航空發(fā)動機簡介good

一、航空發(fā)動機概述發(fā)展成通過對流進發(fā)動機內(nèi)的連續(xù)氣體進行壓縮并在燃燒室內(nèi)噴油燃燒，然后將高溫的高速燃氣從尾噴管噴出，從而利用燃氣的反作用力來產(chǎn)生推力。發(fā)動機推力：發(fā)動機產(chǎn)生的推力，如果假設(shè)尾噴管出口氣體是完全膨脹且忽略燃氣流量與空氣流量的差別，則推力推力重量比：代表發(fā)動機推力與發(fā)動機本身重量之比值，愈大者性能愈好；壓氣機級數(shù)：代表壓氣機的壓縮葉片有幾級，通常級數(shù)愈大者壓縮比愈大；渦輪級數(shù)：代表渦輪機的渦輪葉片有幾級；壓縮比（增壓比）：進氣被壓縮機壓縮後的壓力，與壓縮前的壓力之比值，通常愈大者性能愈好；耗油率：每小時的燃油量與發(fā)動機所發(fā)出的推力之比,SFC=3600qf/F；渦輪前溫度：燃燒後之高溫高壓氣流進入渦輪之前的溫度T3,通常愈大者性能愈好，一般受渦輪葉片和燃燒室的耐溫性決定；燃氣出口溫度：廢氣離開渦輪機排出時的溫度；涵道比：渦輪發(fā)動機外涵道與內(nèi)涵道空氣流量的比值；推進效率：發(fā)動機所做的有效功率與氣流動能增量的比值：燃氣渦輪發(fā)動機主要組成部件：進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪、尾噴管、加力燃燒室（軍機），其中，核心機為：壓氣機、燃燒室、渦輪；分類：渦輪噴氣發(fā)動機、渦輪風(fēng)扇發(fā)動機、渦輪螺旋槳發(fā)動機和渦輪軸發(fā)動機等，還可以根據(jù)轉(zhuǎn)子個數(shù)分為單轉(zhuǎn)子、雙轉(zhuǎn)子或三轉(zhuǎn)子發(fā)動機；進氣道進氣道進氣道作用：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，由于激波的壓縮作用，進氣道能起到一定的空氣預(yù)壓縮功能。民航客機的短艙進氣道只能起到整流作用，而軍機的進氣道除了整流作用外，還有空氣壓縮作用。壓氣機作用：壓氣機的功用是對氣流做功，以提高氣流的壓力。組成：壓氣機由定子葉片與轉(zhuǎn)子葉片交錯組成，一對定子葉片與轉(zhuǎn)子葉片稱為一級，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。分類：軸流式、離心式（壓比高，損失大）、組合式壓氣機離心式壓氣機組合式壓氣機動子靜子壓氣機壓氣機性能指標：1、壓縮比2、壓氣機效率：理論上所需的壓縮功與實際消耗的機械功之比稱為壓氣機效率。一般認為壓氣機理想的壓縮過程為絕熱等熵過程，定熵過程的軸功與實際的絕熱壓氣過程的軸功之比，就稱為壓氣機的絕熱效率，也即壓氣機效率。在比較不同壓氣機性能時候，除了要考量壓縮比外，還要考量在相同壓縮比情況下的壓氣機效率壓氣機軸流式壓氣機優(yōu)點：壓縮效率高，流動損失小，適用于大流量和多級壓縮的過程；缺點：單級壓縮比小，需要多級串聯(lián)從而達到所需的壓比，從而使壓氣機整體結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，增加了發(fā)動機的長度和重量；離心式壓氣機優(yōu)點：單級壓縮比高，結(jié)構(gòu)簡單，可以縮短發(fā)動機的長度和減低發(fā)動機重量，適合小流量的壓縮過程；缺點：壓縮效率低，單位面積的流動能力低，故迎風(fēng)面積大，阻力大，流動損失大，不適用于多級壓縮過程；壓氣機但是不能夠簡單地說軸流式和離心式壓氣機誰好誰劣，要根據(jù)發(fā)動機的具體工況情況來選擇軸流式還是離心式壓氣機，也可以把軸流式和離心式壓機組合起來形成組合式壓氣機（例如某些渦輪軸發(fā)動機）；但是根據(jù)現(xiàn)代的軍機飛行情況，大多數(shù)軍用渦輪發(fā)動機都會選用軸流式壓氣機；燃燒室作用：空氣經(jīng)過壓氣機壓縮后進入燃燒室與煤油混合燃燒，膨脹做功。組成：擴壓氣、噴油嘴、火焰筒、旋流器、點火器等。分類：單管、環(huán)管、環(huán)形燃燒室燃燒室渦輪作用：將在燃燒室內(nèi)燃燒后的高溫燃氣能量轉(zhuǎn)換為機械能，并帶動壓氣機或者槳葉旋轉(zhuǎn)。組成：構(gòu)造上與軸流式壓氣機相似，同樣是一組定子與一組轉(zhuǎn)子合稱為一級。