《涡轴发动机》ppt课件

1、第十章涡轮轴发动机第十章涡轮轴发动机概论概论 根本任务原理和主要参数根本任务原理和主要参数部件特点部件特点 涡轮轴发动机涡轮轴发动机 燃气发生器后的燃气可用能全部用于驱动燃气发生器后的燃气可用能全部用于驱动动力涡轮而不在喷管内膨胀产生推力动力涡轮而不在喷管内膨胀产生推力 动力涡轮轴上输出的功率可以用来带动直动力涡轮轴上输出的功率可以用来带动直升机的旋翼和尾桨升机的旋翼和尾桨第一节第一节 概论概论 涡轮轴发动机是直升机的动力安装。它的主要特点是燃涡轮轴发动机是直升机的动力安装。它的主要特点是燃气发生器后的燃气所具有的可用能量气发生器后的燃气所具有的可用能量 ，几乎全部经过涡，几乎全部经过涡轮轴输

2、出功率，带动直升机的旋翼和尾桨。轮轴输出功率，带动直升机的旋翼和尾桨。 与活塞式发动机相比，主要的优点：与活塞式发动机相比，主要的优点：首先是分量轻，首先是分量轻， 体积小。同样功率为体积小。同样功率为600kW左右的左右的发动机，它的分量还不到活塞式发动机的三分之一。大发动机，它的分量还不到活塞式发动机的三分之一。大功率的发动机，它们分量那么悬殊更大，采用涡轮轴发功率的发动机，它们分量那么悬殊更大，采用涡轮轴发动机那么更为利。动机那么更为利。其次是涡轮轴发动机其次是涡轮轴发动机 没有往复运动的机件，所以振没有往复运动的机件，所以振动小，噪音小。但必需指出，在单位燃油耗费率方面，动小，噪音小。

3、但必需指出，在单位燃油耗费率方面，目前与目前与 活塞式发动机相比，还有一定的差距。活塞式发动机相比，还有一定的差距。第二节第二节 根本任务原理和主要参数根本任务原理和主要参数 一、自在涡轮式发动机一、自在涡轮式发动机燃气发生器其中带动压气机的涡轮叫做燃气发生器其中带动压气机的涡轮叫做压气机涡轮。在压气机涡轮之后为动压气机涡轮。在压气机涡轮之后为动力力 涡轮，假设与前面的涡轮在机械上涡轮，假设与前面的涡轮在机械上没有联络，称为自在涡轮。没有联络，称为自在涡轮。自在涡轮经过输出轴输出功率自在涡轮经过输出轴输出功率 ， 经减经减速器速器(通常有体内减速器和主减速器通常有体内减速器和主减速器)以低转速

4、和大扭矩带动旋翼，小部分以低转速和大扭矩带动旋翼，小部分功率经过尾桨减速器带动尾桨。这种功率经过尾桨减速器带动尾桨。这种方式的涡轮轴发动机有以下几方面的方式的涡轮轴发动机有以下几方面的优点：优点：1研制比较方便，前后两个部件可分别进展，特别研制比较方便，前后两个部件可分别进展，特别是采用现成的涡轮喷气发动机改型时，是采用现成的涡轮喷气发动机改型时， 更为有利；更为有利；2 起动时只需带动燃气发生器，所以所需求的起动机起动时只需带动燃气发生器，所以所需求的起动机功率较小；功率较小；3 自在涡轮的任务对燃气发生器任务的影响较少，燃自在涡轮的任务对燃气发生器任务的影响较少，燃气发生器的任务比较稳定；

5、气发生器的任务比较稳定；4 燃气发生器和旋翼以各自不同的转速任务，比较有燃气发生器和旋翼以各自不同的转速任务，比较有利于选择各自适宜的转速；利于选择各自适宜的转速；二、定轴式涡轮轴发动机二、定轴式涡轮轴发动机多级涡轮作为一个整体向压气机和减速器轮多级涡轮作为一个整体向压气机和减速器轮 出功率，出功率，相对于自在涡轮工它具有以下优点：主要是便于作相对于自在涡轮工它具有以下优点：主要是便于作前输出轴的构造上的安排。前输出轴的构造上的安排。涡轮轴发动机与涡轮喷气发动机一样，主要的过程参涡轮轴发动机与涡轮喷气发动机一样，主要的过程参数依然是涡轮前燃气温度和压数依然是涡轮前燃气温度和压 气机增压比气机增

