大飞机知识 来源:乐鱼官方网站在线登录/资质    发布时间:2023-11-15 21:34:10   阅读:1

  为航空器提供动力,推动航空器前进的装置,称为航空动力装置,也称为航空推进系统。它包括航空发动机以及为保证其正常工作所必需的系统和附件,如进排气系统、燃油系统、滑油系统、点火系统、起动系统和防火系统等。

  发动机是动力装置的核心部件,是飞机动力源,它的性能对飞机性能有极重要的影响。人们常形象地称之为飞机的心脏

  航空发动机可大致分为3种类型:活塞式航空发动机、燃气涡轮发动机(喷气式发动机)以及冲压发动机。

  它是早期在飞机或直升机上应用的航空发动机,用于带动螺旋桨或旋翼。大型活塞式航空发动机的功率可达2500千瓦。后来为功率大、高速性能好的燃气涡轮发动机所取代。但小功率的活塞式航空发动机仍广泛地用于轻型飞机、直升机及超轻型飞机。

  它是现代飞机和直升机上应用最广的发动机,包括涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机,都具有压气机、燃烧室和燃气涡轮。涡轮螺旋桨发动机大多数都用在时速小于700千米的飞机;涡轮轴发动机主要用作直升机的动力;涡轮风扇发动机大多数都用在速度更高的飞机;涡轮喷气发动机大多数都用在超声速飞机。

  它的特点是无压气机和燃气涡轮,进入燃烧室的空气利用高速飞行时的冲压作用来增压。它构造简单、推力大,非常适合于高速高空飞行。由于不能自行气动和低速性能不好,限制了它在航空器上的应用,仅用在导弹和在空中发射的靶弹上。

  为航空器提供飞行动力的往复式内燃机称为活塞式发动机。活塞式发动机将燃料的热能转变为机械能,该机械能带动螺旋桨旋转而产生拉力(推力),使飞机前进。活塞式发动机是热机,螺旋桨是推进器,两者合起来称为活塞式动力装置,如图1所示。

  飞机上采用的一般都是四行程活塞式发动机,其基本工作过程如图2所示,分为进气行程、压缩行程、膨胀行程(作功行程)和排气行程。

  从进气行程开始到排气行程结束,活塞移动四个行程,完成五个过程——进气、压缩、燃烧、膨胀和排气过程,曲轴旋转两圈,发动机完成一个工作循环。然后重复上述四个行程,发动机不断地工作对外做功。

  以上讲述的是一个汽缸内的四个行程,实际上航空活塞式发动机一般都是多缸的,汽缸数目可多达十几个,个别的甚至更多,并呈辐射状星形布置。每个汽缸都是同样的四个行程,但按一定的顺序均匀地错开,此起彼伏地工作。

  活塞式发动机的功率主要决定于汽缸的总工作容积(即排量),或者说汽缸的直径和汽缸的数目。

  活塞式发动机工作产生的功率通过曲轴传给螺旋桨,螺旋桨旋转产生拉力或推力,使飞机前进。

  活塞式动力装置的拉力随飞行速度的增加而减小,在飞机飞行速度达到800~850km/h时,螺旋桨的效率开始显而易见地下降,这正是活塞式动力装置无法使飞机突破声障的根本原因。但在飞行速度低于700km/h时,螺旋桨效率高,活塞式动力装置的经济性好。

  由于活塞式发动机耗油率低、结构相对比较简单、价格实惠公道等优点,特别是功率小时,具有一定的优势,目前在初级教练机、小型直升机、小型无人靶机以及农、林用小型飞机上仍广泛采用活塞式动力装置。

  由压气机、燃烧室和燃气涡轮组成的发动机称为燃气涡轮发动机,也称为空气喷气发动机或简称为喷气发动机。它的优点是重量轻、体积小和运行平稳,广泛用做飞机盒直升机的动力装置。

  在燃气涡轮发动机中,由压气机、燃烧室和驱动压气机的燃气涡轮组成发动机的核心机。空气在压气机中被压缩后,在燃烧室中与喷入的燃油混合燃烧,生成高温度高压力燃气驱动燃气涡轮作非常快速地旋转,将燃气的部分能量转变为涡。涡轮带动压气机不断吸进空气并进行压缩,使核心机连续工作。从燃气涡轮排出的燃气仍具备极高的压力和温度,经膨胀后释放出能量(称为可用能量)用于推进。

