航空發動機工作原理及應用

tags:    時間:2014-03-07 10:32:25
航空發動機工作原理及應用簡介
 活塞式航空發動機 工作原理 活塞式航空發動機一般以汽油為燃料,帶動螺旋槳,由螺旋槳產生推(拉)力為飛機提供動力。絕大多數活塞式航空發動機的工作循環是由四個衝程組成的,依次是……
航空發動機工作原理及應用正文

 活塞式航空發動機

工作原理
活塞式航空發動機一般以汽油為燃料,帶動螺旋槳,由螺旋槳產生推(拉)力為飛機提供動力。絕大多數活塞式航空發動機的工作循環是由四個衝程組成的,依次是進氣衝程、壓縮衝程、膨脹衝程(做功衝程)和排氣衝程,因此也稱為四衝程發動機。
應用條件
適於低空低速飛行,廣泛地應用於小型低速飛機,不適於速度較高的大中型飛機。低空低亞聲速飛行(馬赫數<0.6,高度<8km)
 
渦輪噴氣發動機
工作原理
主要結構:
          
工作原理:進入發動機的空氣經壓氣機壓縮后,流入燃燒室與噴入的燃油混合后燃燒,形成高溫、高壓的燃氣,再進入燃氣渦輪中膨脹作功,使渦輪高速旋轉並輸出功率。由燃氣渦輪出來的燃氣,仍具有一定的能量,通過噴管噴出,產生推力。
應用條件
渦輪噴氣發動機可在馬赫數介於0.7~3.0之間使用,飛行速度過高或過低,對於渦輪噴氣發動機都是不利的。一般在20km以下的高度適用,在8~12 km的高度上可以獲得最大飛行速度。
渦輪螺槳發動機
工作原理
主要結構:與渦輪噴氣發動機相似,只不過在此基礎上增加了螺旋槳和減速裝置。                    
工作原理:發動機啟動以後,渦輪開始工作,帶動前面的壓氣機轉動,並從進氣道吸入大量的空氣,被壓氣機壓縮的空氣送入燃燒室進行燃燒,從燃燒室出來的高溫高速氣流吹動渦輪高速旋轉。渦輪除了帶動前面的壓氣機轉動以外,還要帶動螺旋槳旋轉。由於螺旋槳的轉速比渦輪低得多,所以需要在發動機上安裝一套減速裝置,使渦輪的轉速降低到螺旋槳需要的轉速。由於渦輪燃氣的大部分能量都轉變成軸功率帶動螺旋槳和壓氣機轉動,因此,螺旋槳產生的拉力占飛機總推力的主要部分,約為90%。而只有部分燃氣能量用來在尾噴管中加速氣流而產生推力,因此,排氣推力只佔一小部分,一般不超過10%。
應用條件
渦輪螺槳發動機在低亞聲速(馬赫數<0.6)飛行時效率較高,耗油率小,經濟性能好。與活塞式發動機相比,功率重量比大、耗油率低、振動小且高空性能好,與渦輪噴氣發動機比,螺旋槳的排氣量遠比渦輪噴氣發動機的排氣量大,因此適用於低速中型飛機。
渦輪風扇發動機
工作原理
主要結構:渦輪風扇發動機的結構和渦輪噴氣發動機的結構也很相似,所不同的是在此基礎上增加了風扇和驅動風扇的低壓渦輪。渦輪分為高壓渦輪和低壓渦輪,高壓渦輪帶動壓氣機轉動,低壓渦輪帶動風扇轉動。風扇吸入的空氣氣流分成外涵道和內涵道兩股,所以這類發動機又叫做內外涵發動機。
工作原理:當發動機啟動后,風扇轉動,風扇吸入大量的空氣,並將空氣進行壓縮。壓縮的氣流分成兩股,一股氣流經過外通道向後流去,經噴管加速排出,這股氣流所經過的通道稱為外涵道。另一股氣流與普通渦輪噴氣發動機相同,經過壓氣機,進入燃燒室和渦輪後由尾噴管排出,這股氣流通過的通道稱為內涵道。其中外股氣流與內股氣流流量之比稱為涵道比。兩股氣流可以分別從各自噴管排出,也可以在渦輪后混合,然後再一起排出。前者推力是內外涵推力的總和,推力隨著發動機參數和工作狀態的不同變化很大;後者帶有共同的噴管,經過渦輪膨脹后的內涵燃氣流在混合室與外涵空氣流進行混合,混合氣在噴管內膨脹加速,然後產生推力,由於噴管出口處的溫度場均勻,所以這種發動機與前者相比,推力可有所增加,經濟性也有所改善。
應用條件
在亞聲速飛行時有較好的經濟性。在燃油一定的情況下,推力卻有所增加,因此發動機的效率有所提高。
 
渦輪槳扇發動機
工作原理
渦輪槳扇發動機是可用於800 km/h以上速度飛機飛行的一種燃氣渦輪螺旋槳風扇發動機,簡稱槳扇發動機。這種發動機介於渦輪風扇和渦輪螺槳發動機之間,它既可看做是帶先進高速螺旋槳的渦輪螺槳發動機,又可看做除去外涵道的超高涵道比渦輪風扇發動機,產生推力的裝置是槳扇。槳扇無外罩殼,故又稱開式風扇
槳扇一般有8 ~10片槳葉,槳葉的剖面形狀為超臨界翼型,槳葉薄而後掠,槳盤直徑僅為普通螺旋槳的40%~50%,質量減輕到原來的50%~60%,這對於提高槳扇的轉速較為有利。槳扇的槳葉數目較多,可以彌補槳葉短和後掠角帶來的缺點。主要結構:渦輪軸發動機是現代直升機的主要動力,它的組成部分和工作過程與渦輪螺槳發動機很相似,所不同的是燃氣的可用能量幾乎全部轉變成渦輪的軸功率,用於通過減速器
應用條件
槳扇發動機的突出優點是推進效率高,而且省油。槳扇發動機與正在使用的先進渦輪風扇發動機相比可省油20%。因此,這類發動機將在新一代亞聲速(馬赫數介於0.8~0.85之間)運輸機上得到廣泛地應用。
 

 

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