民航概论第二章21教案

• 四冲程：进气：进气活门打开，油、气进入气缸，活塞下移
•
压缩：进气、排气活门关闭，曲轴惯性向上，混合气体受
压缩，至上死点
•
温度，400，压力，10几个大气压
•
工作：上、下死点的容积比称压缩比，在5-8之间。
•
点火，燃烧，活塞向下快速运动，产生机械能
•
温度，2500℃，压力，50-75个大气压
•
排气：曲轴从下死点惯性旋转，活塞向上，进气活门关闭，
•
中间是火焰筒 火焰温度2000℃以上，火焰筒温
度900-1000℃
• 其他燃烧室：单管燃烧室，多个独立管状燃烧室组 成（6-16个）
• 通
联管燃烧室，多个管状火焰筒，由联焰管连
• 4）涡轮 • 高速旋转，在气流作用下做功 • 带动压气机转动 • 1级到多级 • 构造：前小后大 • 材料：耐高温合金材料 涡轮前温度
1400℃
• 5）尾喷管
• 圆筒状 喷口处面积缩小使排出气流流速增加
• 整流锥 使环形气流变为柱形
• 反推 打开时，气流产生向后的拉力，使飞机 减速
• 涡喷特点： 重量轻，推力大，高速性能好
•
油耗大，经济性差
• 3. 涡桨发动机
• 涡轮输出轴功率带动螺旋桨
• 构造和涡喷基本相同
• 增加两个要求
• 涡轮级数相应增加
• 燃料系统组成：油箱，导管，
• 进气系统
• 点火系统：磁电机——产生高压电
•
点火分配器——高压电按顺序送到各
火花塞
•
火花塞——发出电火花点燃混合气体
• 润滑系统：减少机件之间的摩擦阻力
•
滑油箱，滑油泵——将滑油送到各摩
擦面，流回滑油箱，管道
• 冷却系统：液冷式——发动机截面小，阻力小，结构复杂，重量 大。
• 发行速度对拉力的影响：
•
发行速度v2上升，a变小 拉力下降
•
为使a不变，j增大 变矩螺旋桨
•
桨矩：螺旋桨旋转一周，桨上一点向前移
动的距离
• 螺旋桨的应用： • 1.低速飞机 v2<200km/h 定矩螺旋桨 j不变 • 2. v2较高 变矩螺旋桨 • 3.恒速变矩螺旋桨：由转速调节器自动调节桨矩
• 喘振：气流在压气机内往返振动，中间级放气可防止喘振
• 轴流式压气机：沿发动机轴向逐级压缩 9级增加7.14倍，温度 500K以上
• 离心式压气机：依靠离心力把气体压向叶轮的外缘
• 3）燃烧室
• 燃油雾化后喷入，与高压空气混合后点燃
• 现代大型飞机发动机使用环形燃烧室，由内外四层 壳体组成
•
Байду номын сангаас
内壁和外壁
• 组成：起落架舱，制动装置，减震装置，收放 装置
• 可收放式起落架：飞行时收起，着陆、滑跑时 放下
– 航线飞机采用可收放式起落架，通航飞机采用固定 式起落架
• 起落架配置：
– 前三点式 ∵
– 后三点式 ∴
• 稳定性好，发动机轴线与地面平行，用于高速喷 气式大型飞机
• 构造式起落架 • 多柱式起落架：
v2上升 v2下降 不需拉力 需反向拉力
增大 减小 =90° <0°
飞行员控制
顺桨 逆桨、反桨
• 喷气发动机+螺旋桨 涡桨
• 螺旋桨飞机的限制：
•
800km/h以下 200-700km/h
效率很高，支线飞机
•
速度增加，叶尖接近音速
三、空气喷气发动机
• 1. 喷气发动机原理 • 化学能转化为机械能 推力 • 推力的产生 • 发动机内的气流燃烧，膨胀，向后排出，产生反作用力，飞
• 机身构造：
– 纵向桁梁、桁条 – 横向隔框 – 金属蒙皮
半硬壳式结构
– 隔框：简化制造工艺；改型容易 – 另外还有构架式机身，用于小型飞机
三、尾 翼
• 水平尾翼：
– 水平安定面（固定）+升降舵（上下转动） – 保持飞机纵向稳定，控制飞机的俯仰运动；全动式
平尾可提高操纵效率 – 安装在机身上或垂尾上
• 涡扇发动机特点：空气流量大 推力大 高亚音速时油耗低，噪 音低 民航飞机上应用广泛
• 5. 涡轴发动机
• 应用于直升机和只输出轴功率而不需要喷气动力的 机械的一种涡轮发动机
• 构成：两套涡轮 一套带动压气机；另一套专门输 出功率
•
自由涡轮带动减速器进而带动旋翼
• 喷气通过自由涡轮后动力很小
• 涡轴发动机的特点：
进气
活塞式 涡喷 进气冲程 进气道
压缩
压缩冲程 压气机
燃烧，膨 胀
工作冲程
燃烧室，涡轮
排气
排气冲程 尾喷管
