航空发动机原理

航空发动机原理

航空发动机的主要功用是为飞行器提供推进动力或支持力,是飞行器的心脏。自从飞机问世以来的几十年中,发动机得到了迅速的发展,从早期的低速飞机上使用的活塞式发动机,到可以推动飞机以超音速飞行的喷气式发动机,还有运载火箭上可以在外太空工作的火箭发动机等,时至今日,航空发动机已经形成了一个种类繁多,用途各不相同的大家族。

航空发动机常见的分类原则有两种:按空气是否参加发动机工作和发动机产生推进动力的原理。按发动机是否须空气参加工作,航空发动机可分为两类

1、吸空气发动机简称吸气式发动机,它必须吸进空气作为燃料的氧化剂(助燃剂),所以不能到稠密大气层之外的空间工作,只能作为航空器的发动机。一般所说的航空发动机即指这类发动机。如根据吸气式发动机工作原理的不同,吸气式发动机又分为活塞式发动机、燃气涡轮发动机、冲压喷气式发动机和脉动喷气式发动机等。

2、火箭喷气式发动机是一种不依赖空气工作的发动机,航天器由于需要飞到大气层外,所以必须安装这种发动机。它也可用作航空器的助推动力。按形成喷气流动能的能源不同,火箭发动机又分为化学火箭发动机、电火箭发动机和核火箭发动机等。

按产生推进动力的原理不同,飞行器的发动机又可分为

1、直接反作用力发动机

直接反作用力发动机是利用向后喷射高速气流,产生向前的反作用力来推进飞行器。直接反作用力发动机又叫喷气式发动机,这类发动机有涡轮喷气发动机、冲压喷气式发动机,脉动喷气式发动机,火箭喷气式发动机等。

2、间接反作用力发动机两类。

间接反作用力发动机是由发动机带动飞机的螺旋桨、直升机的旋翼旋转对空气作功,使空气加速向后(向下)流动时,空气对螺旋桨(旋翼)产生反作用力来推进飞行器。这类发动机有活塞式发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨风扇发动机等。而涡轮风扇发动机则既有直接反作用力,也有间接反作用力,但常将其划归直接反作用力发动机一类,所以也称其为涡轮风扇喷气发动机。

附图:

活塞式发动机

航空活塞式发动机是利用汽油与空气混合,在密闭的容器(气缸)内燃烧,膨胀作功的机械。活塞式发动机必须带动螺旋桨,由螺旋桨产生推(拉)力。所以,作为飞机的动力装置时,发动机与螺旋桨是不能分割的。

为航空器提供飞行动力的往复式内燃机。发动机带动空气螺旋桨等推进器旋转产生推进力。

从1903年第一架飞机升空到第二次世界大战末期,所有飞机都用活塞式航空发动机作为动力装置。40年代中期在军用飞机和大型民用机上燃气涡轮发动机逐步取代了活塞式航空发动机,但小功率活塞式航空发动机比燃气涡轮发动机经济,在轻型低速飞机上仍得到应用。

主要部件

主要由气缸、活塞、连杆、曲轴、气门机构、螺旋桨减速器、机匣等组成。气缸是混合气进行燃烧的地方。气缸内容纳活塞作往复运动。气缸头上装有点燃混合气的电火花塞,以及进、排气门。发动机工作时气缸温度很高,所以气缸外壁上有许多散热片,用以扩大散热面积。气缸在发动机壳体上的排列形式多为星形或V形。常见的星形发动机有5个、7个、9个、14个、18个或24个气缸不等。在单缸容积相同的情况下,气缸数目越多发动机功率越大。活塞承受燃气压力在气缸内作往复运动,并通过连杆将这种运动转变成曲轴的旋转运动。连杆用来连接活塞和曲轴。曲轴是发动机输出功率的部件。曲轴转动时,通过减速器带动螺旋桨转动而产生拉力。除此而外,曲轴还要带动一些附件。气门机构用来控制进气门、排气门定时打开和关闭。

工作原理:活塞顶部在曲轴旋转中心最远的位置叫上死点、最近的位置叫下死点、从上死点到下死点的距离叫活塞冲程。活塞式航空发动机大多是四冲程发动机,即一个气缸完成一个工作循环,活塞在气缸内要经过四个冲程,依次是进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。

发动机开始工作时,首先进入“进气冲程”,气缸头上的进气门打开,排气门关闭,活塞从上死点向下滑动到下死点为止,气缸内的容积逐渐增大,气压降低——低于外面的大气压。于是新鲜的汽油和空气的混合气体,通过打开的进气门被吸入气缸内。混合气体中汽油和空气的比例,一般是 1比 15即燃烧一公斤的汽油需要15公斤的空气。

进气冲程完毕后,开始了第二冲程,即“压缩冲程”。这时曲轴靠惯性作用继续旋转,把活

塞由下死点向上推动。这时进气门也同排气门一样严密关闭。气缸内容积逐渐减少,混合气体受到活塞的强烈压缩。当活塞运动到上死点时,混合气体被压缩在上死点和气缸头之间的小空间内。这个小空间叫作“燃烧室”。这时混合气体的压强加到十个大气压。温度也增加到摄氏4OO度左右。压缩是为了更好地利用汽油燃烧时产生的热量,使限制在燃烧室这个小小空间里的混合气体的压强大大提高,以便增加它燃烧后的做功能力。

当活塞处于下死点时,气缸内的容积最大,在上死点时容积最小(后者也是燃烧室的容积)。混合气体被压缩的程度,可以用这两个容积的比值来衡量。这个比值叫“压缩比”。活塞航空发动机的压缩比大约是5到8,压缩比越大,气体被压缩得越厉害,发动机产生的功率也就越大。

压缩冲程之后是“工作冲程”,也是第三个冲程。在压缩冲程快结束,活塞接近上死点时,气缸头上的火花塞通过高压电产生了电火花,将混合气体点燃,燃烧时间很短,大约0.015秒;但是速度很快,大约达到每秒30米。气体猛烈膨胀,压强急剧增高,可达6O到75个大气压,燃烧气体的温度到摄氏2000到 250O度。燃烧时,局部温度可能达到三、四千度,燃气加到活塞上的冲击力可达15吨。活塞在燃气的强大压力作用下,向下死点迅速运动,推动连杆也门下跑,连杆便带动曲轴转起来了。

这个冲程是使发动机能够工作而获得动力的唯一冲程。其余三个冲程都是为这个冲程作准备的。

第四个冲程是“排气冲程”。工作冲程结束后,由于惯性,曲轴继续旋转,使活塞由下死点向上运动。这时进气门仍旧关闭,而排气门大开,燃烧后的废气便通过排气门向外排出。当活塞到达上死点时,绝大部分的废气已被排出。然后排气门关闭,进气门打开,活塞又由上死点下行,开始了新的一次循环。