6、压比K选涡选涡轮轴发动机不同于涡轮喷气发动机，主要有以下五轮轴发动机不同于涡轮喷气发动机，主要有以下五个性能参数。个性能参数。1、发动机功率、发动机功率Ne2、单位功率、单位功率Ns3、功率分量比、功率分量比4、单位燃油耗费率、单位燃油耗费率5、发动机剩余推力、发动机剩余推力 发动机转子转速必需经过减速器减速后驱动旋翼。发动机转子转速必需经过减速器减速后驱动旋翼。 直升机不同飞行形状所要求的不同功率可以经过直升机不同飞行形状所要求的不同功率可以经过改动旋翼转速和旋翼桨距实现。改动旋翼转速和旋翼桨距实现。 旋翼桨叶尺寸很大，发动机转子转速必需经过减旋翼桨叶尺寸很大，发动机转子转速必需经过减速器减

7、速后驱动旋翼。速器减速后驱动旋翼。 旋翼转速改动带来离心力的很大变化，希望旋翼旋翼转速改动带来离心力的很大变化，希望旋翼转速恒定，由自在涡轮来驱动旋翼将极为方便。转速恒定，由自在涡轮来驱动旋翼将极为方便。 旋翼恒速即自在涡轮恒速，功率的改动那么靠桨旋翼恒速即自在涡轮恒速，功率的改动那么靠桨距改动，相应改动燃气发生器转速实现。距改动，相应改动燃气发生器转速实现。第三节第三节 部件特点部件特点 一、进气安装一、进气安装直升机的飞行速度较低，压气机进口的流速直升机的飞行速度较低，压气机进口的流速总是大于飞行速度。所以进气系统为收敛总是大于飞行速度。所以进气系统为收敛管道的管道的 进气系统。直升机任务

8、的环境，起进气系统。直升机任务的环境，起飞和着陆普通不在专门的机场上，例如在飞和着陆普通不在专门的机场上，例如在沙漠、草原、沙漠、草原、 高山等地都有能够，发动机高山等地都有能够，发动机特别容易遭到外物的侵袭。特别容易遭到外物的侵袭。二、压气机二、压气机 在小型涡轮轴发动机上采用单级离心或双级在小型涡轮轴发动机上采用单级离心或双级离心压气机，除了在效率方面的思索和离心离心压气机，除了在效率方面的思索和离心式压式压 气机所固有的任务比较稳定之外，还有气机所固有的任务比较稳定之外，还有三方面的优点值得提出，一是构造简单，可三方面的优点值得提出，一是构造简单，可降低制造降低制造 和维护本钱；二是抗外

9、特击伤的性和维护本钱；二是抗外特击伤的性能比轴流式要好得多；三是与轴流式压气机能比轴流式要好得多；三是与轴流式压气机叶片相比，抗叶片相比，抗 高频疲劳性能比较好，可延伸高频疲劳性能比较好，可延伸运用寿命。运用寿命。 三、熄灭室三、熄灭室 对于小型涡轮轴发动机的熄灭室，主要存在对于小型涡轮轴发动机的熄灭室，主要存在以下两个问题：一是供油量小，而喷嘴的出以下两个问题：一是供油量小，而喷嘴的出口孔口孔 径和压降都不太小。这就限制了喷嘴的径和压降都不太小。这就限制了喷嘴的数目，因此呵斥燃油分布不合要求，导致温数目，因此呵斥燃油分布不合要求，导致温度场极不度场极不 均匀。为此，可采取经过发动机轴均匀。为