• 2. 涡喷构造
• 1）进气道 inlet
• 使进入发动机的空气流平稳地，以稳定的流速连续进行 有防 冰装置
• 2）压气机 compressor
• 作用：使空气压力增大，密度增大
•
前大后小，前铝合金，后合金钢
• 前起落架不装刹车，可操纵转向，控制飞机地面运动
• 尾翼的结构同机翼，高速飞机采用后掠 式垂尾和平尾
• 调整片：升降舵、方向舵上较小的铰接 翼面，调整制造误差，控制主操纵面上 的力矩，
• 减少驾驶员操纵力矩
§２.４ 飞机动力装置
➢ 活塞式发动机 ➢ 螺旋桨 ➢ 空气喷气发动机 ➢ 发动机的性能和安装 ➢ 辅助动力系统
§2.3 飞机的基本结构--机体
➢机 翼 ➢机 身 ➢尾 翼 ➢ 起落架
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一、 机 翼
• 产生升力的主要来源 • 安放油箱，起落架舱 • 翼展：
– the distance from wing-tip to wing-tip
• 翼型：
– 机翼剖面
• 机翼的四部分：
•
热能转化为机械能
•
活塞式：封闭空间点燃
•
喷气式：开敞空间燃烧 不需坚固的器壁，
连杆，曲轴 重量轻
• 喷气式类型
• 自带燃油，氧化剂——火箭发动机
• 从空气中获得氧气——空气喷气发动机
• 带压气机的涡喷：进气道，压气机，燃烧室， 涡轮，尾喷管
• 比较：活塞式发动机做功是周期性的 涡喷发动机是连续的
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• 发动机是飞机的核心部分，飞机的心脏
– 构造复杂，自成系统
• 为飞机提供动力。
– 发动机、螺旋桨、辅助动力装置及其他附件
• 分类：活塞式
– 四冲程汽油内燃机
喷气式
– 涡喷 – 涡桨 – 涡扇 – 涡轴
一、活塞式发动机
• 1，原理 组成：气缸，活塞，曲轴，连杆
– 翼根，前缘，后缘，翼尖
• 翼根：wing-root
– 承受机身重力
– 承受由升力、重力产生的弯矩
• 受力最大 • 结构强度最强
• 机翼的安装形式：上单翼，中单翼，下单翼 • 上单翼：
– 干扰阻力小；视野好；机身离地高近，易装货，发 动机离地高
– 起落架安装困难
• 中单翼：
– 气动外形最好 – 翼梁穿过机身，影响客舱容积
机向前
• F=ma=m[(v2-v1)/Dt]=(m/ Dt)(v2-v1)=G(v2-v1)
•
G 每秒喷出的燃气的质量
• F=G(v-v0)
v 燃气喷出的速度 v0 飞行速度
• 依靠内部气体的排出产生的反作用力 高空、无空气处不受影响
• 而螺旋桨依靠外部介质（空气）产生的反作用力 高空受影响
• 能量的转化
活塞杆向上
液体上升 压缩空气
最高点
液体经小孔流入活塞
活塞杆向下
液体回流
气体膨胀
减震原理：液体摩擦，气体膨胀压缩，消耗能量
• 起落架收放：
– 液压作动筒实现 – 气压/电动收放 ——小型飞机 – 收起，方下锁定装置：收起限位，驾驶舱指示灯亮，
音响指示，放下警告指示
• 紧急收放系统：
– 手动，空气动力或机内有贮气压放下
• 起落架舱门：
– 待起落架收放入起落架舱内，舱门关闭，减少阻力、 防异物
• 地面制动装置：
– 刹车 主起落架机轮轮毂内
• 一组旋转刹车片+一组固定刹车片
– 两边机轮刹车力应相等，刹车应反应迅速， – 刹车力过大 抱死、磨损轮胎严重 – “点刹”：一放一刹
• 自动防抱死系统：
– 刹车自动调节压力，抱死时松刹车 – 恢复转动后再自动压紧
• 减速机构
•
为使发动机紧凑，可采用离心式压气机
•
也有采用两套涡轮：燃气涡轮连压气机；自由涡轮转速低，连螺旋
桨减速器
•
动力分配：90%拉力（螺旋桨产生），10%推力（尾喷管产生）
•
应用： 800km/h以下
•
油耗接近活塞式，燃烧煤油，马力大，用于中速支线飞机
• 4. 涡扇发动机
• 高亚音速 实现低油耗飞行
– 内部空间：安装操纵装置，密封后作为油箱， 安装起落架舱，安装发动机
二、机 身
• 飞机的主体部分，筒状，把机身，尾翼， 起落架连在一起
– 机头：驾驶舱（仪表，操纵装置） – 中部：客舱（舒适安全，同），货舱（下部