尾噴管作用：將噴氣式飛機燃油燃燒后的產(chǎn)物噴射出去，起到排廢氣的作用，同時也利用噴射時空氣產(chǎn)生的反作用力來推動飛機，尾噴管還可以調(diào)節(jié)尾氣排放的方向和速度，從而達到調(diào)節(jié)飛機姿態(tài)和飛行狀態(tài)的目的。高超音速飛行器高超音速飛行器（馬赫數(shù)超過5）的發(fā)動機是沒有壓氣機和渦輪的，空氣在進氣道經(jīng)過激波壓縮直接進入燃燒室進行超燃后從尾噴管直接噴出，從而產(chǎn)生推力。從目前的技術(shù)來看，必須先要經(jīng)過外界的飛機把高超飛行器帶到馬赫數(shù)1，高超飛行器的發(fā)動機才能運轉(zhuǎn)起來。渦輪噴氣發(fā)動機渦輪噴氣發(fā)動機渦輪噴氣發(fā)動機渦輪噴氣發(fā)動機渦噴七渦輪風(fēng)扇發(fā)動機羅爾斯-羅伊斯公司康維Conway發(fā)動機渦輪風(fēng)扇發(fā)動機渦輪風(fēng)扇發(fā)動機渦扇發(fā)動機出現(xiàn)原因提高渦輪前溫度T3以增大排氣速度C9從而來提高發(fā)動機推力是渦輪噴氣發(fā)動機的一般想法，但是在飛行速度較低的時候，一味地增加排氣速度會導(dǎo)致氣流離開發(fā)動機時帶走的能量（C9-C0）2/2（即余速損失）相應(yīng)地增加，從而導(dǎo)致推進效率的降低。根據(jù)可用功相等原則，可以得到：以上推導(dǎo)即為附加質(zhì)量原理但是隨著飛行速度C0增加時，由于（C9-C0）降低從而使比值

趨近與1，也就是推力比趨近與1，也就是說附加質(zhì)量原理作用就降低了。其實大涵道渦扇發(fā)動機在馬赫數(shù)小于0.6左右的時候經(jīng)濟性最好，這也是為什么民航飛機采用大涵道比渦扇發(fā)動機的原因，小涵道比渦扇在高亞音速時經(jīng)濟性最好，渦噴在兩倍以上音速時經(jīng)濟性能最好。飛行速度超過音速的話，一般會采用小涵道比發(fā)動機或者渦噴發(fā)動機。渦輪螺旋槳發(fā)動機渦輪螺旋槳發(fā)動機渦輪螺旋槳發(fā)動機渦輪軸發(fā)動機渦輪軸發(fā)動機PW206渦輪軸發(fā)動機發(fā)動機的選擇不能夠簡單地說某種發(fā)動機的性能比其他種類的發(fā)動機號，每種發(fā)動機都有它們最佳使用的飛行包線-(由速度x/高度y構(gòu)成的xy坐標系)，要根據(jù)實際飛行情況來選擇發(fā)動機，例如：Ma<0.6，渦輪螺旋槳發(fā)動機經(jīng)濟效率和性能最好；Ma在0.6-0.9之間，高涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動機經(jīng)濟效率和性能最好；Ma在1-2之間時小涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動機經(jīng)濟效率和性能最好；在亞音速(Ma<1.0)條件下,渦輪噴氣發(fā)動機的推進效率最低，但是在馬赫數(shù)2.5-3.0范圍下,渦輪噴氣發(fā)動機的推進效率可以達到90%，推進效率比渦扇發(fā)動機要高，隨著馬赫數(shù)的增加，渦扇發(fā)動機的性能優(yōu)點會下降，要逐漸減少涵道比來達到最佳的性能。熱力學(xué)過程燃氣渦輪發(fā)動機的熱力學(xué)過程是一個布雷頓循環(huán)，決定整個循環(huán)熱效率的是壓氣機的循環(huán)增壓比∏燃氣渦輪發(fā)動機的循環(huán)熱效率：循環(huán)增溫比：最大循環(huán)凈功：最佳增壓比：二、APU（輔助動力裝置）APU的作用輔助動力裝置（AuxiliaryPowerUnit，簡稱APU）是裝在飛機上的一套不依賴于機外任何能源、自成獨立體系的小型動力裝置。其功用是在地面為飛機提供電源和氣源，用于向飛機電網(wǎng)供電、起動主發(fā)動機以及向飛機空調(diào)系統(tǒng)提供壓縮空氣。在空中提供備用電源和氣源，即，飛機爬升到一定高度后，輔助動力裝置即自動停車，但是當飛機在飛行過程中遇到發(fā)動機停車故障時，輔助動力裝置可重新起動作為應(yīng)急動力源，為飛機提供電源和氣源（超過一定高度后，僅能提供電源）。APU的安裝位置在民航飛機中，輔助動力裝置一般安裝在飛機機身尾部非增壓艙內(nèi)，位于方向舵的下面。