国产涡桨发动机的发展方向剖析
涡桨涡轴发动机技术

涡桨涡轴发动机技术涡桨/涡轴发动机技术——航空发动机技术;直升机技术;燃气涡轮发动机——发动机;涡轴发动机;涡桨发动机;定义与概念:航空涡轮轴发动机是一种以空气为作功工质的燃气涡轮发动机。
它主要是靠输出功率带动负载工作的燃气涡轮发动机,能将动力涡轮有效功率的绝大部分(95%以上)通过输出轴带动负载。
涡桨发动机是用燃气涡轮带动螺旋桨的燃气涡轮发动机。
涡轴/涡桨发动机与大型涡喷/涡扇发动机的气动热力循环原理基本相同,虽可借助大型燃气涡轮发动机研制所取得的技术成果和经验,但由于涡轴/涡桨发动机属于小型燃气涡轮发动机类,因而在气动和结构上均有其独特之处:(1) 小流量、小通道引起的"尺寸效应"对压气机、涡轮性能及冷却等产生不利影响;(2) 转速高--高转速给临界共振、高速轴承、轴系、支承、叶片盘的疲劳强度等方面都带来一系列新的问题;(3) 流动复杂--小涡轮叶片短叶型使得流动转折加大,三维特性及粘性影响突出;(4) 冷效差--小涡轮叶片短而薄,相对外表面积大,而内部冷却孔型很难布置,且冷气流程短,因而冷却效果随尺寸减小而降低;(5) 需要进气防护装置(粒子分离器)。
涡轴发动机的优点是:功重比大(500-600kW级的发动机,几乎比活塞发动机高2倍);发动机维修简单(特别在低温下不需加温起动);振动小(无往复运动件、发动机转子平衡精度高);较小的最大截面改善了直升机的气动力性能。
所以,从50年代开始涡轴发动机逐步取代活塞式发动机,成为直升机的主要动力装置。
当然它也有缺点:动力涡轮转速高,传动旋翼减速比大,造成减速器大而复杂;燃料消耗率一般较活塞式略高;周围介质(空气中的粉尘、湿度、温度)对其工作的影响较大;还有小尺寸的涡轴发动机生产难度大等。
随着40多年不断的研究发展、更新换代,现代涡轴发动机具有以下特点:(1) 性能先进:起飞耗油率0.267-0.358kg/(kW/h);功重比4-8kW/daN;(2) 经济性好:巡航工作状态的耗油率可达0.299-0.367kg/(kW/h),维护费用低、寿命长(单元体寿命3000-5000h);(3) 可靠性高:发动机提前更换率低、平均故障间隔时间长、性能衰减率低;(4) 有技术发展潜力:具有良好的功率覆盖面和改型的可能性;(5) 环境适用性强:武装直升机动力的防砂能力(一般具有粒子分离器)、红外抑制能力、抗作战损伤和防坠毁能力都比较强。
2023年涡桨发动机行业市场发展现状

2023年涡桨发动机行业市场发展现状涡桨发动机是一种能够提供强劲推力的发动机,被广泛应用于航空、航海、能源等领域。
它以高效、可靠、快速启动和节能环保等特点受到市场的青睐。
在目前的市场背景下,涡桨发动机行业市场发展现状主要表现在以下几个方面。
一、市场规模逐年扩大近年来,涡桨发动机行业市场规模逐年扩大。
据《2019年中国航空涡桨发动机市场研究报告》显示,2018年中国民用飞机涡桨发动机市场规模达到93.46亿元,同比增长30.2%;而到2023年,预计市场规模将增长至225.27亿元。
这主要得益于我国航空、航海、能源等领域的快速发展,带动了涡桨发动机需求的不断增长。
二、技术进步不断促进市场发展随着涡桨发动机技术不断进步,市场发展也得到不断促进。
目前,国内外涡桨发动机制造商已经开发出多种高性能、高效能的涡桨发动机,如美国普惠发动机公司的PW1100G-JM系列、我国航空动力涡轴发动机等。