从进气冲程吸入新鲜混合气体起,到排气冲程排出废气止,汽油的热能通过燃烧转化为推动活塞运动的机械能,带动螺旋桨旋转而作功,这一总的过程叫做一个“循环”。这是一种周而复始的运动。由于其中包含着热能到机械能的转化,所以又叫做“热循环”。

活塞航空发动机要完成四冲程工作,除了上述气缸、活塞、联杆、曲轴等构件外,还需要一些其他必要的装置和构件。

辅助工作系统

发动机除主要部件外,还须有若干辅助系统与之配合才能工作。主要有进气系统(为了改善高空性能,在进气系统内常装有增压器,其功用是增大进气压力)、燃油系统、点火系统(主要包括高电压磁电机、输电线、火花塞)、起动系统(一般为电动起动机)、散热系统和润滑系统等。

分类

按汽缸的冷却方式发动机分为液冷式和气冷式两种。早期飞机的飞行速度很低,多采用液冷式发动机。随着飞行速度的提高,可以利用高速气流直接冷却汽缸,气冷式发动机遂得到广泛应用。发动机按汽缸排列形式又分为星型和直列型。星型发动机汽缸以曲轴为中心沿机匣向外呈辐射状均匀排列,有单排和双排等形式。直列式发动机汽缸沿机匣前后成行排列,有对缸、工字型、V型等排列形式,以星型和V型用得较多。有时按供油方式不同又将发动机分为汽化器式和直接注油式两种,其中直接注油式应用较广泛。

性能

活塞式航空发动机的性能通常用转速特性、螺旋桨特性和高度特性表示。油门全开或进气压力维持不变时,发动机的功率和耗油率随转速的变化关系称为转速特性,又称外部特性。在发动机上安装定距螺旋桨时,发动机功率和耗油率随转速的变化关系称螺旋桨特性。这时转速的改变是靠控制油门杆实现的。发动机转速不变时,功率和耗油率随飞行高度的变化关系称为高度特性。由图2 看出,由于有增压器对吸入空气增压,在某一高度以下可保持进气压力恒定,而大气温度又随高度增加而下降,所以在此高度以下发动机的功率仍随高度增加而略有增加。这个高度称额定高度。在额定高度以上发动机功率随高度增加而下降。

附图:

涡轮喷气发动机

涡轮喷气发动机的诞生

二战以前,活塞发动机与螺旋桨的组合已经取得了极大的成就,使得人类获得了挑战天空的能力。但到了三十年代末,航空技术的发展使得这一组合达到了极限。螺旋桨在飞行速度达到800千米/小时的时候,桨尖部分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,大气稀薄,活塞式发动机的功率也会减小。

这促生了全新的喷气发动机推进体系。喷气发动机吸入大量的空气,燃烧后高速喷出,对发动机产生反作用力,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。但当时没有相应的助推手段和相应材料,喷气推进只是一个空想。1930年,英国人弗兰克·惠特尔获得了燃气涡轮发动机专利,这是第一个具有实用性的喷气发动机设计。11年后他设计的发动机首次飞行,从而成为了涡轮喷气发动机的鼻祖。

涡轮喷气发动机的原理

涡轮喷气发动机简称涡喷发动机,通常由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成。部分军用发动机的涡轮和尾喷管间还有加力燃烧室。

涡喷发动机属于热机,做功原则同样为:高压下输入能量,低压下释放能量。

工作时,发动机首先从进气道吸入空气。这一过程并不是简单的开个进气道即可,由于飞行速度是变化的,而压气机对进气速度有严格要求,因而进气道必需可以将进气速度控制在合适的范围。

压气机顾名思义,用于提高吸入的空气的的压力。压气机主要为扇叶形式,叶片转动对气流做功,使气流的压力、温度升高。

随后高压气流进入燃烧室。燃烧室的燃油喷嘴射出油料,与空气混合后点火,产生高温高压燃气,向后排出。

高温高压燃气向后流过高温涡轮,部分内能在涡轮中膨胀转化为机械能,驱动涡轮旋转。由于高温涡轮同压气机装在同一条轴上,因此也驱动压气机旋转,从而反复的压缩吸入的空气。

从高温涡轮中流出的高温高压燃气,在尾喷管中继续膨胀,以高速从尾部喷口向后排出。这一速度比气流进入发动机的速度大得多,从而产生了对发动机的反作用推力,驱使飞机向前飞行。

附图:

涡轮喷气发动机有加速快、设计简便等优点,是较早实用化的喷气发动机类型。但如果要让涡喷发动机提高推力,则必须增加燃气在涡轮前的温度和增压比,这将会使排气速度增加而损失更多动能,于是产生了提高推力和降低油耗的矛盾。因此涡喷发动机油耗大,对于商业民航机来说是个致命弱点。

附图:

涡轮风扇喷气发动机

涡扇发动机全称为涡轮风扇发动机(Turbofan)是飞机发动机的一种,由涡轮喷气发动机(Turbojet)发展而成。与涡轮喷射比较,主要特点是首级压缩机的面积大很多,同时被用作为空气螺旋桨(扇),将部分吸入的空气通过喷射引擎

的外围向後推。发动机核心部分空气经过的部分称为内涵道,仅有风扇空气经过的核心机外侧部分称为外涵道。涡扇引擎最适合飞行速度400至1,000公里时使用,故此现在多数的飞机引擎都是采用涡扇作为动力来源。

涡扇引擎的旁通比(Bypass ratio,也称涵道比)是不经过燃烧室的空气质量,与通过燃烧室的空气质量的比例。旁通比为零的涡扇引擎即是涡轮喷射引擎。早期的涡扇引擎和现代战斗机使用的涡扇引擎旁通比都较低。例如世界上第一款涡扇引擎,劳斯莱斯的Conway,其旁通比只有0.3。现代多数民航机引擎的旁通比通常都在5以上。旁通比高的涡轮扇引擎耗油较少,但推力却与涡轮喷射引擎相当,且运转时还宁静得多。

二战后,随着时间推移、技术更新,涡轮喷气发动机显得不足以满足新型飞机的动力需求。尤其是二战后快速发展的亚音速民航飞机和大型运输机,飞行速度要求达到高亚音速即可,耗油量要小,因此发动机效率要很高。涡轮喷气发动机的效率已经无法满足这种需求,使得上述机种的航程缩短。因此一段时期内出现了较多的使用涡轮螺旋桨发动机的大型飞机。

实际上早在30年代起,带有外涵道的喷气发动机已经出现了一些粗糙的早期设计。40和50年代,早期涡扇发动机开始了试验。但由于对风扇叶片设计制造的要求非常高。因此直到60年代,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实用化的阶段。

50年代,美国的NACA(即NASA 美国航空航天管理局的前身)对涡扇发动机进行了非常重要的科研工作。55到56年研究成果转由通用电气公司(GE)继续深入发展。GE在1957年成功推出了CJ805-23型涡扇发动机,立即打破了超音速喷气发动机的大量纪录。但最早的实用化的涡扇发动机则是普拉特·惠特尼(Prat t & Whitney)公司的JT3D涡扇发动机。实际上普·惠公司启动涡扇研制项目要比GE晚,他们是在探听到GE在研制CJ805的机密后,匆忙加紧工作,抢先推出了了实用的JT3D。