10、此，可采取经过发动机轴中心甩盘供油的方式。中心甩盘供油的方式。 二是发动机的其他各部件尺寸按发动机功率二是发动机的其他各部件尺寸按发动机功率的大小根本上可成比例的减少，而思索到熄的大小根本上可成比例的减少，而思索到熄灭完全灭完全 的程度，燃料在熄灭室中必需有一定的程度，燃料在熄灭室中必需有一定的停留时间，这样，熄灭室的长度就不能成的停留时间，这样，熄灭室的长度就不能成比例地缩短。由此而引起对熄灭室壁面冷却比例地缩短。由此而引起对熄灭室壁面冷却的负担和涡轮轴的长度添加，使刚性变差。的负担和涡轮轴的长度添加，使刚性变差。为此常采用回流式的熄灭室。这种构造还便为此常采用回流式的熄灭室。这种构造还便于

11、检查热部件任务的情况，对维护工于检查热部件任务的情况，对维护工 作有利。作有利。 四、涡轮四、涡轮 小型涡轴发动机的涡轮，与压气机类似，二小型涡轴发动机的涡轮，与压气机类似，二次流动损失大，当前小型轴流式涡轮，主要次流动损失大，当前小型轴流式涡轮，主要的也的也 是冷却问题。高压级叶片尺寸小，而冷是冷却问题。高压级叶片尺寸小，而冷却流路的缝隙不能够按比例减少，其结果使却流路的缝隙不能够按比例减少，其结果使得占相当得占相当 大比例的空气流量不能参与作功，大比例的空气流量不能参与作功，用于冷却。这样会影响发动机方面的性能。用于冷却。这样会影响发动机方面的性能。在这方面当前在这方面当前 努力的方向是在

12、占一定比例的努力的方向是在占一定比例的冷却空气流量下，提高它的冷却效果，从而冷却空气流量下，提高它的冷却效果，从而使涡轮前燃气温度使涡轮前燃气温度 有能够作进一步提高。有能够作进一步提高。 五、排气喷管五、排气喷管 动力涡轮后的燃气普通依然具有较高的流速，动力涡轮后的燃气普通依然具有较高的流速，而静压低于外界大气压。这是涡轮任务的需而静压低于外界大气压。这是涡轮任务的需求求 ，可添加轴的输出功率。气流经过排气喷，可添加轴的输出功率。气流经过排气喷管，其静压提高，流速管，其静压提高，流速 降低，到喷管的出口降低，到喷管的出口时，时， 在静压等于外界大气压的条件下，以相在静压等于外界大气压的条件下

13、，以相当低的流速排出外界。所以，排气喷管是起当低的流速排出外界。所以，排气喷管是起扩压的作扩压的作 用。减少喷管的扩压损失，也就意用。减少喷管的扩压损失，也就意味着力涡轮能获得更多的功。味着力涡轮能获得更多的功。六、减速器六、减速器动力涡轮的转速较高，而旋翼的转速较低，相动力涡轮的转速较高，而旋翼的转速较低，相差近百倍，因此就要有减速器。由于减速比差近百倍，因此就要有减速器。由于减速比大大 ，要有多级减速，才干实现功率的传送。，要有多级减速，才干实现功率的传送。在构造上，通常分体内减速器和主减速器。在构造上，通常分体内减速器和主减速器。前者被前者被 以为是发动机的一个组成部件，后者以为是发动机

14、的一个组成部件，后者被以为是独立于发动机的一个部件。对于多被以为是独立于发动机的一个部件。对于多发安装，那么发安装，那么 多个发动机共同合用一个主减多个发动机共同合用一个主减速器。对减速器，除了任务可靠之外，主要速器。对减速器，除了任务可靠之外，主要的要求是分量轻和的要求是分量轻和 效率高。效率高。要求减轻减速器的分量要求减轻减速器的分量 非常重要的问题之一。非常重要的问题之一。 七、调理规律七、调理规律1自在涡轮式自在涡轮式 对涡轮轴发动机最大任务形状的调理，假设采用燃对涡轮轴发动机最大任务形状的调理，假设采用燃气发生器转速气发生器转速N1作为被调参数，那么可取作为被调参数，那么可取 供油量

