飞机发动机原理

治理提示：本帖被大秦从航空航天生产与制造工艺移动到本区(2023-10-01)治理提示：本帖被大秦从航空航天生产与制造工艺移动到本区(2023-10-01)飞机发动机原理——涡轮螺旋桨发动机扇发动机来说，假设飞行速度肯定，要提高飞机的推动效率，也就是要降低排气速度和飞行速度的差值，需要加大涵道比；而同时随着发动机材料和构造工艺的提高，许用的涡轮前温度也不断提高，这也要求相应地增大涵道比。对于一架低速〔500～600km/h〕的飞机来说，在肯定的涡轮前温度下，其适当的涵道比应为50以上，这明显是发动机的构造所无法承受的。轮螺旋桨发动机，简称涡桨发动机。涡轮螺旋桨发动机由螺旋桨和燃气发生器组成，螺旋桨1000转/分，为使涡轮和螺旋桨都工作在正常的范围内，需要在它们之间安装一个减速器，将涡轮转速降至格外之一左右后，才可驱动螺旋桨。这种减速器的负荷重，构造简单，制造本钱高，它的重量一般相当于压气机和涡轮的总重，作为发动机整体的一个部件，减速器在设计、制造和试验中占有相当重要的地位。涡轮螺旋桨发动机的螺旋桨后的空气流就相当于涡轮风扇发动机的外涵道道比的涡轮风扇发动机。的不同，涡轮螺旋桨发动机的主要功率输出方式为螺旋桨的轴功率，而尾喷管喷出的燃气推力微小，只占总推力的5%左右，为了驱动大功率的螺旋桨，涡轮级数也比涡轮风扇发动2～6级。重比〔功率/重量〕也大，最大功率可超过10000马力，功重比为4以上；而活塞式发动机2左右。其次，由于削减了运动部件，尤其是没有做往复运动机高很多。在耗油率方面，二者相差不多，但涡轮螺旋桨发动机所使用的煤油要比活塞式发动机的汽油廉价。效率的影响，它的适用速度不能太高，一般要小于900km/h。目前在中低速飞机或对低速性能有严格要求的巡逻、反潜或灭火等类型飞机中的到广泛应用。飞机发动机原理——螺桨风扇发动机螺桨风扇发动机螺桨风扇发动机是一种介于涡轮风扇发动机和涡轮螺旋桨发动机之间的一种发动机形式目标是将前者的高速性能和后者的经济性结合起来，目前正处于争论和试验阶段。螺桨风扇发动机的构造它由燃气发生器和一副螺桨-风扇〔由于实在无法给这个又象螺旋桨又象风扇的东东起个名字，只好叫它螺桨-风扇〕组成。螺桨-风扇由涡轮驱动，无涵道外壳，装有减速器，从这些来看它有一点象螺旋桨；但是它的直径比一般螺旋桨小，叶片数目也多〔6～8叶〕，涡轮风扇发动机的原理在飞行速度不变的状况下，涵道比越高，推动效率就越高，因此现代型不加力涡轮风扇发动机的涵道比越来越大，已经接近了构造所能承受的极限；而去掉了涵道的涡轮螺旋桨发动机尽管效率较高，但由于螺旋桨的速度限制无法应用于M0.8~M0.95的现代高亚音速大型宽体客机，螺桨风扇发动机的概念则应运而生。由于无涵道外壳，螺桨风扇发动机的涵道比可以很大，以正在争论中的一种发动机为例，在飞行速度为M0.8时，带动的空气量约为内涵空气流量的100倍，相当于涵道比为100，这是涡轮风扇发动机所望尘莫及的，将其应用于飞机上，可将高空巡航耗油率较目前15%左右。同涡轮螺旋桨发动机相比，螺桨风扇发动机的可用速度又高很多，这是由它们叶片形状不同所打算的。一般螺旋桨叶片的叶型厚度大以保证强度，弯度大以保证升力系数，从剖一旦接近音速，效率就急剧下降，因此装有涡轮螺旋桨发动机的飞机速度限制在M0.6~M0.65左右；而螺桨-风扇的既宽且薄、前缘锋利并带有后掠的叶型则类似于超音速机翼的剖面外形，这种叶型的跨音速性能就要好的多，在飞行速度为M0.8时仍有良好的推动效率，是目前型发动机中最有期望的一种。固然，螺桨风扇发动机也有其缺点，由于转速较高，产生的振动和噪音也较大，这对舒适性有严格要求的客机来讲是一个难题。另外，暴露在空气中的螺桨-风扇的气动设计也是目前争论的难点所在。飞机发动机原理——冲压喷气发动机冲压喷气发动机的诞生早在1913年，法国工程师雷恩•洛兰就提出了冲压喷气发动机的设计，并获得专利。