1960年,罗尔斯·罗伊斯公司的“康威”(Conway)涡扇发动机开始被波音707大型远程喷气客机采用,成为第一种被民航客机使用的涡扇发动机。60年代洛克西德“三星”客机和波音747“珍宝”客机采用了罗·罗公司的RB211-22B大型涡扇发动机,标志着涡扇发动机的全面成熟。此后涡轮喷气发动机迅速的被西方民用航空工业抛弃。

涡轮风扇喷气发动机的原理

涡桨发动机的推力有限,同时影响飞机提高飞行速度。因此必需提高喷气发动机的效率。发动机的效率包括热效率和推进效率两个部分。提高燃气在涡轮前的温度和压气机的增压比,就可以提高热效率。因为高温、高密度的气体包含的能量要大。但是,在飞行速度不变的条件下,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,会导致推进效率的下降。要全面提高发动机效率,必需解决热效率和推进效率这一对矛盾。

涡轮风扇发动机的妙处,就在于既提高涡轮前温度,又不增加排气速度。涡扇发动机的结构,实际上就是涡轮喷气发动机的前方再增加了几级涡轮,这些涡轮带动一定数量的风扇。风扇吸入的气流一部分如普通喷气发动机一样,送进压气机(术语称“内涵道”),另一部分则直接从涡喷发动机壳外围向外排出(“外涵道”)。因此,涡扇发动机的燃气能量被分派到了风扇和燃烧室分别产生的两种排气气流上。这时,为提高热效率而提高涡轮前温度,可以通过适当的涡轮结构和增大风扇直径,使更多的燃气能量经风扇传递到外涵道,从而避免大幅增加排气速度。这样,热效率和推进效率取得了平衡,发动机的效率得到极大提高。效率高就意味着油耗低,飞机航程变得更远。

附图:

加力式涡扇发动机

附图:

涡轮风扇喷气发动机的优点

带加力燃烧室的涡轮风扇发动机,在亚音速飞行时不使用加力燃烧室,耗油率和排气温度都比涡轮喷气发动机低,因而红外辐射强度较弱,不易被红外制导的导弹击中。使用加力作2倍以上音速的飞行时,产生的推力可超过加力涡轮喷气发动机,地面标准大气条件下的推重比已达8左右。有些歼击机使用了小涵道比、带加力燃烧室的涡轮风扇发动机,在亚音速飞行时不使用加力燃烧室,耗油率和排气温度都比涡轮喷气发动机低,因而红外辐射强度较弱,不易被红外制导的导弹击中。使用加力作2倍以上音速的飞行时,产生的推力可超过加力涡轮喷气发

动机,地面标准大气条件下的推重比已达8左右。

附图:

由于涡扇发动机的这些优势第三代及其以后战斗机广泛采用涡扇发动机SU-27

F-15

AL-31涡扇发动机

F-100涡扇发动机

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·施米特开始设计冲压式喷气发动机。最初研制出的冲压发动机寿命短、振动大,根本无法在载人飞机上使用。于是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1939年完成了原型。后来这一设计就产生了纳粹德国的V-1巡航导弹。此外纳粹德国还曾试图将冲压喷气发动机用在战斗机上。 1941年,特劳恩飞机实验所主任、物理学家欧根·森格尔博士在吕内堡野外进行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。

二战后冲压发动机得到了极大的发展,为多种的无人机、导弹等采用。

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、推进喷管三部组成,比涡轮喷气发动机简单得多。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复杂的压气机,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,气压和温度升高后,进入燃烧室与燃油混合燃烧。燃烧后温度为200 0一2200℃,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,在地面产生的静推力可高达2OO千牛。

冲压喷气发动机目前分为亚音速、超音速、高超音速三类。亚音速冲压发动机以航空煤油为燃料,采用扩散形进气道和收敛形喷管,飞行时增压比不超过1. 89。马赫数小于O.5时一般无法工作。超音速冲压发动机采用超音速进气道,燃烧室入口为亚音速气流,采用收敛形或收敛扩散形喷管。用航空煤油或烃类作为燃料。推进速度为亚音速~6倍音速,用于超音速靶机和地对空导弹。高超音速冲压发动机使用碳氢燃料或液氢燃料,是一种新颖的发动机,飞行马赫数高达5~16。目前尚处于研制阶段。前两类发动机统称为亚音速冲压发动机,最后一种称为超音速冲压发动机。

冲压喷气发动机与其他推进方式结合后,衍生了多种有特色的发动机,如火箭/冲压组合发动机、整体式火箭冲压发动机等

冲压喷气发动机的优缺点

冲压发动机的优势在于构造简单、重量轻、体积小、推重比大、成本低。简单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、导弹等低成本或一次性的飞行器。同时由于推重比远大于其他类型的喷气发动机,非常适合驱动高超音速飞行器,如空天飞机、先进反舰导弹等。

但冲压发动机没有压气机,就不能在地面静止情况下启动,所以不适合作为普通飞机的动力装置。通常的解决方法是增加一个助推器,使飞行器获得一定的飞行速度,然后再启动冲压发动机。最常见的助推器为火箭发动机。此外也可由其他飞行器挂载仅装有冲压发动机的飞行器,飞行到一定速度后,再将仅用冲压发动机的飞行器投放。

X-43高超音速验证机使用高速冲压发动机

附图:

涡轮螺旋桨发动机

涡轮螺旋桨发动机(简称涡桨发动机)是一个通过减速齿轮驱动螺旋桨的涡轮发动机。排出气体驱动一个动力涡轮机,它通过一个轴和减速齿轮组件连接。减速齿轮在涡轮螺旋桨发动机上是必须的,因为螺旋桨转速比发动机运行转速低得多的时候才能得到最佳螺旋桨性能。涡轮螺旋桨发动机是涡轮喷气发动机和往复式发动机的一个折衷产物。涡轮螺旋桨发动机最有效率的速度范围是250mph到400mph(英里每小时),高度位于18000英尺到30000英尺。

现代不加力涡轮风扇发动机的涵道比是有着不断加大的趋势的。因为对于涡轮风扇发动机来说,若飞行速度一定,要提高飞机的推进效率,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结构工艺的提高,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,在一定的涡轮前温度下,其适当的涵道比应为50以上,这显然是发动机的结构所无法承受的。

为了提高效率,人们索性便抛去了风扇的外涵壳体,用螺旋桨代替了风扇,便形成了涡轮螺旋桨发动机,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,螺旋桨由涡轮带动。由于螺旋桨的直径较大,转速要远比涡轮低,只有大约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,将涡轮转速降至十分之一左右后,才可驱动螺旋桨。这种减速器的负荷重,结构复杂,制造成本高,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,由于螺旋桨的直径比发动机大很多,气流量也远大于内涵道,因此这种发动机实际上相当于一台超大涵道比的涡轮风扇发动机。

