理,渦輪噴氣發(fā)動機(jī),尾噴管,渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的燃?xì)獍l(fā)生器后面直接布置了一個尾噴管，燃?xì)庠谖矅姽苤信蛎浖铀伲愿咚儆蓢姽芘懦觯a(chǎn)生推力。,渦輪噴氣發(fā)動機(jī),為了短期內(nèi)提高渦輪噴氣發(fā)動機(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，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_(dá)到增加推力的目的。在加力時，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將成倍增加。,加力燃燒室,渦輪噴氣發(fā)動機(jī),由于渦輪噴氣發(fā)動機(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有不少由燃料燃燒所產(chǎn)生的能量以燃?xì)獾膭幽芎蜔崮艿男问脚懦霭l(fā)動機(jī)，能量損失較大

11、，因此其耗油率較高。,渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的應(yīng)用和不足,渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī),渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的動力渦輪的傳動軸驅(qū)動的是外徑比燃?xì)獍l(fā)生器大的單級或幾級稱為風(fēng)扇的葉片。流入發(fā)動機(jī)的空氣在風(fēng)扇中增壓后，一部分經(jīng)燃?xì)獍l(fā)生器中流過，稱為內(nèi)涵氣流；另一部分經(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。,渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī),渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(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。,渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī),3D演示,渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī),高涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī),渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(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，目前高涵道比、大推力的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)廣泛應(yīng)用于大型運(yùn)輸機(jī)上。,渦輪風(fēng)扇發(fā)動

12、機(jī),此外，加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)由于具有低速時油耗較低，開加力時推重比大的特點(diǎn)，目前已在新一代殲擊機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。,渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī),渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)的燃?xì)饽芰拷^大部分在動力渦輪中膨脹做功，動力渦輪通過減速裝置降低轉(zhuǎn)速后再驅(qū)動螺旋槳，燃?xì)庵惺Ｏ碌暮苌俨糠帜芰吭谖矅姽苤信蛎洠a(chǎn)生一小部分推力 。,渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī),渦輪螺旋槳發(fā)動機(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=0.50.7的飛機(jī)上。但是，由于它的排氣能量損失少，推進(jìn)效率高，所以耗油率低。本世紀(jì)50年代研制的運(yùn)輸機(jī)上采用這種發(fā)動機(jī)的較多，目前其仍是支線旅客機(jī)的主要動力。,渦輪軸發(fā)動機(jī),渦輪軸發(fā)動機(jī)是直升機(jī)的動力，其工作原

13、理和結(jié)構(gòu)基本與渦輪螺旋槳發(fā)動機(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吭趧恿u輪中膨脹，由噴管排出時，氣流速度很低；另外，其輸出軸轉(zhuǎn)速較高，有的渦輪軸發(fā)動機(jī)由動力渦輪直接輸出軸功率，有的則裝有減速較小的減速器。,可轉(zhuǎn)噴口的渦輪噴氣（渦扇）發(fā)動機(jī),可轉(zhuǎn)噴口的渦噴/渦扇發(fā)動機(jī)通常用于垂直起降飛機(jī)，由于其噴口可轉(zhuǎn)向提供沿垂直方向的推力，同時還需利用機(jī)頭、機(jī)尾、翼尖的噴口來進(jìn)行姿態(tài)控制。 英國的鷂式、俄羅斯的雅克-38、雅克-141、美國的F-35都采用了這類發(fā)動機(jī)。,火箭發(fā)動機(jī),概 述,火箭發(fā)動機(jī)的基本參數(shù),火箭發(fā)動機(jī)的類型,火箭發(fā)動機(jī),火箭發(fā)動機(jī)的特點(diǎn)是不僅自帶燃燒劑而且自帶氧化劑。燃燒劑

14、和氧化劑統(tǒng)稱為推進(jìn)劑。由于火箭發(fā)動機(jī)的工作不依靠空氣，因此它是大氣層以外飛行和宇宙航行的主要動力裝置。,概 述,火箭發(fā)動機(jī),一 推力,二 沖量、總沖,三 比沖、比推力,火箭發(fā)動機(jī)的基本參數(shù),火箭發(fā)動機(jī),火箭發(fā)動機(jī)的推力是作用在發(fā)動機(jī)內(nèi)外表面各種力的合力 。,發(fā)動機(jī)的沖量決定于推力的大小和工作時間的長短。定義為推力對工作時間的積分。,比沖是指火箭發(fā)動機(jī)燃燒一千克質(zhì)量推進(jìn)劑所產(chǎn)生的沖量 。,1 推力,2 沖量、總沖,3 比沖、比推力,火箭發(fā)動機(jī),一 液體火箭發(fā)動機(jī),二 固體火箭發(fā)動機(jī),三 固液混合火箭發(fā)動機(jī),火箭發(fā)動機(jī)的類型,火箭發(fā)動機(jī),按推進(jìn)劑組元的數(shù)目，可分為單組元、雙組元和三組元液體火箭發(fā)動

15、機(jī)。 雙組元液體火箭發(fā)動機(jī)的推進(jìn)劑包括燃燒劑和氧化劑；工作時，專門的輸送系統(tǒng)分別將它們送進(jìn)燃燒室。所以液體火箭發(fā)動機(jī)包括推進(jìn)劑輸送系統(tǒng)、流量調(diào)節(jié)控制活門、推力室、冷卻系統(tǒng)和固定零部件的發(fā)動機(jī)架。,液體火箭發(fā)動機(jī),液體火箭發(fā)動機(jī)由液體燃料輸送系統(tǒng)、燃燒室、噴管組成。燃料劑和氧化劑在燃燒室氣化、混合、燃燒，從噴管噴出產(chǎn)生推進(jìn)力。,液體發(fā)動機(jī)組成及工作原理,火箭發(fā)動機(jī),擠壓式：通過高壓氣體的壓力作用推動燃料劑和氧化劑進(jìn)入燃燒室燃燒。 泵式： 使用外部動力驅(qū)動燃燒劑泵和氧化劑泵來輸送推進(jìn)劑。,推進(jìn)劑輸送系統(tǒng),火箭發(fā)動機(jī),推力室 噴注器：將燃料劑和氧化劑氣化噴射進(jìn)入燃燒室。 燃燒室：引燃?xì)鈶B(tài)的燃料劑和氧

16、化劑，使其燃燒產(chǎn)生動力。 噴管：導(dǎo)出燃燒后的氣體產(chǎn)生推進(jìn)力。 推進(jìn)劑 對液體推進(jìn)劑要求：能量高可獲得高比沖或高比沖密度，有良好的物理和化學(xué)安定性，無毒性和金屬腐蝕性，有一種傳熱性好可用于冷卻推力室的組元，粘度小，燃燒性好，成本低。 推進(jìn)劑分氧化劑和燃燒劑。氧化劑：液氧、硝酸、過氧化氫等。燃燒劑：液氫、航空煤油、肼及其衍生物等。,火箭發(fā)動機(jī),固體火箭發(fā)動機(jī)的主要特征之一是推進(jìn)劑直接充填在燃燒室內(nèi)；推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)生能量，同時燃燒產(chǎn)物又作為工質(zhì)經(jīng)噴管排出產(chǎn)生推力。,推進(jìn)劑的種類常用的有膠體推進(jìn)劑和復(fù)合推進(jìn)劑。推進(jìn)劑的燃燒方式目前有三種：端面燃燒、側(cè)面燃燒、端側(cè)面同時燃燒。,火箭發(fā)動機(jī),固體火箭發(fā)動機(jī),固液混合式火箭發(fā)動機(jī)兼有二