民用航空器飛機(jī)的動(dòng)力裝置

民用航空器飛機(jī)的動(dòng)力裝置第1頁(yè)/共54頁(yè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)被譽(yù)為“工業(yè)之花”

動(dòng)力裝置是飛機(jī)的核心部分，是飛機(jī)的心臟。動(dòng)力裝置是指為飛機(jī)飛行提供動(dòng)力的整個(gè)系統(tǒng)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、輔助動(dòng)力裝置及其他附件，其中最主要的是發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)的功用：給飛機(jī)提供推力驅(qū)動(dòng)附件：油泵、發(fā)電機(jī)等提供氣源：供給空調(diào)和增壓等第2頁(yè)/共54頁(yè)

自從飛機(jī)問(wèn)世以來(lái)的幾十年中，發(fā)動(dòng)機(jī)得到了迅速的發(fā)展:早期的低速飛機(jī)上使用的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)可以推動(dòng)飛機(jī)以超音速飛行的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)載火箭上可以在外太空工作的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷史第3頁(yè)/共54頁(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)的分類第4頁(yè)/共54頁(yè)一、活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)主要由氣缸、活塞、連桿、曲軸、氣門機(jī)構(gòu)、螺旋槳減速器、機(jī)匣等組成。第5頁(yè)/共54頁(yè)航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)基本組成第6頁(yè)/共54頁(yè)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)原理活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)大多是四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，即一個(gè)氣缸完成一個(gè)工作循環(huán)，活塞在氣缸內(nèi)要經(jīng)過(guò)四個(gè)沖程，依次是進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程。第7頁(yè)/共54頁(yè)進(jìn)氣過(guò)程中，活塞下移，進(jìn)氣門打開，油氣混合氣吸入汽缸；接著活塞上移，進(jìn)氣門關(guān)閉，壓縮氣體；在壓縮行程末期，電咀跳電火花點(diǎn)火，混合氣很快燃燒，開始膨脹行程，推動(dòng)活塞向下移動(dòng)，從而通過(guò)連桿帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，輸出功率。最后，在排氣行程中，活塞上移，排氣門打開，廢氣排出外界。工作原理第8頁(yè)/共54頁(yè)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)-工作原理航空活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)是利用汽油與空氣混合，在密閉的容器（氣缸）內(nèi)燃燒，膨脹作功的機(jī)械?；钊桨l(fā)動(dòng)機(jī)必須帶動(dòng)螺旋槳，由螺旋槳產(chǎn)生推（拉）力。所以，作為飛機(jī)的動(dòng)力裝置時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)與螺旋槳是不能分割的。第9頁(yè)/共54頁(yè)常見的星形發(fā)動(dòng)機(jī)有5個(gè)、7個(gè)、9個(gè)、14個(gè)、18個(gè)或24個(gè)氣缸不等。在單缸容積相同的情況下，氣缸數(shù)目越多發(fā)動(dòng)機(jī)功率越大。氣缸安排形式第10頁(yè)/共54頁(yè)螺旋槳

活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)不能單獨(dú)驅(qū)動(dòng)飛機(jī)，它必須驅(qū)動(dòng)螺旋槳使其相對(duì)空氣運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生拉力從而使飛機(jī)運(yùn)動(dòng)。螺旋槳由葉片組成，葉片的橫斷面相當(dāng)于機(jī)翼的翼型，它相對(duì)于空氣運(yùn)動(dòng)時(shí)，把空氣向后排開，空氣的反作用力給它一個(gè)向前的拉力，從而推動(dòng)飛機(jī)運(yùn)動(dòng)。第11頁(yè)/共54頁(yè)螺旋槳變距變距目的：根據(jù)需要改變槳葉角Φ,以保持或改變螺旋槳轉(zhuǎn)速，保證較高得螺旋槳效率,防止飛行中產(chǎn)生負(fù)拉力。螺旋槳變距包括自動(dòng)變距和操縱變距桿人工變距。第12頁(yè)/共54頁(yè)螺旋槳順槳、回槳和反槳順槳:當(dāng)雙發(fā)（或多發(fā)）飛機(jī)一發(fā)失效后，為減小螺旋槳的飛行阻力，使槳葉角增加到90度左右?；貥喉槝催^(guò)程，一般在發(fā)動(dòng)機(jī)重新啟動(dòng)時(shí)用。反槳：使槳葉角減小到出現(xiàn)負(fù)槳葉迎角，產(chǎn)生負(fù)拉力，縮短著陸滑跑距離。第13頁(yè)/共54頁(yè)螺旋槳特點(diǎn)葉尖速度最高接近音速，產(chǎn)生激波，阻力大增螺旋槳飛機(jī)的最高速度800公里/小時(shí)以下200到700公里/小時(shí)范圍內(nèi)螺旋槳推進(jìn)效率很高產(chǎn)生推力的效率比噴氣飛機(jī)大