APU的安裝位置APU概述APU其實是一臺小型的燃氣渦輪發(fā)動機，為了形象說明APU的本體結(jié)構(gòu)和工作系統(tǒng)，以下主要依據(jù)B737飛機的APU（GTCP85）進行闡述；本款A(yù)PU采用單轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上連有兩級離心式壓氣機，第1級采用雙面葉輪，第二級采用單面葉輪，渦輪為一級徑流式，都采用徑向的壓氣機和渦輪能夠達到縮短APU的軸向尺寸的目的（由于安裝空間?。唧w結(jié)構(gòu)如后頁所示；APU概述APU概述APU概述本APU由燃油系統(tǒng)、啟動和點火系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、指示系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)六個系統(tǒng)組成；APU轉(zhuǎn)軸→附件傳動齒輪箱→附件傳動齒輪箱上的部件：發(fā)電機、冷卻風(fēng)扇、滑油泵、燃油泵；冷卻風(fēng)扇的作用：為發(fā)電機和APU滑油冷卻器提供冷卻空氣。APU概述APU進氣門APU進氣門APU進氣門APU進氣門APU進氣門APU進氣門發(fā)動機起動過程APU蓄電池APU起動機達到起動轉(zhuǎn)速，APU噴油燃燒再達到某一轉(zhuǎn)速，起動機關(guān)閉APU起動完成APU引氣左主發(fā)啟起動機左主發(fā)附件齒輪箱和傳輸齒輪箱左主發(fā)高壓轉(zhuǎn)子左主發(fā)低壓轉(zhuǎn)子22%N2時，左主發(fā)燃燒室噴油燃燒工作50%N2時，左主發(fā)起動過程結(jié)束，APU引氣關(guān)閉通過交輸活門引氣啟動右發(fā)主發(fā)動機起動過程結(jié)束N2為高壓轉(zhuǎn)子的額定轉(zhuǎn)速不一定所有的發(fā)動機都是先起動左主發(fā)的，要根據(jù)發(fā)動機設(shè)計來決定，本機型B738先起動左發(fā)的原因是停留剎車液壓泵是由左主發(fā)驅(qū)動的，先起動左主發(fā)能給停留剎車系統(tǒng)增壓從而使飛機能在有動力的情況下有效地剎車。發(fā)動機起動過程當APU由于故障不能啟動的時候，飛機在地面停留的時候是通過地面空調(diào)車（裝置），地面電源車（裝置）來提供空調(diào)起源和電源，啟動主發(fā)動機則是通過地面氣源車來完成，一般地面起源車接口在肌腹上，靠近大翼位置。發(fā)動機起動過程三、我國航空發(fā)動機的研究所現(xiàn)狀我國一共有四個航空發(fā)動機研究所，分別是：中國燃氣渦輪研究院（624所）沈陽發(fā)動機設(shè)計研究所（606所）中國航空動力機械研究所（608所）中航工業(yè)航空動力控制系統(tǒng)研究所（614所）中國燃氣渦輪研究院（624所）624所建于1965年4月，是我國航空發(fā)動機預(yù)研、設(shè)計和大型試驗研究基地，隸屬于中國航空工業(yè)集團公司，院部坐落在成都市新都區(qū)，試驗基地位于綿陽江油市，擁有世界第五、亞洲唯一的大型連續(xù)氣源航空發(fā)動機高空模擬試車臺和渦軸渦槳發(fā)動機高空模擬試車臺（位于綿陽江油市，當時候的總師為劉大響，他也由于此高空臺成為工程院院士）。沈陽發(fā)動機設(shè)計研究所（606所）606所創(chuàng)建于1961年8月，地處沈陽市沈河區(qū)，是新中國第一個航空發(fā)動機設(shè)計研究所，是中國大中型渦噴、渦扇航空發(fā)動機的研發(fā)基地，同時還承擔(dān)著燃氣輪機的研發(fā)任務(wù)，先后研制11種型號的渦噴、渦扇發(fā)動機，其中渦噴7甲(乙)發(fā)動機已裝備部隊；2002年5月，“昆侖”發(fā)動機設(shè)計定型，標志著我國航空發(fā)動機實現(xiàn)了自行研制的歷史轉(zhuǎn)折，使我國成為世界上少數(shù)幾個能獨立自主研制航空動力的國家之一。2005年，“太行”（渦扇十）發(fā)動機設(shè)計定型，對我國航空工業(yè)發(fā)展和空軍武器裝備建設(shè)具有重要的里程碑意義。