15、供油量Gf作为调理作用量。作为调理作用量。 供油量添加，意味着涡轮前燃气温度添加，燃气发供油量添加，意味着涡轮前燃气温度添加，燃气发生器转速生器转速N1上升，这时候自在涡轮转速也相应上升。上升，这时候自在涡轮转速也相应上升。当旋翼的桨距角当旋翼的桨距角增大时，旋翼上的气动扭矩添加。增大时，旋翼上的气动扭矩添加。假设要维持转速假设要维持转速N2不不 变，那么所需功率也要增大。变，那么所需功率也要增大。 实践情况，两个参数相互间是有牵连的。所以，普实践情况，两个参数相互间是有牵连的。所以，普通说一个调理作用量只能调理通说一个调理作用量只能调理 一个被调参数。一个被调参数。 七、调理规律七、调理规律

16、1自在涡轮式自在涡轮式 对涡轮轴发动机最大任务形状的调理，假设采用燃对涡轮轴发动机最大任务形状的调理，假设采用燃气发生器转速气发生器转速N1作为被调参数，那么可取作为被调参数，那么可取 供油量供油量Gf作为调理作用量。作为调理作用量。 供油量添加，意味着涡轮前燃气温度添加，燃气发供油量添加，意味着涡轮前燃气温度添加，燃气发生器转速生器转速N1上升，这时候自在涡轮转速也相应上升。上升，这时候自在涡轮转速也相应上升。当旋翼的桨距角当旋翼的桨距角增大时，旋翼上的气动扭矩添加。增大时，旋翼上的气动扭矩添加。假设要维持转速假设要维持转速N2不不 变，那么所需功率也要增大。变，那么所需功率也要增大。 实践

17、情况，两个参数相互间是有牵连的。所以，普实践情况，两个参数相互间是有牵连的。所以，普通说一个调理作用量只能调理通说一个调理作用量只能调理 一个被调参数。一个被调参数。2定轴式定轴式 功率匹配：功率匹配： 直升机大多采用多台发动机，它们驱动共直升机大多采用多台发动机，它们驱动共同的旋翼。同的旋翼。 所以希望每台发动机的输出功率一样即功所以希望每台发动机的输出功率一样即功率匹配，这对直升机的强度是有利的。率匹配，这对直升机的强度是有利的。 匹配最大原理：假设运用两台发动机，将匹配最大原理：假设运用两台发动机，将两台发动机的扭矩做比较。输出扭矩大的两台发动机的扭矩做比较。输出扭矩大的发动机不做改动，

18、输出扭矩小的发动机将发动机不做改动，输出扭矩小的发动机将添加燃油流量，增大输出扭矩，直到与扭添加燃油流量，增大输出扭矩，直到与扭矩大的发动机相等。这称为匹配最大原理，矩大的发动机相等。这称为匹配最大原理，它可以防止扭矩负载分配回路将好的发动它可以防止扭矩负载分配回路将好的发动机功率减少去匹配功率遭到限制的发动机。机功率减少去匹配功率遭到限制的发动机。为直升机提供动力的多台发动机输出扭矩相加，为直升机提供动力的多台发动机输出扭矩相加，并且与预定的扭矩限制值比较。假设总扭矩超并且与预定的扭矩限制值比较。假设总扭矩超限，将同时减少各台发动机的燃油流量减少输限，将同时减少各台发动机的燃油流量减少输出扭矩。出扭矩。自在涡轮动力涡轮转速调理器，一直坚持自在涡轮动力涡轮转速调理器，一直坚持动力涡轮转速等于选的基准值，用于坚持旋翼动力涡轮转速等于选的基准值，用于坚持旋翼转速恒定。转速恒定。排气温度限制器坚持涡轮温度不超限。排气温度限制器坚持涡轮温度不超限。 可用功率轴功率杆和负载要求轴桨距杆可用功率轴功率杆和负载要求轴桨距杆 直升机有可用功率轴和负载要求轴，方式上类似于普通发直升机有可用功率轴和负载要求轴，方式上类似于普通发动机的功率杆和停车杆，但功能不同。动机的功率杆和停车杆，但功能不同。 直升机的可用