第14頁(yè)/共54頁(yè)第15頁(yè)/共54頁(yè)特點(diǎn)：耗油低，經(jīng)濟(jì)性好結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)簡(jiǎn)單，可靠性好適于低速小型飛機(jī)用途：小型飛機(jī)和輕型直升機(jī)第16頁(yè)/共54頁(yè)二、空氣噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)

1.噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的原理噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推力依靠?jī)?nèi)部氣體的排出與外部介質(zhì)基本無(wú)關(guān)螺旋槳的推力外部介質(zhì)（空氣）產(chǎn)生推力第17頁(yè)/共54頁(yè)螺旋槳推進(jìn)和噴氣推進(jìn)第18頁(yè)/共54頁(yè)2.噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的類型（1）渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)

（1）與活塞發(fā)動(dòng)機(jī)相比結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，推力大，（2）推進(jìn)效率高，主要適用于超音速飛行（3）耗油率大，噪聲大第19頁(yè)/共54頁(yè)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)剖視示意圖第20頁(yè)/共54頁(yè)（2）渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)

螺旋槳減速器第21頁(yè)/共54頁(yè)（2）渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)特點(diǎn)

（1）渦輪輸出的功率大于壓氣機(jī)所消耗的功率,大出的部分傳給螺旋槳（2）在一定亞音速范圍內(nèi)，具有較好的經(jīng)濟(jì)性，發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率比渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)高的多（4）與渦噴不同之處是渦輪帶動(dòng)螺旋槳（5）渦槳是對(duì)大量的空氣施加相對(duì)小的加速產(chǎn)生拉力；渦噴是對(duì)較小量的空氣施加相對(duì)大的加速產(chǎn)生推力。第22頁(yè)/共54頁(yè)渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的全部動(dòng)力螺旋槳拉力為主，90%噴氣產(chǎn)生推力只占10%飛行速度800公里/小時(shí)以下（2）渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)

優(yōu)點(diǎn)：使用航空煤油功率遠(yuǎn)比活塞式大(載客量大）用途：中速客機(jī)和支線客機(jī)第23頁(yè)/共54頁(yè)（3）渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)組合了渦輪噴氣和渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。第24頁(yè)/共54頁(yè)主要機(jī)件CFM56-7發(fā)動(dòng)機(jī)第25頁(yè)/共54頁(yè)（3）渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)

當(dāng)空氣流經(jīng)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的前端風(fēng)扇后，分為兩個(gè)部分：一路是內(nèi)涵氣流，空氣繼續(xù)經(jīng)壓氣機(jī)壓縮，在燃燒室和燃油混合燃燒，燃?xì)饨?jīng)渦輪和噴管膨脹，燃?xì)庖愿咚購(gòu)奈矅娍谂懦?，產(chǎn)生推力；另一路是外涵氣流，流經(jīng)風(fēng)扇后的空氣直接通過(guò)管道排到機(jī)外（短外涵）或者一直流到尾噴口同內(nèi)涵氣流混合或分別排出（長(zhǎng)外涵）外涵道與內(nèi)涵道的流量之比，叫做涵道比，也叫流量比。第26頁(yè)/共54頁(yè)ma大：涵道比越大，流量越大起飛、復(fù)飛推力大效率高，適合高亞音速（M=0.8-0.9）飛行

