航空發(fā)動機簡述

渦輪發(fā)動機制作：何學康收集資料：王永亮主講人：陳延人1/31/20231

發(fā)動機是飛機上的動力裝置。自從人類嘗試進行有翼飛行器飛行以來，經(jīng)歷了無數(shù)次失敗，只是在使用了活塞式內(nèi)燃機以后，才在20世紀初把第一架飛機送上藍天。二戰(zhàn)后,由于噴氣發(fā)動機的迅速發(fā)展,活塞式發(fā)動機逐漸被淘汰。20世紀60年代，由于渦扇發(fā)動機的問世，大大降低了耗油率，才有可能設(shè)計制造成大型噴氣飛機，大幅度提高載重量和航程。燃氣渦輪發(fā)動機大大提高了戰(zhàn)斗機的性能，使其飛行速度達到2倍以上的音速。直到現(xiàn)在還被廣泛應(yīng)用于各種類型的飛機上。1/31/20232航空發(fā)動機的作用航空發(fā)動機是航空器飛行的動力，也是航空事業(yè)發(fā)展的推動力；航空發(fā)動機是飛機性能、可靠性和成本的決定性因素；航空發(fā)動機的發(fā)展對冶金、機械、電子、儀表等行業(yè)的發(fā)展具有重要的帶動和促進作用。1/31/20233

航空發(fā)動機研究工作的特點技術(shù)難度大一臺發(fā)動機內(nèi)有十幾個部件和系統(tǒng)及數(shù)萬個零件研制一種新的發(fā)動機需要1萬小時的整機試驗和10萬小時的部件和系統(tǒng)試驗。周期長先進發(fā)動機的研制周期為9-15年，F(xiàn)119從1986年開始到2005年投入使用，前后達19年。費用高F119的研制費用超過20億美元；發(fā)動機的研究和發(fā)展費用占航空總費用的1/4。1/31/20234軍用發(fā)動機設(shè)計要求A性能要求，包括地面臺架性能和空中飛行性能（推力和耗油率）、起動性能、加減速性能、引氣量、功率提取和過載；B適用性要求，包括發(fā)動機在飛行包線內(nèi)穩(wěn)定工作和油門桿使用不受限制，加力接通、切斷不受限制，飛行狀態(tài)變化、極限機動狀態(tài)等時的發(fā)動機穩(wěn)定工作；C結(jié)構(gòu)和安裝要求，包括安裝節(jié)位置、外廓尺寸、重量和重心位置；

D可靠性要求包括發(fā)動機壽命和工作循環(huán)、發(fā)動機各狀態(tài)連續(xù)工作時間和平均故障時間；

E維修性要求，包括發(fā)動機外場可更換件的更換時間、每飛行小時的平均維修工時和更換發(fā)動機時間等；

F其他要求，如滿足飛機隱身要求的紅外信號和雷達反射特性以及飛行控制的矢量推力。1/31/20235航空發(fā)動機分類：在過去的一個航空百年里，人類所使用的主要的航空發(fā)動機，可分為兩大類:1、活塞式發(fā)動機冷卻方式（液冷式、氣冷式）。氣缸排列方式(星形、V形、直列式、對列式、X形)2、空氣噴氣式發(fā)動機無壓氣機（沖壓式發(fā)動機、脈動式發(fā)動機）。有壓氣機（渦輪噴氣發(fā)動機、渦輪風扇發(fā)動機、渦輪螺旋槳發(fā)動機、渦輪軸發(fā)動機、漿扇發(fā)動機）。1/31/202361/31/20237

燃氣渦輪發(fā)動機的基本機理---噴氣推進原理：噴氣推進是牛頓第三定律（作用在物體上的每一個力都有一方向相反大小相等的反作用力）的實際應(yīng)用。噴氣式飛機飛行時，它向后高速噴出大量氣體，這表明發(fā)動機對噴出的氣體作用了“力”。根據(jù)牛頓第三定律（就飛機推進而言，“物體”是通過發(fā)動機時受到加速的大氣中的空氣），該高速氣體也必然會給發(fā)動機一個大小相等方向相反的反作用力，使飛機向前運動。高速噴出的氣體給發(fā)動機的這一反作用力，就稱為噴氣發(fā)動機的推力，噴出的氣體越多，速度越大，所產(chǎn)生的推力也就越大。1/31/20238使用最廣泛的燃氣渦輪發(fā)動機：加力的渦噴發(fā)動機加力的渦扇發(fā)動機燃氣渦輪發(fā)動機的共同特點：獲得高溫高壓燃氣；利用著部分燃氣產(chǎn)生推力或機械功（在尾噴管內(nèi)繼續(xù)膨脹，高速噴出產(chǎn)生推力；或者在后續(xù)渦輪內(nèi)繼續(xù)膨脹獲得機械功，帶動風扇、螺漿或其它裝置）