这些发动机具有推力大、噪音小、燃油经济性较好等特点,受到市场的广泛关注和采用。
三、环保要求推动发动机结构升级随着全球环保要求的提高,涡桨发动机行业也在加速结构升级。
为满足环保、降低污染,各大制造商正在研发更加高效稳定、更加环保的涡桨发动机。
比如,欧洲制造商RAR-E Rolls-Royce所研制的技术,能够让发动机在起飞、转弯等高耗能场景下实现零废气排放;某些型号的汉阳涡桨发动机也能始终保持净空状态,将废气循环利用,达到节能环保的目的。
四、市场竞争格局逐渐形成涡桨发动机行业市场竞争逐渐明显。
在国内,涡桨发动机市场目前主要由航空发动机集团、航发动力等企业垄断,他们的技术和专业性非常高,对小型公司形成了很大的市场差距。
在国外,美国的普惠、通用电气等公司仍然占据着较大市场份额。
总结起来,当前涡桨发动机行业市场发展现状呈现出市场规模持续扩大、技术进步带动发展、环保要求推动结构升级以及市场竞争逐渐形成等主要特点,未来仍然需要注重创新、不断加强技术研发,继续提高产品品质和技术水平,为行业发展注入新的动力。
涡桨发动机控制技术演变及趋势

涡 桨 发 动 机, 油 耗 低 至 0.21kg/(kW·h),
T56 20 世纪 50 年代 机械液压(发动机和螺旋桨两个独立控制器) 美国艾利逊公司
单发最大功率 8200kW,最大飞行速度
WJ6 20 世纪 70 年代 机械液压(发动机和螺旋桨两个独立控制器) 中国航发南方
760km/h,最大起飞质量 141t。
涡桨 发 动 机 在 最 高 可 达 700km/ h的亚声速飞行速度范围内 的经济性远远超过相应推力
一般的涡喷、涡扇发动机,其控制系 统无论从外观、质量、附件数量,还 是具体功能均发生了深刻的变革。
AI-20 单转子涡桨发动机、普惠加拿 大 公 司 50 年 代 研 制 的 PT6A 单 转 子 涡桨发动机、美国艾利逊公司(1994
等 级 的 涡 喷 和 涡 扇 发 动 机, 因 而 是 亚
年被罗罗公司收购)在 20 世纪 40 年
声速飞机尤其是运输机的主要动力装 结构形式演变
代末期研制的 T56 单转子涡桨发动
置。例如,我国的“新舟”60,配装了 如 表 1 所 示, 许 多 20 世 纪 80 年 代 机 等 ;自 20 世 纪 80 年 代 中 期 以 来,
最大起飞质量 13.7t ;美国中型运输机 C-130J 配装了 4 台罗罗公司的 AE2100D3 涡 桨 发 动 机, 起 飞 油 耗 0.25kg/(kW·h), 单发起飞功率 3424kW,最大飞行速度 621km/h,最大起飞质量 70.3t ;欧洲的 A400M 运 输 机, 装 备 了 4 台 TP400-D6
渐从机械液压式进入了数字电子控 制。涡桨发动机控制系统的被控对象 包含了发动机和螺旋桨,因而相对于
AE2100 20 世纪 90 年代 数字电子(发动机和螺旋桨共用一个控制器) 英国罗罗公司
涡桨发动机技术发展综述

涡桨发动机技术发展综述摘要:本文概述了涡桨发动机的技术优势及其发展历程,基于目前的技术发展情况,分析了涡桨发动机未来的发展趋势,指出研制出可靠性更高、全寿命期成本更低的涡桨发动机是未来的发展趋势。
关键词:涡桨发动机;发展历程;未来趋势引言涡轮螺旋桨(简称涡桨)发动机是一种通过驱动螺旋桨产生拉力或推力的航空发动机,其一般应用于飞行中低速飞行的飞机,由于其主要依靠螺旋桨对空气做功产生推力或拉力,其不适用与高空高速飞机。