矢量推進等高新技術(shù)的預(yù)先研究處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。606還自主開發(fā)輕型、中型、重型不同功率檔次的燃氣輪機。中國航空動力機械研究所（608所）608所創(chuàng)建于1968年，坐落在湖南省株洲市，是我國唯一的集預(yù)先研究與型號研制于一體的中小航空發(fā)動機和直升機減速傳動系統(tǒng)設(shè)計、試驗研究所。30多年來，608先后承擔(dān)了渦軸、渦槳、渦扇、渦噴等型號的動力及直升機減速傳動系統(tǒng)研制任務(wù)，608所已成為我國中小型航空發(fā)動機、直升機、減速傳動系統(tǒng)及輕型燃氣輪機的研制、試驗基地。中航工業(yè)航空動力控制系統(tǒng)研究所（614所）614所成立于1975年，座落在無錫市，主要從事航空發(fā)動機控制系統(tǒng)設(shè)計、研究、制造、試驗和修理工作，是國內(nèi)唯一的為航空動力裝置提供控制系統(tǒng)產(chǎn)品與完整解決方案的國家重點央企研究中心，主要承擔(dān)航空動力控制系統(tǒng)的研究、設(shè)計、制造、試驗驗證以及系統(tǒng)集成和服務(wù)等任務(wù)，614所建有航空動力控制系統(tǒng)航空科技部級重點實驗室，設(shè)有數(shù)控系統(tǒng)總體、軟件、電子、機械、系統(tǒng)試驗、環(huán)境試驗等專業(yè);擁有國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進的各型發(fā)動機數(shù)控系統(tǒng)半物理模擬試驗及綜合環(huán)境試驗設(shè)備；承擔(dān)著各類軍、民用飛機、艦船、導(dǎo)彈以及燃氣輪機發(fā)電等動力裝置控制系統(tǒng)和其它機電一體化產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)任務(wù)?？偨Y(jié)總的來說，四大航空發(fā)動機研究所各有分工，624所負責(zé)發(fā)動機前沿技術(shù)的預(yù)研和發(fā)動機高空臺試驗，試驗條件最好，研發(fā)能力最強，是我國唯一有能力研發(fā)航空發(fā)動機核心機的研究所（為606所開發(fā)型號發(fā)動機提供核心機）；606所主要是做型號的，我國幾乎全部的中大發(fā)型渦扇和渦噴發(fā)動機都是出于606所；608所是主要是做中小發(fā)和直升機發(fā)動機的；614所主要是為不同型號的航發(fā)開發(fā)控制系統(tǒng)的。船用動力裝置蒸汽機動力裝置汽輪機動力裝置柴油機動力裝置燃氣輪機動力裝置聯(lián)合動力裝置核動力裝置蒸汽機動力裝置蒸汽機動力裝置是早期船舶的主動力裝置，是機動船舶上最先應(yīng)用的動力裝置，主要由汽缸、底座、活塞、曲柄連桿機構(gòu)、滑閥配汽機構(gòu)、調(diào)速機構(gòu)和飛輪等部分組成；優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，管理使用方便，制造工藝要求不高；缺點：熱效率低、質(zhì)量大、功率小，已漸被淘汰；蒸汽機動力裝置汽輪機動力裝置汽輪機動力裝置是船舶的一種主動力裝置，它是在蒸汽機動力裝置基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是一種將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換成為機械功的旋轉(zhuǎn)式動力機械，一般由鍋爐、渦輪、冷凝器等組成；優(yōu)點：單機功率大，效率高；缺點：油耗高；汽輪機動力裝置柴油機動力裝置柴油機動力裝置是一種將柴油燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換成為機械功的動力機械，現(xiàn)代船用柴油機大部分為低速機,轉(zhuǎn)速約每分鐘100轉(zhuǎn)，可直接驅(qū)動螺旋槳，主要由固定件、運動件、輔助機構(gòu)、輔助系統(tǒng)等組成；優(yōu)點：熱效率高、啟動快、操縱方便、可直接倒車、結(jié)構(gòu)緊湊、能使用廉價的渣油，可靠性較高；缺點：零部件磨損較快，維修費用高，振動噪聲大；柴油機