但当时没有相应的助推手段和相应材料，只停留在纸面上。1928年，德国人保罗•施米特开头1934年时，施米特和G•马德林提出了以冲压发动机为动力的“飞行炸弹”，于1939V-1图将冲压喷气发动机用在战斗机上。1941年，特劳恩飞机试验所主任、物理学家欧根•森格尔博士在吕内堡野外进展了该类型发动机的试验，但最终未能产生具有实用意义的发动机型号。冲压喷气发动机的原理冲压喷气发动机的核心在于“冲压”两字。冲压发动机由进气道〔也称扩压器〕、燃烧室、推动喷管三部组成，比涡轮喷气发动机简洁得多。冲压是利用迎面气流进入发动机后减速、提高静压的过程。这一过程不需要高速旋转的简单的压气机，是冲压喷气发动机最大的优势所在。进气速度为3倍音速时，理论上可使空气压力提高37倍，效率很高。高速气流经扩张减速，气压和温度上升后，进入燃烧室与燃油混合燃烧。燃烧后温度为2023一2200℃，甚至更高，经膨胀加速，由喷口高速排出，产生推力。因此，冲压发动机的推力与进气速度有关。以3倍音速进气时，在地面产生的200千牛。冲压喷气发动机原理图/冲压组合发动机、整体式火箭冲压发动机等。冲压喷气发动机目前分为亚音速、超音速、超群音速三类。亚音速冲压发动机不超过1.89，飞行马赫数小于0.5时一般不能正常工作。亚音速冲压发动机用在亚音速航空器上，如亚音速靶机。超音速冲压发动机超音速冲压发动机承受超音速进气道〔燃烧室入口为亚音速气流〕和收敛形或收敛集中形喷管，用航空煤油或烃类燃料。超音速冲压发动机的推动速度为亚音速倍音速，用于超音速靶机和地对空〔一般与固体火箭发动机相协作〕。由于超音速冲压发动机的燃烧室入口为亚音速气流，也可称为亚音速冲压发动机。超群音速冲压发动机这种发动机燃烧在超音速下进展，使用碳氢燃料或液氢燃料，飞行马赫数高达5～16，目前超群音速冲压发动机正处于研制之中。冲压喷气发动机的优缺点冲压发动机的优势在于构造简洁、重量轻、体积小、推重比大、本钱低。简洁的说就是一个带燃油喷嘴和和点火装置的筒子。因此常用于无人机、靶机、等低本钱或一次性的飞行飞机、先进反舰等。装置。通常的解决方法是增加一个助推器，使飞行器获得肯定的飞行速度，然后再启动冲1993年研制的先进冲压发动机外形飞机发动机原理——涡轮轴发动机涡轮轴发动机的诞生1951年12月。作为直升机的型动力，兼有喷气发动机和螺旋桨发动机特点的涡轮轴令直升机的进展更进一步喷气发动机。在1950年时，透博梅卡(Turbomeca)公司研制成“阿都斯特-1”(Artouste-1)涡轮轴发动机。206千瓦(280轴马力)，成为世界上第一台有用的直升机涡轮轴发动机。首先装用这种发动机的是美国贝尔直升机公司生产的Bell47(XH-13F)，195450发动机开头为直升机设计者所大量承受。涡轮轴发动机的原理而来，涡桨发动机驱动螺旋桨，涡轮轴发动机则驱动直升机的旋翼轴获得升力和气动掌握机一般没有自由涡轮。机，它特地用于输出功率，类似于汽轮机。做功后排出的燃气，经尾喷管喷出，能量已经机机体构造的需要，涡轮轴发动机喷口可敏捷安排，可以向上，向下或向两侧，而不肯定气动上有着亲热联系。对这两种涡轮，在气体热能安排上，需要随飞行条件的转变而适当调整，从而取得发动机性能与直升机旋翼性能的最优组合。涡轮轴发动机剖视示意图心发动机，所协作的旋翼直径越大，在旋翼上所产生的升力就越大。但能量转换过程总是5001000倍。直升机飞得没有固定翼飞机快，最大平飞速度通常在350千米/小时以下，因此涡轮轴发动机的进气口设计也较为敏捷。通常把内流进气道设计为收敛形，驱使气流在收敛时加速流淌，令流场更加均匀。进口唇边呈流线形，适合亚音速流线要求，避开气流分别，保证压气机的稳定工作。此外，由于直升机飞得离地面较近，一般必需去除进气中杂质，通常都有粒子，使进气中的砂粒由于质量较大，在弯道处获得较大的惯性力，被甩出主气流之外，通过分流排出进气道之外。