尽管工作原理近似,但涡轮螺旋桨发动机和涡轮风扇发动机在产生动力方面却有着很大的不同,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极小,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机要多,一般为2~6级。

同活塞式发动机+螺旋桨相比,涡轮螺旋桨发动机有很多优点。首先,它的功率大,功重比(功率/重量)也大,最大功率可超过10000马力,功重比为4以上;而活塞式发动机最大不过三四千马力,功重比2左右。其次,由于减少了运动部件,尤其是没有做往复运动的活塞,涡轮螺旋桨发动机运转稳定性好,噪音小,工作寿命长,维修费用也较低。而且,由于核心部分采用燃气发生器,涡轮螺旋桨发动机的适用高度和速度范围都要比活塞式发动机高很多。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便宜。

由于涵道比大,涡轮螺旋桨发动机在低速下效率要高于涡轮风扇发动机,但受到螺旋桨效率的影响,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。

附图:

涡桨发动机主要用于民用飞机和一些军用运输机和反潜巡逻机而俄罗斯TU-95轰炸机是个特例。

C-130大力神运输机

脉动喷气发动机

脉动喷气发动机简介

脉动喷气发动机是喷气发动机的一种,可用于靶机,导弹或航空模型上。脉动喷气发动机发明于法国但没有找到用途,纳粹德国在第二次世界大战的后期,曾用它来推动V-1导弹,轰炸过伦敦。这种发动机的结构如图所示,它的前部装有单向活门,之后是含有燃油喷嘴和火花塞的燃烧室,最后是特殊设计的长长的尾喷管。现在,用于喷气式(汽车)赛车的发动机。

工作原理

脉动喷气发动机工作时,首先把压缩空气打入单向活门,或使发动机在空中运动,这时便有气流进入燃烧室,然后油咀喷油,火花塞点火燃烧。这时长尾喷管在燃气喷出后,由于燃气流的惯性作用,虽然燃烧室内的压强同外面大气的压强相等,仍会继续向外喷,所以在燃烧室内造成空气稀薄的现象,使压强显著降低到小于大气压,于是空气再次打开单向活门流入燃烧室,喷油点火燃烧,开始第二个循环。这样周而复始,发动机便可不断地工作了。这种发动机由进气到燃烧、排气的循环过程进行得很快,一秒钟大约可达40~50次。

优点与缺点

脉动式发动机在原地可以起动,构造简单,重量轻,造价便宜。这些都是它的优点。但它只适于低速飞行(速度极限约为每小时640~800公里),飞行高度也有限,单向活门的工作寿命短,加上振动剧烈,燃油消耗率大等缺点,使得它的应用受到限制。

附图:

航空发动机原理构造

航空发动机原理构造 第一章、燃气涡轮发动机的工作原理 1、燃气涡轮喷气发动机:将燃油燃烧释放的热能转化为机械能的装置。它既是热机(将燃油化学能转化为热能),又是推进器(将热能转化为机械能)。 冲压式 2、发动机涡喷 涡轮式涡扇(包含桨扇) 涡轴 涡桨 3、发动机分类依据:氧化剂来源;氧化剂形态;有无压气机 4、燃气涡轮喷气发动机(Turbojet Engine):以空气作为工质。与航空活塞发动机相比这种发动机具有结构简单、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。 5、涡轮螺旋桨发动机(Advanced Turbojet-propeller Engine): 组成:燃气轮机、螺旋桨、减速器 工作原理:空气通过进气道进入压气机;压气机以高速旋转的叶片对空气做功压缩空气,提高空气的压力;高压空气在燃烧室内和燃油混合, 燃烧,将化学能转化为热能,形成高温高压的燃气;高温高压的 燃气在涡轮内膨胀,推动涡轮旋转输出功去带动压气机和螺旋桨, 大量的空气流过旋转的螺旋桨,其速度有一定的增加,使螺旋桨 产生相当大的压力;气体流过发动机,产生反作用推力。

优点:综合了涡喷和涡桨的优点,而且在较低的飞行速度下,具有较高的推 进效率,所以它在低压音速飞行时具有较好的经济性。 6、涡轮风扇发动机(Turbofan Engine ): 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、喷管 工作原理:工作情况与涡喷发动机相同。推力来源是风扇和内涵道推力。涡 轮、燃烧室、尾喷管与涡喷发动机相同,压气机还可以提高发动 机性能。 优点:与涡喷发动机相比,涡扇发动机具有推力大,推进效率高,噪音低等 特点。 7、涡扇发动机有内外连个涵道。 8、涵道比:外涵流量与内涵流量的比值,用符号B 表示。q q m m 2 1/B 。 9、涵道比越大,推力越大。 10、直升机主要使用涡轮轴发动机;涡轮风扇发动机主要用于民机;涡轮喷气发 动机主要用于军机。 11、单转子涡轮喷气发动机是由进气道、压气机、燃烧室、涡轮、喷管组成。 进气道(Inlet Duct ):将足够的空气量以最小的流动损失顺利地引入压气 机;当飞行速度大于压气机进口处的气流速度时, 可以通过冲压压缩空气,提高空气的压力。 压气机(Compressor ):由转子和静子组成,为燃烧室准备了高压品质的氧 气剂。进气道和压气机都是后端压力大于前端压力。