装货） – 后部：与尾翼相连 – 流线体，受力主要是机翼上传来的垂直集中
载荷和尾翼上传来的侧向载荷
• 下单翼：
– 离地进，起落架短，降落稳定性好，易收放， 维修方便；
– 机舱空间不受影响 – 机身离地高，装货不好，视野不好
• 机翼的安装角：
– 上反角（一般用于下单翼机），下反角（一 般用于下单翼机）
• 机翼前缘、后缘的装置：
– 副翼，襟翼，缝翼，扰流板
– 副翼：机翼后缘外侧或外侧偏内，上下偏转，操纵 飞机的倾侧
•
结构重量轻，功率大，油耗低
•
制造困难，技术复杂，减速器重量大，初成本高
•
用气缸外流动的冷却液吸收热量
•
散热器上气流带走冷却液吸收的热量
•
气冷式——冷却效率高，迎风面积大，结构简单重量较
轻，使用居多
•
气缸外壁上有许多散热片
•
气缸迎风呈星形布置
•
迎风气流带走热量
•
启动系统：气动——压缩空气充入气缸使发动机启动
•
电动——启动电机带动启动机使曲轴旋转
• 3，活塞式发动机的性能
• 燃油消耗率：每马力小时消耗油量 公斤/马力小时 最初1，目前0.2-0.25
• 重量功率比：公斤/马力 最初6.4， 20世纪40年代0.5
二、螺旋桨
• 活塞发动机+螺旋桨（产生拉力或推力） 飞机推进装置
• 组成：几个叶片（2-6个），从根部到顶 部扭曲（α逐渐改变），截面为翼型面
• 迎角：桨叶的叶弦相对于迎面气流的角度（α）
• 垂直尾翼：
– 垂直安定面（固定）+方向舵（左右转动） – 控制飞机航向，抗偏航干扰 – 分为单垂尾和双垂尾
• 尾翼的结构同机翼，高速飞机采用后掠 式垂尾和平尾
• 调整片：升降舵、方向舵上较小的铰接 翼面，调整制造误差，控制主操纵面上 的力矩，减少驾驶员操纵力矩
四、起落架
• 作用：在地面支撑飞机，起飞，滑跑，地面拖 动承受重力，冲击载荷，影响起降性能，安全
• α 从根部到尖部逐渐变小，是为了保持叶 片各段产生大致相等的拉力
• 桨叶角：桨叶剖面的叶弦与旋转平面的夹角 （j）,又叫安装角
• α与j的关系： 飞机不动 α=j
•
飞机运动 旋转v1 前进v2 桨叶相对
气流u 空中螺旋桨 α<j
• 受力分析：垂直桨叶方向产生拉力
•
叶片克服阻力，产生拉
力
• 叶片运动方向产生阻力
– 减小了减震器受弯的力矩，易密封，减震效 果好
– 但构造复杂，摇臂受力大，不能用于大飞机
• 起落架减震功能：由轮胎、减震器实现
– 高压轮胎6-10kgf/cm2 – 中压轮胎3-6kgf/cm2 – 低压轮胎2-3kgf/cm2
• 弹簧减震器：小型飞机上使用 • 油气减震器：大型飞机上使用
飞机着陆
• 压气机前加几级风扇，之后气流分成两部分
• 外涵道：气流从核心发动机外流过，产生推力，类似螺旋桨
• 内涵道：气流通过核心发动机，推动涡轮，从尾喷管排出，与 涡喷相同
• 结构特点：叶片缩短，有限涵道，避免叶尖激波
• 涵道比：外/内涵道流量比 一般在5-8之间
•
大 经济性高
•
太大 阻力上升，制造困难
• 涡轮前温度：1250℃ 增压比27
– 四个机轮构成轮式小车 – 连接减震支柱 – 斜支柱（方向支柱），扭力撑杆（抵抗轮车扭转力） – 平面承力 – 收放作动筒：收，放 – 轮架、支柱铰接，轮子可上下左右运动 – 后轮架：可绕支柱转动，保证小车有最大接地面积
和小的转弯半径
– 机轮 B747 住起落架 16个机轮
• 摇臂式起落架：
– 机轮通过一个摇臂与支柱相连
– 襟翼：机翼后缘内侧，向外、向下伸出，增升、增 阻
– 缝翼：机翼前缘，前移，增升，开缝可增加迎角
– 扰流板：翼面上表面上，向上打开，增阻，减升， 降速，压地一侧打开，增阻，飞机侧倾
• 机翼的结构：
– 翼梁，桁条（嵌在翼肋上，支持蒙皮）构成 纵向骨架
– 翼肋为横向骨架：保持机翼的翼型 – 骨架外的蒙皮 – 翼根需特别加固，因为要承受巨大的应力
排气活门打开
•
废气排出
• 每次循环：往复两次，四个冲程
• 2，活塞式发动机的结构和系统
• 单个气缸功率不够
• 多缸：工作时间错开，振动均匀，5-28缸 4000马力
•
往复运动 连续旋转 惯性使活塞运动保
持下去
•
曲轴输出功率，使螺旋桨转动，拉力
•
曲轴通过齿轮带动凸轮轴 控制气门 顺
序开闭进气，排气活门