航空燃气涡轮动力装置第七章

合集下载

航空燃气涡轮发动机概述

航空燃气涡轮发动机概述航空燃气涡轮发动机是现代航空工业中最重要的动力装置之一、它具有高效率、高功率密度和高可靠性等优点，被广泛应用于各类飞机中。

本文将概述航空燃气涡轮发动机的工作原理、结构组成、分类、性能指标以及未来发展方向等内容。

航空燃气涡轮发动机的工作原理基于燃烧室内的燃气推动涡轮。

它由压气机、燃烧室和涡轮组成。

首先，压气机将空气压缩，提高其温度和压力。

然后，压缩空气进入燃烧室，与燃料混合并燃烧，产生高温高压的燃气。

最后，高压燃气通过涡轮使其旋转，产生推力，并从尾喷管排出。

可见，航空燃气涡轮发动机的工作原理是通过涡轮驱动压气机，提供压缩空气并将其推向尾喷管。

航空燃气涡轮发动机的结构组成包括压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管和附属系统等。

压气机主要通过叶片的旋转将空气压缩，提高其温度和压力。

燃烧室用于将燃料与压缩空气混合并燃烧，产生高温高压的燃气。

涡轮通过燃气的膨胀驱动压气机，使其继续工作，并产生推力。

尾喷管用于将高压燃气排出，并产生反作用力。

附属系统包括供油系统、冷却系统和控制系统等，用于保证发动机的正常运行。

航空燃气涡轮发动机可以根据压气机的工作循环分类为单转子和双转子发动机。

单转子发动机只有一个压气机和一个涡轮，如连杆式发动机。

双转子发动机具有两个对称的压气机和涡轮，如军用飞机上常用的分段式发动机。

根据尾喷管的形式，航空燃气涡轮发动机还可分为直喷式和径向喷管式。

航空燃气涡轮发动机的性能指标主要包括推力、燃油消耗率、比功率、绕程推力比和起动性能等。

推力是发动机提供的推动力量，决定飞机的加速能力和最大速度。

燃油消耗率是单位推力下消耗的燃油量，直接影响飞机的航程和经济性。

比功率是单位发动机质量下产生的推力，用于衡量发动机的功率密度。

绕程推力比是发动机在巡航状态下产生的推力与起飞推力的比值，用于衡量发动机的高空巡航性能。

起动性能包括发动机的起动时间和起动能力，在冷启动和热启动时对飞机的起飞和复飞具有重要影响。

第七章航空发动控制计划概述

低压压气机的工作线位置（A9=常数）
（2）发动机控制计划为充分发挥双轴发动机的潜能，就要选择nH、nL、Tt4作为被控参数，同时对三个参数进行控制，就需要有三个控制量，除供油以外，其余两个要从发动机部件的几何可调参数中选择。要使发动机部件几何可调，发动机控制装置的质量、结构复杂程度及研制生产费用就会大大增加。因此，双轴涡轮喷气发动机仍广泛采用尾喷口面积A9固定的控制计划，即下面所述基本控制计划。由于只有Wf一个控制量，所以只能保证一个被控参数随飞行条件按给定规律变化。 ① 保持低压转子转速不变的控制计划 Wf →nL=常数 ② 保持高压转子转速不变的控制计划 Wf →nH=常数 ③ 保持涡轮前温度不变的控制计划 Wf →Tt4=常数

双轴涡轮喷气发动机示意图
高压压气机和高压涡轮的共同工作和单轴涡喷发动机类似，即高压涡轮膨胀比πTH＝常数的工作线。根据流过低压涡轮喷嘴喉部与尾喷管出口的流量连续条件，当尾喷管中气流处于临界以上流动状态时，低压转子的共同工作线也是πTH＝pt4.5/ pt5 ＝常数的工作线。双轴发动机高压压气机特性图上的共同工作线的位置与形状则受发动机工作条件改变时的高压压气机增压比πCH变化规律的影响。