噴氣噪音低，風(fēng)扇噪音大推力由內(nèi)涵和外涵共同產(chǎn)生，風(fēng)扇是產(chǎn)生正推力的主要部件。目前,民航運(yùn)輸機(jī)廣泛采用高涵道比的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，保證足夠的推力和良好的經(jīng)濟(jì)性。渦扇式發(fā)動(dòng)機(jī)特點(diǎn)第27頁(yè)/共54頁(yè)（4）渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)

渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)包括：燃?xì)獍l(fā)生器和自由渦輪。自由渦輪和燃?xì)獍l(fā)生器渦輪只有氣動(dòng)聯(lián)系，即流過(guò)燃?xì)獍l(fā)生器渦輪的燃?xì)庠衮?qū)動(dòng)自由渦輪，自由渦輪輸出軸功率。

現(xiàn)代飛機(jī)上的輔助動(dòng)力裝置（APU）也是一臺(tái)小型燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能單一。第28頁(yè)/共54頁(yè)（4）渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)

第29頁(yè)/共54頁(yè)3.噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的組成發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)部件功用如下：進(jìn)氣道：恢復(fù)盡可能多的自由氣流的總壓，以最小的紊流輸送空氣到壓氣機(jī)并保持飛機(jī)阻力最小。壓氣機(jī)：通過(guò)旋轉(zhuǎn)的葉片對(duì)空氣做功，壓縮空氣提高空氣的壓力。燃燒室：空氣和燃油混合、燃燒，將燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能，生成高溫燃?xì)?。渦輪：燃?xì)庠跍u輪內(nèi)膨脹做功，渦輪功驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)和附件。噴管：燃?xì)馔ㄟ^(guò)噴管繼續(xù)膨脹，將燃?xì)庖砸欢ǖ乃俣群鸵蟮姆较蚺湃氪髿?，提供推力。壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪稱為：燃?xì)獍l(fā)生器。燃?xì)獍l(fā)生器是各種發(fā)動(dòng)機(jī)的核心。第30頁(yè)/共54頁(yè)第31頁(yè)/共54頁(yè)3.噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的組成（1）進(jìn)氣道

在各種狀態(tài)下,將足夠量的空氣,以最小的流動(dòng)損失,順利地引入壓氣機(jī),并在壓氣機(jī)進(jìn)口形成均勻的流場(chǎng)以避免壓氣機(jī)葉片的振動(dòng)和壓氣機(jī)失速.

第32頁(yè)/共54頁(yè)（2）壓氣機(jī)

功能：對(duì)氣體進(jìn)行壓縮,提高空氣的壓力,為燃?xì)馀蛎涀鞴?chuàng)造條件。次要功能：供應(yīng)高壓引氣，冷卻熱部件；熱空氣用于防冰；引氣用于機(jī)艙增壓、空調(diào)、燃油系統(tǒng)。

工作原理（1）轉(zhuǎn)子由渦輪帶動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)，空氣被連續(xù)不斷地吸入壓氣機(jī)；（2）旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的葉片使空氣加速，增加能量使壓力升高；（3）在隨后的靜子通道中減速（擴(kuò)壓）并將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成壓力。第33頁(yè)/共54頁(yè)（2）壓氣機(jī)

離心式壓氣機(jī)

軸流式壓氣機(jī)第34頁(yè)/共54頁(yè)定義當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)嚴(yán)重偏離了設(shè)計(jì)值，氣流在葉片通道內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重的氣流分離，引起氣流在壓氣機(jī)中忽斷忽續(xù)的、軸向的、周期性的，低頻高幅的振蕩現(xiàn)象。危害輕微的喘振對(duì)飛行安全不會(huì)有影響，但會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)壽命。 嚴(yán)重的喘振會(huì)使性能惡化、振壞、燒壞機(jī)件，引起發(fā)動(dòng)機(jī)熄火、停車，甚至直接使發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)廢，危及飛行安全。壓氣機(jī)喘振第35頁(yè)/共54頁(yè)（3）燃燒室