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1、WP主要部件：進氣裝置、壓氣機，燃燒室，燃氣渦輪，尾噴管,(加力燃燒室)特點：(1)渦輪只帶動壓氣機壓縮空氣。(2)發(fā)動機的全部推力來自高速噴出的燃氣所產(chǎn)生的反作用力。2、WS主要部件：風扇、外涵道、內(nèi)涵道（壓氣機、燃燒室、渦輪），尾噴管特點：發(fā)動機的推力是內(nèi)外涵道氣流反作用力的總和。涵道比（流量比）：外、內(nèi)涵道空氣流量之比。1/31/202310進氣道進氣道的主要作用就是將空氣在進入壓氣機之前調(diào)整到發(fā)動機能正常運轉(zhuǎn)的狀態(tài)。在超音速飛行時，機頭與進氣道口都會產(chǎn)生激波（shockwave，又稱震波），空氣經(jīng)過激波壓力會升高，因此進氣道能起到一定的預(yù)壓縮作用，但是激波位置不適當將造成局部壓力的不均勻，甚至有可能損壞壓氣機。所以一般超音速飛機的進氣道口都有一個激波調(diào)節(jié)錐，根據(jù)空速的情況調(diào)節(jié)激波的位置。壓氣機壓氣機由定子（stator）頁片與轉(zhuǎn)子（rotor）頁片交錯組成，一對定子頁片與轉(zhuǎn)子頁片稱為一級，定子固定在發(fā)動機框架上，轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子軸與渦輪相連?，F(xiàn)役渦噴發(fā)動機一般為8－12級壓氣機。級數(shù)越多越往后壓力越大，當戰(zhàn)斗機突然做高g機動時，流入壓氣機前級的空氣壓力驟降，而后級壓力很高，此時會出現(xiàn)后級高壓空氣反向膨脹，發(fā)動機工作極不穩(wěn)定的狀況，工程上稱為“喘振”，這是發(fā)動機最致命的事故，很有可能造成停車甚至結(jié)構(gòu)毀壞。防止“喘振”發(fā)生有幾種辦法。經(jīng)驗表明喘振多發(fā)生在壓氣機的5，6級間，在次區(qū)間設(shè)置放氣環(huán)，以使壓力出現(xiàn)異常時及時泄壓可避免喘振的發(fā)生。燃燒室燃燒室由外殼（套）、火焰筒、噴（油）嘴、渦流器、點火裝置等組成。由壓氣機擴散段出來的高壓空氣分成兩股：一股（約占1/4～2/5）進入火焰筒前部，與噴嘴噴出來的燃油混合形成油氣混合氣，經(jīng)點火裝置點火后燃燒。另一股（占3/4～3/5）從火焰筒與外套間流過，對火焰筒壁面進行冷卻，然后進入火焰筒與高溫燃氣摻混，使燃氣溫度降低，達到渦輪所要求的溫度。通常要求燃燒室具有燃燒穩(wěn)定、燃燒效率高、點火范圍寬、流動阻力小以及結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、安全可靠和壽命長等特性渦輪構(gòu)造上與軸流式壓縮機相似，同樣是一組定子與一組轉(zhuǎn)子合稱為一級。渦輪葉片與螺旋槳及飛機機翼相似，氣流流過時產(chǎn)生作用力，對轉(zhuǎn)子葉片作功而使其轉(zhuǎn)動，而能將氣流的能量轉(zhuǎn)換成機械能輸出，因此氣流在通過渦輪后，溫度與壓力都會下降噴管噴管（nozzle，或稱噴嘴）的形狀結(jié)構(gòu)決定了最終排除的氣流的狀態(tài)，早期的低速發(fā)動機采用單純收斂型噴管，以達到增速的目的。推力矢量技術(shù)能讓發(fā)動機推力的一部分變成操縱力，代替或部分代替操縱面，從而大大減少了雷達反射面積；不管迎角多大和飛行速度多低，飛機都可利用這部分操縱力進行操縱，這就增加了飛機的可操縱性。WS10WS-10A的研制分為三個階段實：第一階段：1999年初～2002年末完成完成了三大核心部件的修改、完善以及核心機的工程設(shè)計和試制,并進行三大高壓部件匹配技術(shù)、亦即核心機的設(shè)計試驗研究，2001年5月核心機首次試驗,對核心機進行了大量的地面和高空性能試驗,對可靠性與耐久性方面的進行大量試驗,大幅度的提高熱端部件壽命,第二階段：2002年末－2003年第三季度,完成了驗證機設(shè)計與驗證工作,第三階段：2003年國慶節(jié)后～2006年11月為原型機研制時期,原形機研制經(jīng)過兩個階段,一是FRET(飛行