涡扇发动机的共同工作与控制计划（1）共同工作特点 ① 分开排气的双轴涡轮风扇发动机 ② 混合排气涡轮风扇发动机（2）被控参数的选择 ① 一般情况下，涡轮风扇发动机的被控参数可以从nH、nL、Tt4 和内涵总增压比（或称EPR，是低压涡轮出口总压与低压压气机进口总压之比）等参数中选择，对几何不可调的涡扇发动机只能选择其中的一个参数作为被控参数。 ② 涡轮风扇发动机的控制计划与双轴涡喷发动机基本相同，即可采用式（7-6）～式（7-8）的等低（高）压转速调节和等涡轮前温度调节。所不同的是许多涡扇发动机上选择 EPR作为被控参数，采取如下控制方案Wf →EPR=常数

APU辅助动力装置

讲APU（Auxiliary Power Unit 辅助动力装置），先从飞机发动机的起动说起：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。

根据这个起动特点，就必须在点火燃烧前先由其他能源来带动发动机旋转。

在以前的小功率发动机上，带动发动机到达一定转速所需的功率小，就采用了起动电机来带动发动机旋转，如用于国产运-7，运-8飞机的涡桨5、涡桨6发动机。

但是随着大推力发动机的出现，用电动机已无法提供如此大的能量来带动发动机，达到点火燃烧时的转速了，因此需要更大的能源来带动发动机，这时，采用APU，产生压缩空气，用气源代替电源来起动发动机成为了现在所有高涵道比发动机的起动方式。

二、压缩空气的来源毫无疑问，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（Auxiliary Power Unit 辅助动力装置）。

三、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。

2024年航空燃气涡轮机培训资料

应急程序示意图
01 燃油泄漏
立即切断燃油供应，开启灭火器
02 燃气轮机失速问题
减小推力，控制飞机姿态
03
总结
航空燃气涡轮发动机的维护与故障排除是飞行安全的重要环节，只有严格依照维护流程和故障排除原则，以及严谨的紧急情况处理和安全意识培训，才能确保飞机的安全飞行。
● 04
第四章未来航空燃气涡轮发动机技术发展趋势
● 06
第六章总结与展望
技术总结
航空燃气涡轮发动机技术的重要性
航空燃气涡轮机是飞机的关键部件之一，直接影响着飞行安全和效率。其技术的发展水平直接关系到飞机的性能和经济效益。
发动机维护的要点
定期检查涡轮机叶片的磨损情况，及时更换受损部件。保持涡轮机内部的清洁，防止杂质对发动机性能造成影响。
头
常用方法和技巧
掌握故障排除的有效方法和技巧
紧急情况处理
燃油泄漏
立即采取应急措施隔离泄漏源头通知地面人员
燃气轮机失速问题
稳定飞行姿态尽快寻找原因及时采取应对措施
安全意识培训
安全规定和操作流程
严格遵守安全规定，正确操作发
动机
紧急情况下的应对措施
快速反应，按照紧急处理流程执
行
● 03
第3章航空燃气涡轮发动机的维护与故障排除
维护流程
航空燃气涡轮发动机的维护流程包括定期检查和保养，确保发动机处于良好状态，以提高性能和延长使用寿命。同时，故障预防和处理也是维护流程中重要的环节，及时发现并解决潜在问题，保障飞行安全。
故障排除原则
故障分类和诊断
准确判断故障类型，找到故障源
自动诊断故障，提高效率