相对于航空活塞式发动机,涡轮螺旋桨发动机热力循环参数更高,其功重比更大,产生的振动更小、飞行速度更快;相对与涡喷和涡扇发动机,由于涡轮螺旋桨发动机螺旋桨的转速不宜过高,其结构上增加了减速器用以降低螺旋桨转速,同时由于螺旋桨具有更高的推进效率,故其耗油率更低、起飞推力更大。
正是由于涡轮螺旋桨发动机出色的经济性,其越来越受到各国的重视,是未来民用飞机、运输发动机及无人机的理想动力。
1发展历程到目前为止,根据发动机的性能指标,涡桨发动机的发展历程可大致分为四代。
第一代涡桨发动机是指上世纪70年代以前进行生产的,主要包括Dart、PT6A系列涡桨发动机、TPE331系列的早期型号、NK-4以及AI-20等型号的涡桨发动机;第二代涡桨发动机是指上世纪70年代末期到80年代初期研制生产的,主要包括PW100系列早期型号、CT7-5和TPE331-14/15等型号的涡桨发动机;第三代涡桨发动机是指上世纪90年代以后投入使用的涡桨发动机,主要包括AE2100、TPE351-20和PW150A涡桨发动机;第四代涡桨发动机指2011年以后投产的先进涡桨发动机TP400-D6。
1.1第一代涡桨发动机第一代涡桨发动机的热力循环参数相对较低,其具有结构简单的特点,但耗油率相对较高。
其压气机结构多种多样,囊括有轴流式、离心式和轴流+离心式组合等多种形式,其动力输出方式主要采用单转子涡轮输出方式,第一代涡桨发动机的总增压比在10以下,涡轮叶片基本采用非冷却叶片,涡轮前温度相对较低,一般在1300K以下,耗油率相对较高一般在0.35~0.41kg/(KW.h)之间。
涡桨5发动机的改进和系列发展

高 了 近 50% .耗 油 率 降 低 大 约 9 5% 。 机 的 动 力 , 冉 有 体 积 小 重 量 轻 , 性 4年 ,共 发 出 中 文 设 计 围 纸 31214张 .
1985年 ,诚 型 发 动 机 成 为 国 内 同 行 业 能 好 , 转 速 高 、 新 工 艺 新 技 术 多 加 技 术 条 件 553套 约 lOO0万 字 。编 制 中
从 活 塞 式 到 涡 轮 化
涡 桨 5发 动 机 是 1966年 以 苏 制 AH一24涡 桨 发 动 机 为 原 型 机 测 绘 的 , 1968年 转 到 东 安 发 动 机 制 造 公 司 试 制 。
东 安 发 动 机 制 造 公 司 原 是 生 产 活 塞 式 发 动 机 的 老 厂 。 为 了 试 制 涡 桨 5 发 动 机 成 立 了 由 工 人 、 干 部 技 术 人 员 组 成的 =结 合攻 关 小 组, 针 对 试制 过程 中长 期 试 车 时 暴 露 出 的燃 烧 宣机 匣加 强 扳 裂 纹 , 传 动 锥 齿 轮剥 落, 排 气段 支 扳 座 裂 纹、 涡 轮 导 向器 石 墨块 封 严 橙 动 等 5大 故 障 , 组 织 各 方 力 量 进 行 攻 关 。 经过 一 年零 四个 月 的 日夜 奋战 , 终于 突破 了 这些 技 术 难 关 , 为 涡 桨 5发 动 机 的 设 计 定 型 打 下 了 摹 础 。
为 了 加 速 涡 桨 5设 计 定 型 步 伐 . 确 保 新发 动机 工 作 安 全 可 靠 , 公 司还 白筹 资 金, 新 建 、 扩 建 了 厂 房, 组 建 了 涡 轮 叶 片加 工 车 间, 添 置 了 各 种测 试 设 备和 检 测 手 段 , 先 后 进 行 了发 动 机 全 台性 能 测 试 、 高 温 超 转试 验 , 燃 烧 室 综 合 性 E试 车 叶 片 热 冲 击 试 验 、 涡 轮 转于 超 温 试 验 , 减 速 器超 负荷 试 验 等 十 几 项 可 靠 性 试 验 。