  按照核心机出口燃气的可用能量的利用方法不一样,燃气涡轮发动机可分为四类:涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮风扇发动机和涡轮轴发动机。

  靠喷管高速喷出的燃气产生反作用力推力的燃气涡轮发动机称为涡轮喷气发动机,如图3所示。

  核心机出口燃气直接在喷管中膨胀,使燃气可用能量转变为高速喷出气流的动能而产生反作用推力。在不增大核心机的条件下,为了短时间之内增加发动机推力可采用发动机加力措施。涡轮喷气发动机喷射气流速度高,若飞行速度在亚声速和低超声速范围内,则发动机的推进效率比较低。

  由螺旋桨提供拉力和喷气反作用提供推力的燃气涡轮发动机称为涡轮螺旋桨发动机,如图4所示。

  涡轮螺旋桨发动机由压气机、燃烧室、燃气涡轮、喷管、减速器和螺旋桨等组成。燃气涡轮由驱动压气机的涡轮和驱动螺旋桨的动力涡轮组成。这种发动机靠动力涡轮把核心机出口燃气中大部分可用能量转变为轴功率用以驱动空气螺旋桨,燃气中其余的少部分可用能量(约10%)则在喷管中转化为气流动能,直接产生推力。

  由于动力涡轮的巡航转速高(一般为10000~15000r/min),而螺旋桨轴的转速较低(1000~2000r/min),因而在动力涡轮与螺旋桨之间需安装减速器,减速器的减速比一般在10~15范围内。

  由喷管排出燃气和风扇排出空气共同产生反作用推力的燃气涡轮发动机称为涡轮风扇发动机,如图5所示。

  涡轮风扇发动机由风扇(风扇转子实际是一级或几级叶片较长的压气机)、压气机、燃烧室、驱动压气机的高压涡轮、驱动风扇的低压涡轮和排气系统。其中,压气机、燃烧室和高压涡轮三部分就是核心机。

  涡轮风扇发动机的气流通过两个通道流过发动机。由核心机组成的是内涵道,围绕核心机的是外涵道,所以又可称为内外涵发动机或双涵道发动机。

  核心机出口燃气在核心机后的低压涡轮中进一步膨胀做功,用于带动外涵风扇,使外涵道气流的喷射速度增加,剩下的可用能量在喷管中转变为高速喷流的动能。这两股气流同时产生反作用推力。

  燃气通过动力涡轮输出轴功率的燃气涡轮发动机称为涡轮轴发动机,如图6所示,是直升机的主要动力。

  涡轮轴发动机的工作原理和结构与涡轮螺旋桨发动机基本相同,只是核心机出口燃气所含的可用能量几乎全部供给动力涡轮。

  有些涡轮轴发动机的动力涡轮直接以高转速(12000~25000r/min)输出,有些则通过减速器以大致为6000r/min的转速输出。直升机受旋翼转速的限制,在机上装有主减速器,发动机输出功率通过主减速器传给旋翼和尾桨。

  涡喷和涡扇发动机的风扇/压气机对气流做功使气流增压,然后进入燃烧室燃烧,流经涡轮时对涡轮做功以驱动风扇或压气机,最后从尾喷管高速排出,产生反作用力。在较高的飞行速度下,迎面气流在流向进气道和在进气道中速度减小,压力升高。飞行速度足够大时,进气道出口的压力就足够高,这时再采用风扇/压气机使气流增压反而对发动机的性能不利。没有风扇/压气机和涡轮的连续吸气式喷气发动机称为冲压发动机,如图7所示。

  亚声速飞机用的冲压发动机如图,它只有进气道、燃烧室和喷管三个部件,没有旋转件,结构简单。

  飞行速度越大,冲压作用越强烈,冲压发动机产生的推力也越大,所以冲压发动机适合于高速飞行。低速的冲压作用较小,推力小,经济性差(耗油率高)。在静止状态,由于空气的冲压作用为零,冲压发动机不会产生推力,所以必须依靠其他动力装置将其加速到一定速度后才能正常工作。因此,冲压发动机一般要和其他发动机组合使用。





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