涡轮发动机的工作原理、特点

1、一.涡轮发动机的工作原理、特点答:1.燃气涡轮喷气发动机工作原理:航空燃气涡轮喷气发动机是一种热机,将燃油燃烧释放出的热能转变为流经发动机气流的动能。由于气流的速度增加而直接产生反作用推力,因此,这种发动机既是热机也是推进器特点:与航空活塞发动机相比,燃气涡轮喷气发动机结构简单,重量轻,推力大,推进效率高,而且在很大的飞行速度范围内,发动机的推力随飞行速度的增加而增加,然而其较高的耗油率逐渐被涡扇发动机所替代。2.涡轮风扇发动机组成:进气道、风扇、低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮和喷管工作原理:涡扇发动机内路的工作情形与涡喷发动机相同。即流入内含的空气通过高速旋转的风扇,低压

2、压气机和高压压气机对空气做功,压缩空气,提高空气压力。高压空气在燃烧室内和燃气混合,燃烧,将化学能转变为热能,形成高温高压的燃气。高温高压燃气首先在高压涡轮内膨胀,推动高压涡轮旋转,去带动高压压气机,然后再低压涡轮内膨胀,推动低压涡轮旋转,去带动低压压气机和风扇,最后燃气通过喷管排入大气产生反作用推力。特点:与涡喷发动机相比,涡扇发动机具有推力大,推进效率高,噪音低,在一定的飞行速度范围内燃油消耗率低等优点。但涡扇发动机结构复杂,速度特性差。目前民航干线飞机大多装配涡扇发动机。二.轴流式压气机的基元增压原理答:轴流式压气机主要是利用扩散增压的原理来提高空气压力的。(根据气动知识得知亚音速气流流

3、过扩张形通道时速度降低,压力升高。参数分析。基元级组成:由工作叶栅和整流器叶栅组成,两处叶栅通道均是扩形的三.压气机转子的结构形式分析图3-40答:(图3-40为CFM56发动机风扇后增压级转子,鼓筒靠精密螺栓固定于风扇轮盘后端,其外圆上作出三道凸缘,用拉刀一次拉出三级燕尾形榫槽,因此三级叶片数目相同,虽然对性能有一定影响,但加工却大大地简化轴流式压气机转子的基本结构型式有三种:鼓式盘式鼓盘式特点鼓式:结构简单、零件数目少、加工方便、有较高的抗弯刚度,但由于受到强度的限制,目前在实际中应用的不广泛。盘式:强度好,但抗弯刚性差,并容易发生振动。目前这种简单的盘式转子只用于单盘或小流量的压气机上。

4、鼓盘式:这种转子兼有鼓式转子抗弯性好和盘式转子强度高的优点在发动机广泛应用。四.燃烧室的分类工作过程优缺点分类:管型燃烧室,环型燃烧室,管环型燃烧室。工作过程:发动机工作时,被压气机压缩的空气,进入燃烧室,它一边向后流动,一边与喷嘴喷出的燃油混合,组成混合气。发动机起动时,混合气由点火装置产生的火花点燃:起动后,点火装置不再产生火花,新鲜混合气全靠已燃混合气的火焰引火而燃烧。混合气在燃烧室内燃烧时,喷嘴喷出的燃油与燃烧室中流动的空气不断混合组成新的混合气,以供连续不断的燃烧之用,这样就形成了燃边油与空气混合边燃烧的连续不断的燃烧过程。(特点:a 燃油是在高速气流中进行燃烧的:b 燃烧室出口燃气

5、的温度受到涡轮叶片的材料的限制优缺点管型:便于单独实验、试验时需要的气量小、便于检查更换、火焰筒结构简单、环形面积利用率低、迎风面积大、重量大、点火性能较差、总压损失大、出口温度分布不均匀。管环型:便于实验、试验时需要的气量较小、较便于检查更换、火焰筒结构较复杂、环形面积利用率较高、迎风面积较大、重量较大、点火性能较差、总压损失较大、出口温度分布较不均匀。环型:不便于单独实验、试验时需要的气量大、不便于检查更换、火焰筒结构简单、环形面积利用率高、迎风面积小、重量轻、点火性能好、总压损失较小、出口温度分布均匀。五.用短螺栓连接的可拆卸转子图3124JT3D发动机盘轴用短螺栓连接答:如图,为JT3

6、D发动机单级高压涡轮转子采用的短螺栓连接机构。靠盘与轴间压紧的圆柱面保证装配时的定心,采用24个精密螺栓连接,保证工作时定心并传递负荷。轮盘前端伸出一段较长的薄壁筒,上面开有冷却空气通气孔,可以减少盘向轴的传热量。轴承内环内表面开有轴向槽。滑油从此槽中引入润滑油冷却轴承。它不仅可减少向轴承传热,还可以改善轴承的冷却效果。涡轮轴后端壁向盘方向凹入,可以缩短盘与轴间的距离,但轴的受力状态不好,因此轴做得较厚些。精密螺栓保证工作定心的原理是强迫盘轴连为一体而不产生相互移动。工作状态下,盘轴变形相差很大时,螺栓及孔边有较大的附加应力,加上孔边本来应力集中严重,就有可能使孔产生塑性变形,以致影响定心精度

