燃烧飞行器的动力及隐患

燃烧飞行器的动力及隐患第一页，共二十六页，2022年，8月28日蒙哥尔菲热气球1783年9月19日，蒙哥尔菲兄弟奉命为法国国王路易十六夫妇表演飞行。上午9时许，一只容积1,200立方米的热气球当着3万观众的面，载着绵羊、公鸡和鸭子各一只，升至450（一说518）米高度，在8分钟内飞出3,200米远，并降到一片树林中。这是人类升空飞行前最先用动物所作的飞行器搭乘飞行。法国国王路易十六为此大悦，赐名“蒙哥尔菲气球”。第二页，共二十六页，2022年，8月28日中国古代的飞行器

第三页，共二十六页，2022年，8月28日中国古代的飞行器

火箭第四页，共二十六页，2022年，8月28日近代的飞行器1852年9月24日，法国人亨利·吉法尔制成第一个“机械力气球”，该气球外形不再是球形，而是长43.89米、直径11.9米的枣核形。作了人类第一次有动力载人“可操纵飞行”，飞艇问世了。1937年5月，德国“兴登堡”号飞艇顺利飞跃大西洋，正要在美国新泽西州莱克赫斯特基地着陆时，因撞击建筑物而爆炸起火。飞艇时代结束。第五页，共二十六页，2022年，8月28日近代的飞行器1903年12月17日上午10时35分，德裔美国人、自行车修造匠威尔伯.莱特和奥维尔.莱特兄弟在美国北卡罗来那州基蒂霍克一处叫做“斩魔山”的小山坡上，以重物下落形成的引牵力，将自制飞机“飞行者”号推离地面，进行了被世人公认的人类首次有动力飞机载人飞行！它在12秒的时间内飞出36.58米远。第六页，共二十六页，2022年，8月28日飞行器的分类飞行器轻于空气的飞行器·重于空气的飞行器气球飞艇固定翼飞机旋翼飞机扑翼飞机升力体地效飞行器第七页，共二十六页，2022年，8月28日飞行的条件？第八页，共二十六页，2022年，8月28日明朝的士大夫万户把47个自制的火箭绑在椅子上，自己坐在椅子上，双手举着2只大风筝，然后叫人点火发射。设想利用火箭的推力，加上风筝的力量飞起。不幸火箭爆炸，万户也为此献出了生命。第九页，共二十六页，2022年，8月28日飞行的条件垂直升力现代飞行器大多是重于空气的飞行器，当飞机飞行在空中，就会产生作用于飞机的空气动力，飞机就是靠空气动力升空飞行的如飞机的升力绝大部分是由机翼产生。空气流到机翼前缘，分成上、下两股气流，分别沿机翼上、下表面流过，在机翼后缘重新汇合向后流去。机翼上表面比较凸出，流管较细，说明流速加快，压力降低。而机翼下表面，气流受阻挡作用，流管变粗，流速减慢，压力增大。于是机翼上、下表面出现了压力差，垂直于相对气流方向的压力差的总和就是机翼的升力。

水平动力第十页，共二十六页，2022年，8月28日一、飞机发动机的启动航空燃气涡轮发动机的结构和循环过程，决定了它不能象汽车发动机那样自主的点火起动。因为，在静止的发动机中直接喷油点火，因为压气机没有旋转，前面空气没有压力，就不能使燃气向后流动，也就无法使涡轮转动起来，这样会烧毁燃烧室和涡轮导向叶片。所以，燃气涡轮发动机的起动特点就是：先要气流流动，再点火燃烧，也即是发动机必须要先旋转，再起动。这就是矛盾，发动机还没起动，还没点火，却要它先转动第十一页，共二十六页，2022年，8月28日二、压缩空气的来源压气机是压缩空气最好的来源。采用涡轮带动压气机就可以连续不断的提供飞机所需要的压缩气源。而由于这个燃气涡轮装置提供的气源只要能满足发动机起动的需要就可以了，所以功率，体积相比发动机要小得多，这就使这套燃气涡轮装置可以采用电动机来起动，然后再由这套燃气涡轮装置产生压缩空气来起动发动机，这样就解决了发动机起动时需要大的能量的问题。这套燃气涡轮装置被称作APU（AuxiliaryPowerUnit辅助动力装置）第十二页，共二十六页，2022年，8月28日三、发动机的起动过程起动过程发动机的起动过程是一个能量逐级放大的过程。先由蓄电池提供电源给APU起动电机，带动APU转子旋转；APU达到起动转速后喷油燃烧，把燃料提供的化学能转变为涡轮的机械能，并通过压气机把机械能转换为空气的压力能。由于燃料的加入，APU产生的压缩空气的能量已远远大于蓄电池的能量了最后，发动机上的空气涡轮起动机把APU空气的压力转化为带动发动机核心机转子旋转的机械能，在达到发动机起动转速时喷油点火，最终靠燃料的化学能使发动机进入稳定工作状态。第十三页，共二十六页，2022年，8月28日发动机的分类航空发动机吸气式发动机火箭喷气式发动机活塞式发动机（+螺旋桨）空气喷气式发动机化学火箭发动机非化学火箭发动机第十四页，共二十六页，2022年，8月28日火箭喷气式发动机火箭发动机工作不依赖空气，因此在大气层内外都可以使用。按所喷气流动能来源的不同，又可分为化学火箭发动机（液体火箭发动机，固体火箭发动机，固-液混合发动机）和非化学火箭发动机（电火箭发动机，核火箭发动机）。第十五页，共二十六页，2022年，8月28日活塞式发动机活塞式发动机是利用汽油与空气在密闭容器内混合燃烧，膨胀做功，从而带动螺旋桨转动，由螺旋桨推动空气向后流动而获得拉（推）力。故活塞式发动机必须与螺旋桨配合才能将化学能转化成飞机所需的推动力。航空活塞式发动机的工作原理与汽车上的活塞式发动机工作原理相同，结构相似。第十六页，共二十六页，2022年，8月28日