航空发动机的未来趋势

航空发动机的未来趋势随着航空业的快速发展,航空发动机作为飞机的“心脏”,也在不断地进行技术革新和创新。
未来航空发动机的发展趋势将会朝着更高效、更环保、更可靠和更智能化的方向发展。
本文将从这四个方面来探讨航空发动机的未来趋势。
一、更高效航空发动机的效率对于飞机的性能和经济性至关重要。
未来航空发动机将会朝着更高的燃烧效率和推力比的方向发展。
一方面,通过改进燃烧室和喷嘴设计,提高燃烧效率,减少燃料消耗和排放。
另一方面,通过采用更先进的材料和制造工艺,减轻发动机重量,提高推力比,提高飞机的爬升性能和巡航速度。
二、更环保随着全球环境问题的日益严重,航空发动机的环保性能也成为了航空业发展的重要方向。
未来航空发动机将会朝着更低的排放和噪音的方向发展。
一方面,通过采用更先进的燃烧技术和排放控制装置,减少氮氧化物和颗粒物的排放。
另一方面,通过改进发动机的设计和减振措施,降低发动机的噪音水平,减少对环境和居民的影响。
三、更可靠航空发动机的可靠性对于飞机的安全性和运行效率至关重要。
未来航空发动机将会朝着更高的可靠性和维修性的方向发展。
一方面,通过采用更可靠的材料和零部件,提高发动机的故障率和寿命。
另一方面,通过改进发动机的监测和诊断系统,实现对发动机状态的实时监控和故障预测,提前进行维修和保养,减少飞机的停机时间和维修成本。
四、更智能化随着人工智能和大数据技术的快速发展,航空发动机也将朝着更智能化的方向发展。
未来航空发动机将会通过采集和分析大量的数据,实现对发动机性能和运行状态的智能化管理和优化。
一方面,通过实时监测和分析发动机的工作参数和性能数据,实现对发动机的智能化控制和优化调整,提高发动机的工作效率和可靠性。
另一方面,通过建立发动机的大数据平台和智能化维修系统,实现对发动机的远程监控和维修,提高维修效率和降低维修成本。
综上所述,未来航空发动机的发展趋势将会朝着更高效、更环保、更可靠和更智能化的方向发展。
这将为航空业的发展带来更多的机遇和挑战,也将为人们的出行提供更安全、更舒适和更便捷的选择。
涡轴发动机的应用现状与发展探讨

涡轴发动机,又称为涡轮轴发动机或涡轮轴式发动机,是一种内燃机的类型。
它相对于传统的活塞式内燃机具有更高的能量密度、更低的振动和更轻的重量。
因此,在航空、海上和陆地交通等领域得到了广泛应用。
现阶段涡轴发动机的应用现状和发展可从如下几个方面进行探讨:1. 民航领域:在民航航空领域,涡轴发动机主要用于涡轮喷气式和涡轮螺旋桨式飞机。
这些飞机既可以用于客运,也可以用于货运。
涡轴发动机在这个领域的发展主要体现在提高燃油效率、降低噪音污染、减少废气排放以及提高可靠性和安全性等方面。
2. 通用航空领域:通用航空包括短程和区域运输、公务飞行、航空教育、农林喷洒等非定期飞行活动。
通用航空领域的小型涡轴发动机有很大的市场需求。
制造商致力于研发和改进适合该领域的涡轴发动机,比如紧凑型涡轴发动机、低成本发动机等,满足多样化的应用需求。
3. 军事领域:涡轴发动机在军事领域有着广泛的应用,如战斗机、武装直升机、无人机等。
这些应用对发动机有很高的性能要求,如高推力、高可靠性、低雷达截面积等。