7、。因此,在图中使螺栓所在的盘轴连接面远离轮盘,安装边的变形受轮盘影响小,温度也较盘身低,这样不会造成连接处有很大的变形差,工作时也较可靠。在有的发动机中,将精密螺栓做成锥形六.喷管的功用喷管安装在涡轮后面,也是燃气涡轮发动机的一个重要部件。喷管主要功用:是将从涡轮流出的燃气膨胀加速,将燃气一部分热焓转变为动能,提高燃气速度,使燃气以很大速度排出,这样可以产生很大反作用推力;其次是通过反推力装置改变喷气方向,使向后的喷气变为向斜前方的喷气,产生反推力,以迅速降低飞机落地的滑跑的速度,缩短飞机的滑跑距离;第三是降低发动机的排气噪音最后是可通过调节喷管的临界面积来改变发动机的工作状态(喷管分为亚音速

8、喷管和超音速喷管。亚音速喷管是收敛形的管道,而超音速喷管是先收敛后扩张形的管道七.如何保证稳态下的共同工作飞行高度升高时,由于大气密度减小,进入发动机的空气流量减少,压气机功率和涡轮功率都随之减小,这时若供油量保持不变,则由于空气流量的减小,还要引起涡轮前燃气总温的升高,使涡轮功增大,涡轮功率就会比压气机功率减少的少一些,因此涡轮功率大于压气机功率,发动机转速就会增大,为了保持发动机转速不变,随着飞行高度的升高,应该适当地减少供油量来控制涡轮前燃气总温,使涡轮功率等于压气机功率。八.滑油系统的功用发动机滑油系统提供滑油润滑,冷却和清洁发动机轴承和齿轮润滑:减少摩擦力,减小摩擦损失;其原理是相互

9、运动部件表面的有一层一定厚度的油膜所覆盖,金属与金属不接触,而是油膜与油膜相接触,这就是相互运动中减少了摩擦冷却:降低温度,带走热量;其原理是滑油从轴承和其它温度高的部件吸引了热量,在散热器又将热量传递给燃油或空气,从而达到了冷却的目的。清洁:滑油在流过轴承或其它部件时将磨损下来的金属微粒带走,在滑油滤中将这些金属微粒从滑油中分离出来,达到清洁的目的。防腐:其原理在金属部件表面有一层一定厚度的油膜所覆盖,将金属与空气隔离开,使金属不直接与空气接触,从而防止氧化和腐蚀。除此之外,滑油系统还为其它系统提供工作介质、封严、并是发动机状态的载体九.起动过程的定义和过程定义:使发动机转子的转速由零增加到

10、慢车转速的过程称为起动过程过程:第一个阶段带动发动机转子加速的驱动力来自起动机,也就是由起动机单独带动发动机转子加速。其转速由零增加到喷油点火时的转速第二个阶段带动发动机转子加速的驱动力来自起动机和涡轮转子,也就是起动机和涡轮转子共同带动发动机转子加速。其转速由喷油点火时的转速增加到起动机脱开时的转速。第三个阶段带动发动机转子加速的驱动力来自涡轮转子,也就是由涡轮转子单独带动发动机转子加速。其转速由起动机脱开时的转速增加到慢车转速。十.单元体结构答:单元体设计概念是将发动机分成若干个结构上独立的能在外场甚至在飞机上拆换的单元体。单元体结构容易分解,预装配,平衡、安装、便于维修。这使得有单元体更

11、换能力的车间可以进行单元体的更换而不必完全分解发动机。单元体结构设计可是发动机被分解成一定数量的大组件,意味着不给出整台发动机的寿命,而只给出发动机某些零件的寿命,适合于视情维修。十一.转子支承方案表达答:发动机中,转子采用几个支承结构(支点,安排在何处,称为转子支承方案。转子支承方案表示方法:转子支点的数目与位置,常用转子支承方案代号来表示。两条前后排列的横线分别代表压气机转子和涡轮转子,两条横线前后及中间的数字表示支点的数目。单转子支承方案1.四支点支承方案2.三支点支承方案3.两支点支承方案(双转子发动机相比于单转子的优点1.双转子发动机具有相同设计增压比的单转子发动机相比,可以使压气机在更广阔的转速相似参数范围内稳定工作,是防止压气机喘振的有效措施之一。2.双转子发动机与单转子发动机相比,可以产生更大的推力,这是因为双转子发动机的压气机具有更高的增压比3.双转子发动机在低转速下具有较高的压气机效率和