航空发动机原理

2简单叙述燃气涡轮喷气发动机的组成以及工作原理:燃气涡轮发动机由进气道、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管组成。工作原理:以空气为工作介质。进气道将所需的外界空气以最小的流动损失顺利地引入发动机,压气机通过高速旋转的叶片对空气做功压缩空气,提高空气的压力,高压空气在燃烧室内和燃油混合,燃烧,将化学能转变为热能,形成高温高压的燃气,高温高压的燃气首先在涡轮内膨胀,将燃气的部分焓转变为机械能,推动涡轮旋转,去带动压气机然后燃气在喷管内继续膨胀,加速燃气,提高燃气速度,使燃气以较高的速度喷出,产生推力。 3燃气涡轮发动机分为哪几种?它们在结构以及工作原理上有什么明显区别 燃气涡轮发动机分为涡喷、涡扇、涡桨、涡轴四种。 涡轮螺旋桨发动机由燃气轮机和螺旋桨组成,他们之间还安排了一个减速器。工作原理:空气通过排气管进入压气机;压气机以高速旋转的叶片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油混合,燃烧,将化学能转变为热能,形成高温高压燃气;高温高压燃气在涡轮内膨胀,推动涡轮旋转输出功去带动压气机和螺旋桨,大量空气流过旋转的螺旋桨,其速度有一定的增加,使螺旋桨产生相当大的拉力;气体流过发动机,产生反作用力。 如果燃气发生器后的燃气可用能全部用于驱动动力涡轮而不产生推力,则燃气涡轮发动机成为涡轮轴发动机,动力涡轮轴上的功率可以用来带动直升机的旋翼。 涡轮风扇发动机是由进气道、风扇、低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮和喷管组成。 4什么是EGT ,为什么它是一个非常重要的监控参数:EGT 是发动机排气温度。 原因:1、 EGT 的高低反映了发动机中最重要、最关键的参数涡轮前总温 的高低,EGT 高,则 就 高:EGT 超限,则 超限。2、EGT 的变化反映了发动机性能的变化;3、EGT 的变化反 应发动机的故障。 8进气道的功用以及分类:功用:(1)在各种状态下, 将足够量的空气, 以最小的流动损失, 顺利地引入压气机并在压气机进口形成均匀的流场以避免压气机叶片的振动和压气机失速;(2)当压气机进口处气流马赫数小于飞行马赫数时, 通过冲压压缩空气, 提高空气的压力。 分类:(1)亚音速进气道:主要用于民用航空发动机,而且为单状态飞机,大多采用扩张形、几何不可调的亚音速进气道。(2)超音速进气道:分为内压式、外压式和混合式三种 。 11. 离心式压气机由哪些部件组成,各部件是如何工作的? 答:离心式压气机由导流器, 叶轮, 扩压器, 导气管等部分组成,叶轮和扩压器是其中两个主要部件。导流器:安装在叶轮的进口处,其通道是收敛形的 使气流以一定方向均匀进入工作叶轮, 以减小流动损失,空气在流过它时速度增大,而压力和温度下降。叶轮:是高速旋转的部件,叶轮上叶片间的通道是扩张形的,空气在流过它时, 对空气作功, 加速空气的流速, 同时提高空气的压力。扩压器:位于叶轮的出口处,其通道是扩张形的,空气在流过它时将动能转变为压力位能, 速度下降, 压力和温度都上升 。导气管 :使气流变为轴向, 将空气引入燃烧室 。 12. 离心式压气机是如何实现增压的:叶轮中的扩散增压和离心增压,扩压器增压。气体增压主要靠离心增压: 气体流过叶轮,气体随叶轮作圆周运动,气体微团受惯性离心力作用,气体微团所在位置半径越大,圆周速度越大,气体微团所受离心力也越大,因此,叶轮外径处的压力远比内径处的压力高。 13. 离心式压气机的优缺点:离心式压气机的主要优点:单级增压比高:一级的增压比可达4:1-5:1, 甚至更高;同时离心式压气机稳定的工作范围宽;结构简单可靠;重量轻, 所需要的起动功率小。 *3T *3T *3T

航空发动机原理与设计

航空发动机原理与设计 航空发动机是航空技术的核心和基础。它不仅是飞行器的动力 装置,还是影响飞行器性能的主要因素之一。那么,航空发动机 到底是如何工作的呢?本文将从发动机的基本原理、发动机的类型、发动机的设计等方面进行探讨,以期对航空发动机有更深入 的认识。 一、航空发动机的基本原理 航空发动机是将燃料和氧气在高温高压下进行化学反应,将燃 料的化学能转化为机械能,以推动叶片旋转,使压缩空气变成推力,从而推动飞行器前进。发动机的核心部分是燃烧室和涡轮机。燃烧室是燃烧燃料的核心部分,涡轮机则是由高压燃气推动的旋 转机械。 发动机的工作过程主要分为以下几个阶段: 1. 压缩空气阶段。空气在进气道被压缩,以提高进气量和增加 发动机效率。

2. 燃烧阶段。喷油器根据需要将燃油喷入燃烧室中,与压缩稀 薄空气混合并点燃。燃料燃烧产生的高温高压燃气向后通过涡轮机,以推动转子旋转。 3. 推力和加速阶段。燃气的后推力将转子旋转,其中一个轴臂 连接高压涡轮和低压涡轮,将部分推力传递给涡轮以推动涡轮旋转,从而推动叶片借以提供推力并产生加速度。 4. 推力和速度维持阶段。反推推力用于维护和保持速度。 二、航空发动机的类型 航空发动机按照行驶方式可分为两种:螺旋桨发动机和喷气式 发动机。 螺旋桨发动机主要用于轻型飞机,它通过叶片转动提供推进力。螺旋桨发动机重量轻、耗油少、噪音小、维护简单,但速度远低 于喷气式发动机。

喷气式发动机是目前大多数现代飞机所采用的发动机。它通过 燃烧燃料与空气混合后产生的推力转动叶片提供推进力。喷气发 动机重量重、耗油多、噪音大,但速度快、效率高,能够支撑大 型飞机。 航空发动机按照使用燃料种类可分为以下几种: 1. 喷气发动机:使用喷气燃料,推进力可达超音速以上。 2. 次音速发动机:使用涡轮喷气燃料,推进力仅能达到次音速。 3. 涡扇发动机:与涡轮喷气式发动机类似,但是其使用大型涡 扇推进器提供更高效率与更少噪音。 三、航空发动机的设计 航空发动机的设计需要考虑许多因素,包括推力、空气动力性能、重量、耗油率和成本等。以下是几个发动机设计师进行考虑 的因素:

航空发动机原理知识点精讲

航发原理 1、燃气涡轮发动机工作原理 1.1、航空发动机概述 活塞、涡喷、涡扇、涡轴、涡桨、桨扇,短距离垂直起降动力装置。 1.2、燃气涡轮发动机的工作原理 空气连续不断地被吸入压气机,并在其中压缩增压后,进入燃烧室中喷油燃烧成为高温高压燃气,再进入涡轮中膨胀做功。燃烧的膨胀功必然大于空气在压气机中被压缩所需要的压缩功,使得有部分富余功可以被利用。燃气涡轮发动机的膨胀功可以分为两部分:一部分膨胀功通过传动轴传给压气机,用以压缩吸入燃气涡轮发动机的空气;另一部分膨胀功则对外输出,作为飞机、舰船、车辆或发电机等的动力装置。 1.3、喷气发动机热力循环(P123) 涡喷发动机的理想循环:(p-v 、压力-比体积) 等熵压缩:进气道、压气机(0、2、3,特征截面) 等压加热:燃烧室(3、4) 等熵膨胀:涡轮、喷管(4、5、9) 等压放热:大气环境(9、0) (P125) 理想循环功L id =q 1−q 2=C p (T t4−T t3)−C p (T 9−T 0)=C p T 0(e −1)(∆e −1) T t4T 0 =∆ 加热比 (P t3P 0)k−1k =e P t3P 0 =π 总增压比 加热比增加,理想循环功增加。 总增压比为1,理想循环功为0;总增压比为最大,理想循环功为0;存在使理想循环功最大的最佳增压比πopt 。 从物理意义分析,影响理想循环功L id 的是加热量q 1和热效率两个因素。当π从1.0开始增加时,热效率急剧增加,使L id 增加,一直达到其最大值;此后π继续增加则q 1的减小起了主导作用,使L id 下降。 e opt =√∆ πopt =∆k 2(k−1) L id =C p T 0(√∆−1)2 ηti =1−1 πk−1k 只与总增压比有关 对应于有效功最大值的最佳增压比πopt 远小于对应于最大热效率的增压比πopt ′。 1.4、喷气发动机的推力(P13) F eff =F −X d −X p −X f X d :进气道附加阻力 X p :短舱压差阻力