燃气涡轮发动机第7~9章

燃气涡轮发动机：第七章辅助动力装置
在空中客车的飞机上APU舱内防火墙上有控制推钮，名字叫APU燃油管通风电门，如果推该推钮，APU燃油增压泵启动，APU燃油关断活门打开。该推钮旁通APU主电门，这对维护有利，因为没有人在驾驶舱就能吹除APU燃油管。
APU燃油增压泵由飞机电瓶供电，但空客飞机和波音飞机有所不同。波音飞机通常是用带直流马达的泵，由单独的 APU电瓶或由正常的飞机电瓶经电瓶电门供电；空客飞机通常是用单相交流泵，由电瓶经静变流机供电。
燃气涡轮发动机：第七章辅助动力装置
7．2 工作系统和保护
7．2．1 工作系统
1．进气系统
辅助动力装置压气机的空气由进气门进入。进气门由电气作动器控制其开与关，有的作动器还可手动超控。作动器电路与APU主控电门相连，以确保在启动和停车期间的正确操作程序。进气门的位置由位置电门监视。进气门要防止鸟和碎片进入APU并在飞行中减少气动阻力。 APU发电机、滑油冷却器等的冷却空气也由进气门进入沿着分开的通道流动。进气通道有扩张形状，引导空气到APU，增加气流静压。通道里面进口导向叶片帮助改善空气流动。
燃气涡轮发动机：第七章辅助动力装置
2．燃油系统
APU燃油来自飞机油箱，由燃油控制组件调节。该组件负责启动、加速和稳态的燃油流量供给，并保证发动机稳定工作在要求的转速下。燃油系统相关部件有燃油箱中燃油增压泵、燃油关断活门，供油管路以及燃油加热器、燃油滤、燃油泵、调节器和用于燃油通/断的电磁活门（见图7-1）。有的型号上有压力电门监视供油管路压力，如果压力太低发出警告。控制APU燃油系统工作的有：APU主电门、APU灭火电门和APU地面停车电门。一些飞机上APU燃油增压泵在启动程序期间连续运转，当APU转速达到95%时断开。现代飞机上APU燃油增压泵自动断开，由于泵仅在需要时运转，延长了APU增压泵寿命。

航空燃气涡轮动力装置绪论

7日，来特兄弟驾驶“飞行者1号”成功实现
载人动力飞行时，发动机的功率只有12马力。随着飞机广泛应用在军事、运输领域，航空工业尤其是民用航空运输业得到了迅速发展，人们对飞机的性能提出了更高的要求，如作战飞机较高的机动性，民用飞机较好的经济性及可靠性等。
飞机飞行性能的提高，在很大程度上取决于动力装置的发展，
五、发动机可靠性要好
六、发动机的环境污染要小
七、发动机的使用寿命要长
八、发动机要便于维护
航空活塞发动机因其固有缺陷越来越满足不了现代飞机的性能要求，人们需要质量更小，推力更大，速度、高度性能更好，能满足不同飞机性能要求的动力装置。实践证明，燃气涡轮发动机能满足这些性能要求。
一、发动机推力大，质量小二、发动机燃油消耗率低三、发动机应具有较好的高空和速度性能
四、发动机结构尺寸要小

涡桨发动机-7

进气装置燃气发生器
排气装置
减速器燃油喷嘴螺旋桨
自由涡轮
措施：在易结冰处加防冰装置。常见有两种：电加温防冰：利用飞机电源对安装在发动机防冰部位的电
热元件通电加温。惯性防冰：通过改变气流的流动方向，利用离心力将气流
中的冰块、水分、外来物等分离出去，防止进入发动机，达到防冰目的。这种防冰不需要消耗发动机的能量，但气流损失较大。
双轴式涡桨发动机除具有双转子发动机通常的优点外，还可减轻减速器负荷，这是由于低压转子转速较低，减速比减小的缘故；同时双轴式涡桨发动机便于调节，便于启动。
螺旋桨
低压压气机
高压压气机
高低压压涡涡轮轮
减
速
器
＊双转子发动机的特点
要提高发动机的推力和经济性，必须提高发动机的增压比。但增压比提高后将影响单转子发动机的工作稳定性。而采用双转子发动机可有效解决这一矛盾。目前民用飞机上使用燃气涡轮发动机基本上都采用双（三转子）结构，下面简单阐述一下双转子发动机的特点。
进气装置
燃气发生器
排气装置
减速器螺旋桨
燃油喷嘴
自由涡轮
涡桨发动机的基本组成与涡喷一样，只是涡轮还要通过减速器带动螺旋桨。减速比一般为5～15
涡桨发动机可根据发动机转子的数量分为单轴式和双轴式。
单轴式涡桨发动机：螺旋桨与发动机共为一个轴，这种发动机结构较为简单，但发动机工作效率低，发动机与螺旋桨工作的协调性不好，性能较差，常用在早期的涡桨发动机上，如Wj5AI发动机。
双转子轴流压气机
b.双转子发动机的性能特点
双转子发动机的工作与单转子发动机的工作是一样的，只是整台压气机的增压比是两部分压气机增压比的乘积。双转子发动机主要有以下几个性能特点。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