动机排气是直升机主要热辐射源之一。作战直升机必需减小自身热辐射强度，要承受红外抑制技术。一方面，要设法降低发动机外露热部件的外表温度，更重要的是，要将外界冷空气引入并混合到高温徘气热流中，从而降低温度，冲淡二氧化氯的浓度，降低红外特征。系统进展设计制造。我们知道，压气机包括分为轴流式和离心式两种。轴流式压气机，面积小、流量大；离心式构造简洁、工作较稳定。涡轮轴发动机从纯轴流式开头，进展了单级离心、双级离心到轴流一级离心构成组合压气机，兼有两者的优点。国产涡轴-6、涡轴-811级离心构成的组合压气机；“黑鹰”T70051级离心压气机。压气机部件主要包括进气导流器、压气机转子、压气机静子及防喘装置等。压气机转子是一呈辐射外形铸在叶轮外部。压气机静子由压气机壳体和静止叶片组成。转子旋转时，通过转子叶片迫使空气向后流淌，不仅加速了空气，而且使空气受到压缩，转子叶片后面的空气压涡轮轴发动机剖视图，用于直升机涡轮风扇发动机图片涡轮风扇发动机的诞生二战后，随着时间推移、技术更，涡轮喷气发动机显得缺乏以满足型飞机的动力需求。尤其是二战后快速进展的亚音速民航飞机和大型运输机上述机种的航程缩短。因此一段时期内消灭了较多的使用涡轮螺旋桨发动机的大型飞机。实304050年月，早期涡扇发动机开头了试验。但由于对风扇叶片设计制造的要求格外高。因此直到60年月，人们才得以制造出符合涡扇发动机要求的风扇叶片，从而揭开了涡扇发动机有用化的阶段。50年月，美国的NACA(NASA美国航空航天治理局的前身)对涡扇发动机进展了格外重要的科研工作。5556年争论成果转由通用电气公司(GE)连续深入进展。GE1957年成功推出了CJ805-23型涡扇发动机，马上打破了超音速喷气发动机的大量纪录。但最早的有用化的涡扇发动机则是普拉特•惠特尼(Pratt&Whitney)公司的JT3D涡扇发动机。实际上普•惠公司启动涡扇研制工程要比GEGE在研制CJ805匆JT3D。1960•罗伊斯公司的“康威”(Conway)涡扇发动机开头被波音707大型远程喷气客机承受，成为第一种被民航客机使用的涡扇发动机。60年月洛克西德“三星”客机和波音747“珍宝”客机承受了罗•罗公司的RB211-22B不加力式涡扇发动机实际上较为简洁识别，其外部有始终径很大的风扇外壳涡轮风扇发动机的原理动机的效率包括热效率和推动效率两个局部件下，提高涡轮前温度，自然会使排气速度加大。而流速快的气体在排出时动能损失大。因此，片面的加大热功率，即加大涡轮前温度，会导致推动效率的下降。要全面提高发动机效实际上就是涡轮喷气发动机的前方再增加了几级涡轮，这些涡轮带动肯定数量的风扇。风扇吸入的气流一局部如一般喷气发动机一样，送进压气机(术语称“内涵道”)，另一局部则直接从涡喷发动机壳外围向外排出(“外涵道”)的涡轮构造和增大风扇直径，使更多的燃气能量经风扇传递到外涵道，从而避开大幅增加味着油耗低，飞机航程变得更远。加力式涡扇发动机不加力式涡扇发动机涡轮风扇发动机的优缺点如前所述，涡扇发动机效率高，油耗低，飞机的航程就远。产涡扇发动机。涡扇发动机价格相对昂扬，不适于要求价格低廉的航空器使用。涡轮喷气发动机的诞生力量。但到了三十年月末，航空技术的进展使得这一组合到达了极限。螺旋桨在飞行速度到达800千米/小时的时候，桨尖局部实际上已接近了音速，跨音速流场使得螺旋桨的效率急剧下降，推力不增反减。螺旋桨的迎风面积大，阻力也大，极大阻碍了飞行速度的提高。同时随着飞行高度提高，大气淡薄，活塞式发动机的功率也会减小。动机产生反作用力，推动飞机向前飞行。早在1913年，法国工程师雷恩•洛兰就提出了冲压喷气发动机的设计，并获得专利。但当1930年，英国人弗兰克•惠特尔获得了燃气涡轮发动机专利，这是第一个具有有用性的喷气发