航空发动机的原理与性能分析

航空发动机的原理与性能分析 一、航空发动机简介 航空发动机是现代民用和军用飞机的核心动力装置,它的性能 直接关系到飞机的飞行效率和安全性。基本的航空发动机结构由 压气机、燃烧室、涡轮和喷气管等组成。航空发动机性能分析的 核心是确定其推力、燃油效率和维护成本等指标。下面将分别从 发动机工作原理和性能特点两个方面对航空发动机进行分析。 二、航空发动机工作原理 航空发动机的工作原理是将喷口高速喷出的空气与燃料混合后,点火燃烧,产生高温的燃气,通过涡轮马达驱动压气机进一步压 缩空气,形成高速、高温喷出的喷气流,推动飞机前进。具体来说,航空发动机的工作流程可以分为以下几个阶段: 1.压气机阶段:将空气由压气机压缩多次,增加其密度,提高 进入燃烧室的空气温度和压力。 2.燃烧室阶段:在燃烧室内喷入燃油,燃烧后的高温高压燃气 膨胀推动喷气流发生器转动,并在转轮上输出动力。

3.涡轮阶段:利用涡轮将燃气高速喷出,进一步驱动压气机, 形成闭合的运转过程。 4.喷气流阶段:燃烧后的高速、高温燃气通过喷气管,在喷管 一端形成高速、高温的喷气流,从而推动飞机进行飞行。 以上流程是航空发动机原理的基本过程,通过不断的循环完成 对飞机的驱动推进。 三、航空发动机性能特点 在了解了航空发动机工作原理的基础上,下面进一步来分析其 性能特点。 1.推力:指发动机输出的推力大小,即使得飞机向前推进的力量。影响因素包括发动机旋转速度、进气口面积、涡轮尺寸等。在飞 机设计和选型期间,需要根据飞行任务和飞机结构分析,选择推 力最适合的发动机。

2.燃油效率:指发动机单位时间内消耗的燃油量所提供的推力比例。高效的航空发动机可以使飞机的续航时间更长,减少航空燃料消耗,降低空气污染。 3.维护成本:因为航空发动机是复杂的机械装置,一旦发生故障的修理维护成本将十分高昂。航空发动机的可靠性、寿命和维护成本是工程设计的重要内容之一。 4.噪音和振动:航空发动机的噪音和振动对于飞机驾驶员和乘客的健康和安全也有很较大的影响。因此,发动机的减噪和减振技术也是制造商在研发和设计发动机的时候必须考虑的重要因素之一。 总之,航空发动机作为航空装置的心脏,它的性能直接关系着整个飞机的质量、普及度和空中安全。想要研究高效、可靠的航空发动机原理,了解其性能特点将对设计与造型产生重要影响,为飞机布局和动力系统提供更好的技术保障。

航空发动机工作原理

航空发动机工作原理 航空发动机是现代飞机的核心动力装置,其工作原理直接关系到飞机的性能和安全。本文将介绍航空发动机的工作原理,包括喷气发动机和涡扇发动机两种常见类型。 一、喷气发动机 喷气发动机是一种将空气和燃料混合后通过喷嘴高速喷出,产生反作用力推动飞机前进的发动机。其工作原理可以分为四个步骤:进气、压缩、燃烧和喷射。 首先是进气阶段,喷气发动机通过进气口将大量空气引入发动机内部。进气口通常位于飞机机身前部,利用飞机的高速飞行将空气压缩并送入发动机。进入发动机后,空气经过滤网和增压器等设备进行处理,以确保进入发动机的空气质量和压力。 接下来是压缩阶段,进入发动机的空气经过压气机的作用被压缩。压气机是由一系列叶片组成的转子,通过高速旋转将空气压缩,提高空气密度和压力。压缩后的空气进一步增加了能量和温度。 然后是燃烧阶段,压缩后的空气进入燃烧室,与喷入的燃料混合并点燃。燃料通常是航空煤油或喷气燃料,通过喷嘴喷入燃烧室,与空气充分混合后被点燃。燃烧产生的高温高压气体膨胀后,推动涡轮转子高速旋转。 最后是喷射阶段,燃烧后的气体通过喷气口高速喷出,产生反作用力推动飞机前进。喷气口位于发动机尾部,喷气的高速流动产生的反作用力推动了飞机向前。同时,喷气口的形状和方向可以通过调整来改变推力的大小和方向,以满足飞机的操纵需求。 二、涡扇发动机

涡扇发动机是一种基于喷气发动机的改进型号,通过在喷气发动机中增加一个 风扇来提供更大的推力。其工作原理可以简单描述为将一部分空气绕过燃烧室直接排出,形成较大的推力。 涡扇发动机的工作原理与喷气发动机类似,但在压缩阶段增加了一个风扇。风 扇位于发动机前部,由一个或多个叶片组成,通过高速旋转将大量空气吸入并推出。这些空气绕过燃烧室,直接排出发动机,形成高速喷射的气流,产生更大的推力。 涡扇发动机相比喷气发动机具有更高的推力和燃油效率,适用于大型商用飞机 和军用飞机。同时,涡扇发动机的噪音和排放也相对较低,符合环保要求。 总结 航空发动机是现代飞机的核心动力装置,喷气发动机和涡扇发动机是两种常见 类型。喷气发动机通过将空气和燃料混合后高速喷出产生推力,而涡扇发动机在喷气发动机的基础上增加了一个风扇,提供更大的推力。了解航空发动机的工作原理有助于我们更好地理解飞机的运行和性能。

飞机的发动机的原理

飞机的发动机的原理 飞机的发动机是一种内燃机,通过燃烧燃料使发动机转动,进而驱动飞机前进。现代民用飞机使用的发动机有涡轮增压发动机和涡扇发动机两种。 涡轮增压发动机是一种利用排气驱动涡轮增压器增加进气压力的内燃机。涡轮增压器就像一个倒置的风扇,它通过高速旋转将进入的空气压缩,使得进入燃烧室的空气更加稠密,从而提高了燃料的燃烧效率。在燃料燃烧的同时,排出的高温高压气体通过涡轮增压器驱动涡轮转动,进一步压缩进气空气,形成正向反作用力,推动喷射出的尾气向后喷出,从而产生推力推动飞机前进。 涡扇发动机是一种在涡轮增压发动机基础上进一步改良的发动机,它利用高压涡轮产生的能量驱动一个带有大型风扇的轴,从而产生推力。其中,风扇的尺寸通常比核心涡轮大很多,用以吸入并压缩更多的气体。当高温高压气体从核心涡轮排出时,它们就会通过大型风扇,并混合周围的空气,从而产生更大的推力。这种发动机具有高推力、高效率、低噪音等优点,是现代大型民用飞机大量采用的发动机类型。 无论是涡轮增压发动机还是涡扇发动机,在其工作过程中都需要燃料和空气的混合物来燃烧产生推力。其燃烧过程可简单描述为:混合物先进入喷油嘴,燃料在喷嘴中雾化,形成一均匀的云雾,再与空气混合,形成可燃的混合物。点火器会发射电火花,从而点燃混合物,产生高温和高压的气体,从而推动涡轮增压器或风扇旋转,产生足够的推力。