將噴嘴供應(yīng)的燃油和壓氣機(jī)供應(yīng)的空氣混合燃燒釋放熱量，供給渦輪所需的均勻加熱的平穩(wěn)高溫高壓燃?xì)饬?。燃燒室的類型：多個(gè)單管燃燒室環(huán)管形燃燒室環(huán)形燃燒室第36頁(yè)/共54頁(yè)第37頁(yè)/共54頁(yè)環(huán)管形燃燒室

第38頁(yè)/共54頁(yè)環(huán)形燃燒室

第39頁(yè)/共54頁(yè)（4）渦輪

高溫高壓燃?xì)馀蛎洠瑢崮苻D(zhuǎn)換成渦輪的機(jī)械能，同時(shí)驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)和附件提供功率。

在渦輪螺旋槳和渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)它還為螺旋槳和旋翼提供軸功率。第40頁(yè)/共54頁(yè)（5）尾噴管

主要功用：使從渦輪流出的燃?xì)馀蛎洠铀?，以一定的速度和要求的方向排入大氣，得到需要的推力?/p>

也可通過(guò)反推力裝置改變噴氣方向，產(chǎn)生反推力，縮短飛機(jī)的滑跑距離。第41頁(yè)/共54頁(yè)反推

第42頁(yè)/共54頁(yè)反推第43頁(yè)/共54頁(yè)第44頁(yè)/共54頁(yè)4.渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)-優(yōu)點(diǎn)和不足優(yōu)點(diǎn)：噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)重量輕、推力大，適用于高速飛行不足：耗油大（噴出氣體的速度和溫度）經(jīng)濟(jì)性差波音747-400飛機(jī)和協(xié)和式飛機(jī)第45頁(yè)/共54頁(yè)四、發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)1.發(fā)動(dòng)機(jī)壓力比

發(fā)動(dòng)機(jī)壓力比是指低壓渦輪的出口總壓與低壓壓氣機(jī)進(jìn)口總壓之比，同氣流通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的加速成比例，對(duì)于軸流式壓氣機(jī)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)它表征推力，用EPR表示2.發(fā)動(dòng)機(jī)涵道比

發(fā)動(dòng)機(jī)涵道比：渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)外涵的空氣質(zhì)量流量與通過(guò)內(nèi)涵的空氣質(zhì)量流量之比。涵道比為：1左右是低涵道比；2-3左右是中涵道比；4以上是高涵道比。第46頁(yè)/共54頁(yè)四、發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)3.排氣溫度

排氣溫度：渦輪進(jìn)口總溫是發(fā)動(dòng)機(jī)最重要、最關(guān)鍵的一個(gè)參數(shù)，也是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的重要限制參數(shù)，用EGT表示。4.風(fēng)扇轉(zhuǎn)速

高涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，常用風(fēng)扇轉(zhuǎn)速n1表征推力。第47頁(yè)/共54頁(yè)四、發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)推進(jìn)效率：發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)能有多少用于推動(dòng)飛機(jī)。第48頁(yè)/共54頁(yè)五、發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝位置a安裝在機(jī)翼上b吊裝在機(jī)翼下（翼吊布局）c安裝在機(jī)身尾部（尾吊布局）第49頁(yè)/共54頁(yè)機(jī)身吊裝大翼吊裝翼下和機(jī)尾安裝第50頁(yè)/共54頁(yè)六、輔助動(dòng)力裝置

機(jī)載輔助動(dòng)力裝置（APU）用于各類運(yùn)輸機(jī)上，是建立在一臺(tái)小型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上的，裝在飛機(jī)機(jī)身尾部?；谒哪芰ο拗埔话阍诘孛婀ぷ鲿r(shí)，可以提供電源和氣源，用于啟動(dòng)主發(fā)動(dòng)機(jī)及飛機(jī)空調(diào)用氣，以使飛機(jī)減少對(duì)地面設(shè)備的依賴。在空中一定高度以后，可以提供電源、氣源。如果飛行高度繼續(xù)增加，到一定高度后，它僅能提供電源。第51頁(yè)