在军事领域,制造商不断推出新型涡轴发动机,并在新技术、新材料等方面进行研究,以提高发动机性能。
4. 海事领域:船舶动力系统也广泛采用涡轴发动机。
涡轴发动机的高功重比、低振动使得其在速艇、游艇、巡逻艇等船舶上具有较高的应用潜力。
此外,某些海上工程船、潜艇等特殊用途也利用涡轴发动机作为动力来源。
5. 陆地交通领域:尽管陆地交通领域主要采用活塞式内燃机,但涡轴发动机在某些特殊场景中具有一定优势。
例如,在高速铁路、特种车辆和某些公共交通工具中,涡轴发动机可提供柔顺的动力输出和较低的噪音。
6. 新能源与发动机结合:随着技术的发展,涡轴发动机可以同新能源技术相结合。
涡轴发动机与电力驱动系统的混合动力系统可以为未来绿色交通提供新思路。
总之,涡轴发动机已经在多个领域发挥了重要作用,随着科技的不断进步,预计未来会有更多新型涡轴发动机问世,以满足不断变化的应用需求。
战斗机发动机的研制现状和未来发展趋势

战斗机发动机的研制现状和未来发展趋势2身份证:37142619870225****摘要:文章对我国战斗机发动机的研制历程、现状进行阐述,在此基础上指出战斗及发动机研制存在的障碍,以及突破障碍后,能够实现的发展趋势,以此为我国战斗机发动机事业的成熟做出贡献。
关键词:战斗机发动机;研制现状;发展趋势我国的战斗机发动机研制工作始于抗美援朝时期,经历了维护修理、测绘仿制、改进改型、自主研制等阶段,从无到有,从小到大,为中国航空航天事业的发展奠定了坚实的技术与产业基础。
一、战斗机发动机研制现状我国从1956年开始研制战斗机发动机至今,总量已经接近七万台,年产量在1000台以上。
包括涡扇、涡喷、涡桨、涡轴和活塞式发动机等。
从数量上已经基本满足了国产歼击机、强击机、轰炸机、运输机、教练机和直升机等航空装备需求。
2018年之后,战斗机发动机的研制转向了高科技、高性能,如“太行”系列大推力、推重比8一级涡扇发动机,这些型号具备了一定的量产能力。
从性能上看,自1970年代开始研发的战斗机发动机,在性能上有了很大的提升,在推重比上可以达到7. 0-8. 0,平均级增压比为 1. 3-1. 4,总增压比21-35,燃烧室温升为850-950K,高压涡轮单级落压比可达3. 5-4. 2,,涡轮进口温度达到1600-1750K, 加力温度达到2000-2100K。
这些参数以及随后不断进行的改善,都说明我国的战斗机发动机向着国际平均水平进发:F100-200→F100-220→F100-229→F100 -229A→F100-232……经过改进后的三代发动机战斗机在投入量产后,第四代发动机也随之而来。
第四代战斗机发动机需要满足超声速巡航、过失速机动、隐身、短距起飞垂直着陆、低寿命期费用、高可靠性等一系列要求,必须突破三代战斗机“多继承,少创新”的制作要求,参照美国F119发动机,第四代战斗机发动机的涵道比较小,在0. 2-0.4之间,增压比也有所提高,在26-35之间,涡轮进口温度为1850-2000K。
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国产涡桨发动机的发展方向剖析【摘要】自中国第一台涡轮螺旋桨发动机——WJ5于1965年试制成功以来,国产涡桨发动机历经风风雨雨快40余年,发动机的研制和生产技术取得了巨大的进步。
纵观我国航空器的设计和研发基本都走同样的路线:引进—仿制—吸收—改进—自主研发的过程,航空发动机当然也不例外。