总之,飞机发动机的原理是利用燃烧燃料产生高温高压气体,进而驱动涡轮增压器或者风扇旋转,由此产生足够大的推力使得飞机能够起飞和巡航。发动机的设计和燃料的选择,可以直接影响到飞机的性能和经济性,因此在飞机设计中,发动机的选择和优化也是至关重要的一环。

飞机发动机的工作原理

飞机发动机的工作原理 飞机发动机是飞机的心脏,它的工作原理决定了飞机的性能。飞机发动机的工作原理可以简单地概括为:通过燃烧燃料产生高温高压气体,推动涡轮,使飞机前进。下面将详细介绍飞机发动机的工作原理。 一、发动机结构 飞机发动机的结构包括压气机、燃烧室、涡轮、进气道和排气道等部分。其中,压气机负责将进气的空气压缩,提高其密度和温度;燃烧室将燃料和压缩后的空气混合并燃烧,产生高温高压气体;涡轮则由高温高压气体推动,带动压气机和飞机前进。 二、燃料供应 飞机发动机的燃料供应可以通过燃油系统来实现。燃油系统包括燃油箱、燃油泵、喷油器和燃油调节器等部分。燃油在进入燃烧室之前需要经过多道处理,保证其能够顺利燃烧,并且不会对发动机造成损害。 三、工作原理 1. 进气阶段 飞机发动机的进气道是将外界空气引入发动机的部分,进气道的设

计对发动机的性能有很大的影响。进入发动机的空气需要经过多道障碍物,使得空气流速增加,压力降低。这种设计有利于提高进气道的效率和飞机速度。 2. 压缩阶段 经过进气道的空气进入压气机,由于压气机的旋转,空气被压缩,密度增加,温度升高。这种高密度、高温度的空气将被送入燃烧室中,产生高温高压气体。 3. 燃烧阶段 在燃烧室中,燃料被喷入高温高压气体中,燃料和气体混合并燃烧,产生高温高压气体。这种气体被送入涡轮中,推动涡轮旋转。 4. 推进阶段 涡轮的旋转带动压气机旋转,相应地增加了进气道的压力和流量,提高了发动机输出的功率。同时,涡轮的旋转也带动了飞机前进。 四、结论 飞机发动机的工作原理是将进气的空气压缩、燃烧、推动涡轮和飞机前进。发动机的效率和性能受到多种因素的影响,如进气道、压气机、燃烧室、涡轮和燃油系统等。因此,对于工程师而言,优化发动机结构和设计是提高飞机性能的重要手段。

飞机发动机工作原理

飞机发动机工作原理 飞机发动机是飞机的核心装置,通过将燃料燃烧转化为推力,驱动飞机飞行。本文将详细介绍飞机发动机的工作原理,让我们一起来了解吧。 一、引言 飞机发动机是指将燃料转化为推力的装置,用于驱动飞机运行。根据不同的工作原理和结构特点,常见的飞机发动机主要包括喷气发动机和涡轮螺旋桨发动机。接下来,我们将分别介绍这两种发动机的工作原理。 二、喷气发动机 喷气发动机是现代飞机主要采用的发动机类型,其工作原理是通过压缩空气、混合燃料并燃烧产生高温高压气流,然后将气流排出,产生推力。下面是喷气发动机的工作原理的详细介绍: 1. 压气机 喷气发动机的核心部件是压气机,它通过旋转的叶片将进气口的空气压缩。当大量空气被压缩到高压状态时,空气中的氧气浓度增加,为后续的燃烧提供条件。 2. 燃烧室

在压气机将空气压缩后,被送入燃烧室。燃烧室内混合了燃料和压 缩空气,点燃燃料后产生高温高压气流,这个过程称为燃烧。燃烧室 的设计十分关键,它能够保证高效的燃烧并控制燃烧产生的温度。 3. 喷嘴 燃烧产生的高温高压气流被送入喷嘴,喷嘴具有特殊的形状和结构,能够将气流加速并改变其流动方向。当高温高压气流从喷嘴喷出后, 由于动量守恒定律,飞机会产生与气流相反的推力,推动飞机向前飞行。 三、涡轮螺旋桨发动机 涡轮螺旋桨发动机是另一种常见的飞机发动机类型,它通过喷气发 动机的工作原理,将燃料燃烧后的高温高压气流驱动涡轮转动,从而 驱动螺旋桨旋转。下面是涡轮螺旋桨发动机的工作原理的详细介绍: 1. 压气机和燃烧室 涡轮螺旋桨发动机的工作原理与喷气发动机相似,其主要部件包括 压气机和燃烧室。通过压气机将进气口的空气压缩,然后进入燃烧室 与燃料混合并燃烧,产生高温高压气流。 2. 涡轮和螺旋桨 高温高压气流进入涡轮部分,通过涡轮的叶片驱动涡轮旋转。涡轮 与螺旋桨轴相连,涡轮旋转的动力被传递到螺旋桨上,使其旋转,进 而产生推力。

飞机的发动机的原理

飞机的发动机的原理 飞机的发动机是飞行器的重要部件,它负责提供动力来推动飞机飞行。飞机发动机的原理可以分为喷气式发动机和螺旋桨发动机两种。以下将分别介绍它们的工作原理。 1. 喷气式发动机原理: 喷气式发动机利用喷出高速气流产生的反作用力来推动飞机。它由进气系统、压气系统、燃烧系统和喷口系统组成。 - 进气系统:进气系统的作用是将外界空气引入发动机以供燃烧和压缩。进气系统中有一个叶轮机,它利用高速旋转的叶片将空气压缩进入燃烧室。 - 压气系统:压气系统包括压气机和高压涡轮。压气机通过旋转的叶片将空气进行进一步的压缩,使其具有足够的能量用以燃烧。高压涡轮从燃烧室排出的废气中获得能量,进而驱动压气机。 - 燃烧系统:燃烧系统由燃烧室和燃烧器组成。在燃烧室内,压缩后的空气与燃料混合后点燃,产生高温高压的气体。燃烧过程中产生的废气会通过高压涡轮排出。 - 喷口系统:废气从高压涡轮排出后,会经过喷管,通过喷嘴以高速喷出。当高速气流喷出时,产生的反作用力推动了飞机向前飞行。 2. 螺旋桨发动机原理:

螺旋桨发动机通过螺旋桨的旋转产生推力。它由气缸、曲轴和螺旋桨组成。 - 气缸:气缸是螺旋桨发动机的关键部件,它由一个或多个气缸组成。每个气缸内都有活塞,活塞以往复运动形式压缩和释放燃气。 - 曲轴:曲轴连接活塞,将活塞来回的线性运动转化为旋转运动。曲轴的旋转产生的动力被传递给螺旋桨,推动其旋转。 - 螺旋桨:螺旋桨由一系列叶片组成,它们形成螺旋状排列。当发动机运转时,曲轴的旋转将动力传递给螺旋桨,引起其旋转。螺旋桨的旋转会引起周围空气的流动,产生气流,进而产生推力,推动飞机向前飞行。 综上所述,喷气式发动机通过排出高速废气产生反作用力来推动飞机,而螺旋桨发动机则利用螺旋桨的旋转产生推力。两种发动机各有优势,喷气式发动机通常用于大型喷气式客机,而螺旋桨发动机多用于小型飞机。随着科技的发展,各种新型发动机的研发也在不断进行,以进一步提高飞机的性能和效率。

常用航空发动机的结构与原理

常用航空发动机的结构与原理 展开全文 一、活塞式航空发动机 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。发动机带动空气螺旋桨等推进器旋转产生推进力。活塞式发动机由汽缸、活塞以及把活塞的往复运动转变为曲轴旋转运动的曲柄连杆机构等主要部分组成。曲柄连接着螺旋桨,螺旋桨随着曲柄转动而转动,曲轴则支承在轴承上。汽缸上装有进气门和排气门" 进气门是控制空气和汽油的混合气进入的零件,汽油燃烧完以后有排气门排出。 活塞式航空发动机是一种四冲程、电嘴点火的汽油发动机。曲轴转动两圈,每个活塞在汽缸内往复运动4次,每次称1个冲程。4个冲程依次为吸气、压缩、膨胀(作功)和排气,合起来形成1 个定容加热循环。 从1903年第一架飞机升空到第二次世界大战末期,所有飞机都用活塞式航空发动机作为动力装置。20 世纪40年代中期,在军用飞机和大型民用机上,燃气涡轮发动机逐步取代了活塞式航空发动机,但小功率活塞式航空发动机比燃气涡轮发动机经济,在轻型低速飞机上仍得到应用。 二、燃气涡轮发动机 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。它的优点是重量轻、体积小和运行平稳,广泛用作飞机和直升机的动力装置。 核心机: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,生成高温高压燃气驱动燃气涡轮作高速旋转,将燃气的部分能量转变为涡轮功。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有很高的压力和温度,经膨胀后释放出能量(称为可用能量)用于推进。核心机不断输出具有一定可用能量的燃气,因此又称燃气发生器。

各种飞机发动机原理

一、活塞式发动机 航空活塞式发动机是利用汽油与空气混合,在密闭的容器(气缸)内燃烧,膨胀作功的机械。活塞式发动机必须带动螺旋桨,由螺旋桨产生推(拉)力。所以,作为飞机的动力装置时,发动机与螺旋桨是不能分割的. 主要由气缸、活塞、连杆、曲轴、气门机构、螺旋桨减速器、机匣等组成。气缸是混合气(汽油和空气)进行燃烧的地方.气缸内容纳活塞作往复运动。气缸头上装有点燃混合气的电火花塞(俗称电嘴),以及进、排气门。发动机工作时气缸温度很高,所以气缸外壁上有许多散热片,用以扩大散热面积.气缸在发动机壳体(机匣)上的排列形式多为星形或V形。常见的星形发动机有5个、7个、9 个、14个、18个或24个气缸不等。在单缸容积相同的情况下,气缸数目越多发动机功率越大。活塞承受燃气压力在气缸内作往复运动,并通过连杆将这种运动转变成曲轴的旋转运动.连杆用来连接活塞和曲轴。曲轴是发动机输出功率的部件。曲轴转动时,通过减速器带动螺旋桨转动而产生拉力。除此而外,曲轴还要带动一些附件(如各种油泵、发电机等)。气门机构用来控制进气门、排气门定时打开和关闭。 二、涡轮喷气发动机 在第二次世界大战以前,所有的飞机都采用活塞式发动机作为飞机的动力,这种发动机本身并不能产生向前的动力,而是需要驱动一副螺旋桨,使螺旋桨在空气中旋转,以此推动飞机前进。这种活塞式发动机+螺旋桨的组合一直是飞机固定的推进模式,很少有人提出过质疑. 到了三十年代末,尤其是在二战中,由于战争的需要,飞机的性能得到了迅猛的发展,飞行速度达到700-800公里每小时,高度达到了10000米以上,但人们突然发现,螺旋桨飞机似乎达到了极限,尽管工程师们将发动机的功率越提越高,从1000千瓦,到2000千瓦甚至3000千瓦,但飞机的速度仍没有明显的提高,发动机明显感到“有劲使不上"。问题就出在螺旋桨上,当飞机的速度达到800公里每小时,由于螺旋桨始终在高速旋转,桨尖部分实际上已接近了音速,这种跨音速流场的直接后果就是螺旋桨的效率急剧下降,推力下降,同时,由于螺旋桨的迎风面积较大,带来的阻力也较大,而且,随着飞行高度的上升,大气变稀薄,活塞式发动机的功率也会急剧下降。这几个因素合在一起,决定了活塞式发动机+螺旋桨的推进模式已经走到了尽头,要想进一步提高飞行性能,必须采用全新的推进模式,喷气发动机应运而生. 喷气推进的原理大家并不陌生,根据牛顿第三定律,作用在物体上的力都有大小相等方向相反的反作用力。喷气发动机在工作时,从前端吸入大量的空气,燃烧后高速喷出,在此过程中,发动机向气体施加力,使之向后加速,气体也给发动机一个反作用力,推动飞机前进。事实上,这一原理很早就被应用于实践中,我们玩过的爆竹,就是依*尾部喷出火药气体的反作用力飞上天空的。早在1913年,法国工程师雷恩.洛兰就获得了一项喷气发动机的专利,但这是一种冲压式喷气发动机,在当时的低速下根本无法工作,而且也缺乏所需的高温耐热材料。1930年,弗兰克.惠特尔取得了他使用燃气涡轮发动机的第一个专利,但直到11年后,他的发动机在完成其首次飞行,惠特尔的这种发动机形成了现代涡轮喷气发动机的基础。现代涡轮喷气发动机的结构由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成,战斗机的涡轮和尾喷管间还有加力燃烧室。涡轮喷气发动机仍属于热机的一种,就必须遵循热机的做功原则:在高压下输入能量,低压下释放能量。因此,从产生输出能量的原理上讲,喷气式发动机和活塞式发动机是相同的,都需要有进气、加压、燃烧和排气这四个阶段,不同的是,在活塞式发动机中这4个阶段是分时依次进行的,但在喷气发动机中则是连续进行的,气体

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