空气喷气式发动机

———涡轮喷气式发动机涡轮喷气式发动机主要由五部分组成：进气道，压气机，燃烧室，涡轮，尾喷管。其中，压气机+燃烧室+涡轮，称为核心机。第十七页，共二十六页，2022年，8月28日瑞士，1997年11月苏黎世

麦克旦尼尔道格拉斯，飞机三声巨响后后发动机喷火。

第十八页，共二十六页，2022年，8月28日中国香港1997年3月-KaiTak国际(HKG/VHHH)，大西洋航空空中客车340-313，起飞时燃油从起落架渗出，轮胎起火，导致机场关闭1.5小时

第十九页，共二十六页，2022年，8月28日美国-亚利桑那空军基地1985年，麦克旦尼尔道格拉斯F/A-18...大黄蜂，起飞时中心油箱破裂，飞行员随后弹出，飞机报废。

第二十页，共二十六页，2022年，8月28日我国民航发动机故障TB20/B-8914号机燃油系统进水造成飞机起飞时发动机停车引发事故，事故后油箱放水口进行了改装已消除了隐患TB200/B-8830号机发动机汽缸（三号）燃油喷嘴堵塞，造成起飞时发动机过富油停车引发事故。此类故障国外曾有报道，我们在飞行中也曾遇到过程度不同的此类故障，此类故障以后还可能会出现。第二十一页，共二十六页，2022年，8月28日发动机的最佳混合比与极限值余气系数发动机工作时需要汽油和空气按一定的比例混合才能使发动机正常工作理论上一公斤汽油完全燃烧需要15.12（一般取15）公斤空气这是有化学方程式求出的精确值称：理论空气量用L理表示。一公斤汽油实际燃烧所用的空气量称：实际空气量用L实表示。为了表明发动机混合比贫富油的程度引进了余气系数这一参数用α表示及：α=L实/L理。该式表示：α=1时汽油完全燃烧α〈1时发动机处于富油状态

α〉1时发动机处于贫油状态第二十二页，共二十六页，2022年，8月28日发动机的制造是一项难度极大的工作，一台发动机零部件多达上万个，必须使用特殊耐用材料来制造，加工精度要达到微米级。用于军用飞机的高端发动机更是要求能在高温、高速、剧烈机动和频繁调整等极端条件下可靠工作。以喷气发动机的压缩机叶片为例，运转时要能承受高达自身重量20000倍的离心力。至于涡轮叶片，则要能在超过大多数金属熔点的温度环境中正常工作而不发生明显形变，其对于冶金技术要求的难度，无异于用一把冰勺子搅动一锅热汤。第二十三页，共二十六页，2022年，8月28日开发高性能航空发动机需要大量的基础研究，仅就气动优化问题，就需要建立涡轮叶片周围流场变化的精确模型。高压涡轮可以通过技术手段进行强化，但如果其热力学特性发生变化，则在高温条件下膨胀方式也会发生变化，进而可能导致几何外形的非连续性变化，在运转过程中可能发生失效，甚至损坏发动机。这就需要研发部门对流场、疲劳以及可靠性问题进行细致的建模和设计工作。第二十四页，共二十六页，2022年，8月28日我国飞行