至今已经形成了涡桨5、涡桨6、涡桨9等一系列涡轮螺旋桨发动机,在国产运-7、运-8和运-12等运输机上广泛运用,笔者从我国现有的技术水平和飞机生产需求方面分析国产涡桨发动机的发展趋势。
【关键词】涡桨发动机;发展;方向涡桨-6系列发动机是我国涡轮螺旋桨发动机的典型代表,是中国株洲南方航空动力公司生产,现已经诞生出WJ6、WJ6C、WJ6D、WJ6E等多个型号,在我国某型飞机上装备,其单台功率达到4250当量马力,是我国目前生产的功率最大的涡轮螺旋桨航空发动机。
涡桨-5发动机是我国涡桨发动机的另一代表,由哈尔滨120厂生产,衍生出WJ5、WJ5A、WJ5B、WJ5AI和WJ5E等系列型号,主要装备于我国Y-7型系列飞机和SH-5型飞机上,单台可达2790当量马力。
涡桨-9发动机是株洲南方航空动力公司在原涡轴8A基础上改型而来,用于国产Y12飞机,代替进口的加普惠PT-6A型发动机,输出功率约为500kw。
随着飞机改型研发的不断深入,对发动机提出的要求也不断增加,如:要求提供更多供电输出,提升起飞功率,降低油耗,提高可靠性,提高“三防”性能,满足未来电传集成要求等等,对国产发动机提出了更高要求,促使发动机跟进改型。
我国的Y7系列飞机和SH5型号飞机使用WJ5系列型号发动机,新舟60系列飞机和Y12飞机则是我国的出口型飞机,它们分别采用加普惠公司的PW-127J 发动机和PT6A-27型发动机,是国外涡桨发动机在国产飞机上的应用代表。
纵观国外航空发动机发展过程和我国涡桨发动机的现状,飞机发展的需要,很容易发现国产发动机的特点,看出国产涡桨发动机的发展必然趋势。
1.涡桨型航空发动机必然长期存在众所周知,涡轮螺旋桨发动机在低速下效率高于涡扇发动机和喷气式发动机,在中低速飞机中有广泛的需求,如在巡逻、灭火等方面有广泛运用。
其次,涡桨发动机安全性高,对飞行场地要求相对较低,成本低。
在小型客机,私人飞机、公务机、农业飞机和多用途飞机上有广泛运用。
从历史来看,从上世纪60年代以来,涡扇型飞机的研制和发展突飞猛进,在航空器中占的比例不断增加,但是螺旋桨飞机仍然占有一席之地,因为上述原因,随着经济的发达,低空的开放,涡桨发动机在飞机上的运用大有扩张之势。
美国的军用运输机C-130一直在不断发展和升级该型,涡桨发动机在该机型中的成功使用的事实证明,尽管涡桨发动机存在推力有限、飞行速度有限等因素制约,它的众多优点是其他类型发动机不可替代的,涡桨发动机必将长期存在。
2.国产发动机的特点典型国产涡桨发动机的特点。
2.1 WJ-6系列高空涡轮螺旋桨发动机WJ-6发动机是高空涡轮螺旋桨发动机,发动机在大气温度从-60℃至+55℃范围内正常工作,飞行高度达10000米,与四叶变距空气螺旋桨J17-G13配套工作,作为飞机动力源。
结构上主要组成如下:a.2级封闭差动游星式减速器b.附件传动机匣c.十级轴流式压气机d.机械液压式燃油调节器e.环形燃烧室f.三级反应式涡轮g.不可调节的尾喷口h.其它保证发动机和飞机正常工作的附件WJ-6经过改进发展到WJ-6C,功率在不断提升,使飞机的使起飞、爬升等能力均有一定的提高。
2.2 涡桨5系列发动机我国的Y7系列飞机和SH5型号飞机安装的也是涡轮螺旋桨发动机——WJ5,国产涡桨5发动机与WJ6结构基本相同,2级减速器(差动油星式1级,轴式1级),附件机匣内外锥体之间形成进气道,燃烧室采用混合式环形火焰筒,3级反作用涡轮,不可调尾喷等。