【本章小结】
飞机辅助动力装置（APU）通常为一台小型燃气涡轮发动机，安装在飞机尾部，是自成一套体系的小型动力装置，用于飞机在地面启动主发动机，向座舱空调系统供应压缩空气，以及向飞机电网提供电源动力。当飞机
在飞行中遇到一定条件（如发动机停车）时，辅助动力
装置可作为应急动力源，向飞机提供气源和电源。目前，大多数辅助动力装置可同时输出机械功和压缩空气。
输出轴、压缩空气输出口和自动控制装置组成。另外，为
保证正常工作，APU还设有独立的燃油系统、滑油系统、起动系统和冷却系统。
第一节
辅助动力装置
二、辅助动力装置组成 APU 是一自成系统的独立装置，安装在飞机尾部一非增压防火舱内，结构如图 7-1所示。尾锥连到机身机构作为 APU 的支撑和整流罩。 APU 和它的部件包容在几
第七章
辅助动力装置
‫‏‬
在中、大型飞机上，通常在飞机尾部装有一台小型
燃气涡轮发动机，称为辅助动力装置（ Auxiliary Power Unit ，简称 APU ）。辅助动力装置可为飞机气源系统提供增压空气和飞机交流电源系统提供备用电源。配置有
APU的飞机可减少对地面设备的依赖，在空中特定情况
下（如 ETOPS 运行中），APU 还可为飞机提供应急能量。
辅助动力装置发动机由压气机（通常为离心式压气
机）、燃烧室、涡轮、进排气装置等部件组成，主要工作系统包括：进气系统、燃油系统、空气系统、冷却系统、滑油系统、起动和点火系统飞机《飞行手册》
中关于 APU 使用的相关限制，确保APU安全稳定工作和使用寿命。
轮的冲压气向飞机提供应急液压源和提供应急电源。 RAT禁止在地面使用。
第一节
辅助动力装置
一、概述
飞机辅助动力装置（APU ）是装在飞机上的一套自成体系的小型动力装置，用于飞机在地面启动主发动机，向
座舱空调系统供应压缩空气，以及向飞机电网提供电源动
力。当飞机在飞行中遇到一定条件（如发动机停车）时，辅助动力装置可作为应急动力源，向飞机提供气源和电源。目前，大多数辅助动力装置可同时输出机械功和压缩空气。APU 一般由小型燃气涡轮发动机、带减速器的功率
辅助动力装置
大型飞机的辅助动力装置主要由燃气涡轮发动机及其所传动的空气压缩机和交流发电机所组成，其外形如图7-2所示。
第一节
辅助动力装置
第二节
辅助动力装置的工作系统及使用
一、辅助动力装置系统构成
二、辅助动力装置的使用注意事项
第三节
冲压空气涡轮
在一些大、重型民航飞机上装有冲压空气涡轮装置
（Ram Air Turbine，简称RAT）。RAT是一种空气驱动涡轮，当飞机所有系统失效后，冲压空气涡轮装置可利用冲压气流向飞机提供应急液压源，用于飞机飞行控制系统等。
在 APU 稳定工作中，出现下列任一情形，APU 将自
动停车：APU 滑油压力过低；APU滑油温度过高；APU 排气温度超限； APU超转； APU 出现火警警告。在地面工作时，将飞机电瓶电门置“OFF”位。冲压空气涡轮装置（RAT）是一种空气驱动涡轮，它
在出现应急情况时自动或人工伸出。 RAT 可利用流经涡
个舱里面，如设备舱、APU 舱和消音器舱。APU设备像
进气门动作器、灭火瓶、燃油供油管和引气导管在设备舱。 APU 在 APU 舱，整个做成防火墙，防火墙阻止任何火焰传播到机身。APU 主要由一小型恒速燃气涡轮发动机、附件齿轮传动装置、交流发电机、引气系统、防
火系统、控制与显示等部分组成。
第一节