总的来说,国产中小型运输机主要安装的发动机均为涡轮螺旋桨发动机,涡桨发动机结构上显得厚、重,附件多,安装和维护工作量大,出现在外场维护中需要拆装一个细小东西时往往需要拆装一大堆附件管路等现象,燃油调节都采用液压机械式,在高原、高寒、高温地区起动困难,使用寿命相对欧美同类产品短。
3.涡桨发动机的发展方向3.1 单转子向多转子发展WJ-6系列发动机压气机是单转子的十级轴流式亚音速压气机,由转子﹑静子和进气导向器三部分组成。
涡轮为三级轴流反力式,由转子和静子组成。
压气机转子和涡轮转子共用一根轴,工作转速12300r/min,由双级封闭差动游星减速器将轴转速减为螺旋桨工作转速1074r/min。
为保证发动机启动和加速时的稳定工作,防止喘振,在第五和第八级压气机各装有两个放气活门。
它的主要缺点是:启动时启动机需带动压气机和涡轮同步工作,所带载荷大,启动困难。
十级压气机增压比为9.2,增压比低。
转速有工作转速12300r/min和慢车转速10400r/min,经双级封闭差动游星减速器减速后螺旋桨转速仍较高,造成发动机工作时噪音大。
WJ-6发动机防止“喘振”办法就是采用放气方法,就是在压气机某级区间设置放气环,以使压力出现异常时及时泄压可避免喘振的发生。
中间级放气防喘结构简单,有利于压气机在低转速下工作稳定,但使压气机增压比下降,降低功率输出。
单转子带来的固有缺陷主要有:(1)起动负荷大,启动困难;(2)必须设置压气机放气调整装置,在大气环境变化较大和起动过程中容易造成喘振;(3)发动机尺寸大,推重比小等。
多转子发动机启动时启动机只带动高压涡轮,载荷低,易于启动。
典型的代表为加普惠的发动机PW150B型发动机。
多转子发动机转速可调,发动机地面小油门状态时,螺旋桨转速低,噪音也就比单轴的低,低转速的低压压气机轴前端与减速器相连,可以使减速器的传动比较单轴的降低。
国外先进涡桨发动机核心机普偏采用多转子,压气机静子叶片可调的设计。
而双转子和三转子的多转子设计是通过改变转子转速,改变压气机动片的切线速度来改变工作叶轮进口处气流相对速度的方向而达到防喘目的。
这样它就不需要放气气活门。
国内发动机要向前进一步,必须向多转子方向发展。
3.2 压气机向轴流式与离心式组合发展涡桨发动机要求压气机具有高的总增压比,以获得高的热效率和单位功率。
随着增压比的不断提高,压气机的结构形式也由最初的纯轴流式转变成目前大量采用的若干级轴流加一级离心的组合式压气机。
轴流压气机级数的增加使得压气机后几级的”尺寸效应”愈加明显,气流损失增大,气动性能显著下降。
由于离心压气机的转子结构刚性更好、抗外物能力更强,尺寸效应对离心压气机的影响小,因此用它来取代后面的轴流压气机是有利的,在极小尺寸情况下,有必要采用离心压气机系统。
加普惠PW150A就采用的这种设计,如图1所示。
图1 PW150A压气机简图PW150型发动机采用轴流式和离心式的组合压气机,结构紧凑,压气效率高,是航空发动机设计的典型成功之作。
国产发动机可以从中获取更多设计灵感,在尺寸有限的条件下提高推重比,提高压气效率。
3.3 高温材料的应用及回流环形燃烧室的设计随着发动机性能的不断提高,要求燃烧室的进口温度和通过燃烧室的温升相应提高。
由于热燃气温度正在接近涡轮材料的温度极限点,保持均匀燃烧显得尤为重要。
这就需要采用具有大调节比系数的新型燃油喷嘴,以得到均匀的周向和径向温度分布系数。
而更高的燃烧温度和更大的高压热辐射将使燃烧室火焰筒承受更大的热载荷,同时,由于更多的气流用于燃烧,导致用于冷却的气流减少,而且进口气流温度的升高降低了冷却气流的吸热能力,这都使得传统的火焰筒冷却技术不再有效,改进火焰筒的冷却和研究更耐热的材料已经势在必行。
提高涡桨发动机涡轮进口温度的方法主要有以下两种:一是寻求耐高温材料;二是采用涡轮冷却技术。
在采用新材料方面,目前,单晶材料已广泛使用,下一步工作是研究防氧化与腐蚀的金属和陶瓷涂层。
燃烧室多采用回流环形燃烧室。
近年来,国外已经把研究新型喷嘴和改进火焰筒的冷却作为提高小型燃气涡轮发动机燃烧室性能的研究重点。
燃烧室多采用回流环形燃烧室是一种燃烧室发展方向,即喷嘴方向不是指向涡轮方向,而是指向飞行航向,燃气在燃烧室内向前回流一定量后再向后流动继续充分燃烧后流向涡轮。
这种结构设使得点火更加容易,燃烧尺寸更加紧凑短小,冷却更加充分,有利于提高发动机寿命和推重比。
如PW150B型发动机就是这样的设计。
3.4 燃油的控制由液压机械式向电子调节发展随着计算机和自动化技术在航空上的应用,现在的飞机都向着数字化、智能化方向发展,电传的普遍应用,要求发动机必须实现全功能数字控制。
液压机械式已不能满足要求,进一步的发展需采用电子控制和全功能数字电子控制。
监控型电子控制是作为从液压机械式控制向数字电子控制的过渡产品,它是在原有的液压机械式控制的基础上,再增加一个发动机电子控制器(EEC),二者共同实施对发动机的控制。
监控型电子控制如果发现EEC有故障,可以冻结调准在当时位置,同时通知驾驶员。
驾驶员可以使EEC退出工作,由液压机械式控制器恢复全部控制。
监控型电子控制再往下发展就是全功能数字电子控制(FADEC)。
它是当今动力控制装置的发展方向,它使航空发动机控制技术﹑控制精度﹑控制范围﹑科学维护使用方面达到新的水平。
FADEC即全功能数字电子控制系统包括发动机电子控制器(EEC)或电子控制组件(ECU)﹑燃油计量装置(FMU)或液压机械装置(HMU)﹑传感器﹑作动器﹑活门﹑发电机和互联电缆等。
其中发动机电子控制器(EEC)或电子控制组件(ECU)是它的核心。
机械装置已不再具有计算功能,FADEC所有的控制计算由计算机进行,可以进行复杂计算,通过电液伺服机构输出控制液压机械装置及各个活门﹑作动器等,能够实现各个部件的最佳控制。
FADEC是容错系统,余度控制。
现代飞机上,发动机性能参数由飞机计算机系统自动采集记录,例如QRT,ACARS等。
采集的数据输入计算机,由发动机状态监视软件(ECM)进行分析。
各发动机生产厂家都有自己的发动机状态监视软件。
普惠公司的有ECMⅡ和EHM,通用电气公司的有ADEPT和SAGE。
ECM帮助识别发动机的故障,依据各种数据对发动机进行健康管理。
只有全电子控制系统才能满足现代飞机的需要。
WJ-6系列发动机燃油控制器为液压机械式,为传统控制方式,它的供油量计算是由凸轮杠杆滚轮弹簧活门等机械元件组合实现的。
至今,WJ-6系列发动机显示组件由过去的表盘指针﹑灯光信号型发展到发动机指示及机组告警系统EICAS,较过去取得了很大的进步。
它可以实时显示发动机各个参数,对重要参数进行记录,帮助机务人员对发动机进行故障分析。
国产发动机的发展方向,要向数字化、自动化方向发展,燃油调节器必须向电传方向更进一步。
3.5 发动机向桨扇型发展现在的运输机要求更高的舒适度,要求噪声更低、效率更高、发动机推力更大。