燃氣渦輪發(fā)動機13空氣系統(tǒng)

第十三章空氣系統(tǒng)13.1發(fā)動機內(nèi)部空氣系統(tǒng)和飛機氣源系統(tǒng)13.2發(fā)動機主要部件冷卻13.3壓氣機穩(wěn)定性控制13.4引氣防冰13.5渦輪間隙控制1空氣系統(tǒng)13.1發(fā)動機內(nèi)部空氣系統(tǒng)和飛機氣源系統(tǒng)指那些對發(fā)動機推力的產(chǎn)生無直接影響的空氣流。功能：發(fā)動機的內(nèi)部和附件裝置的冷卻；軸承腔封嚴；控制軸承的軸向載荷；控制渦輪葉片的葉尖間隙；發(fā)動機防冰；該系統(tǒng)還為飛機使用要求提供引氣，用于飛機空調(diào)、增壓、發(fā)動機啟動、機翼防冰、探頭加溫等。來源:空氣從風(fēng)扇、壓氣機的中間級和高壓級引出，以不同的溫度和壓力滿足特定的功能要求。飛機用氣還可從輔助動力裝置的引氣。在地面時從地面氣源得到，它們都通到飛機氣源總管。

2空氣系統(tǒng)組成:鋼管道、單向活門、調(diào)節(jié)和切斷活門，壓力調(diào)節(jié)器和空氣冷卻系統(tǒng)。工作:發(fā)動機接受壓力空氣，調(diào)節(jié)它的壓力和溫度，并引導(dǎo)其通過引氣切斷活門到氣源總管。氣源總管包括分配、隔離、空氣清潔和壓力指示部件。它互連來自發(fā)動機、輔助動力裝置或地面氣源車的壓力源，并且按需要引導(dǎo)到空調(diào)、熱防冰或發(fā)動機啟動系統(tǒng)。管道是鈦合金結(jié)構(gòu)。

3空氣系統(tǒng)4空氣系統(tǒng)－部件冷卻13.2發(fā)動機主要部件冷卻需要冷卻的主要區(qū)域是燃燒室和渦輪。冷卻空氣用于控制壓氣機軸和盤的溫度，既可以對其冷卻，也可以為它們加熱。保證了溫度的均勻分布，并通過控制熱膨脹，保持最小的葉尖和封嚴間隙，改善了發(fā)動機效率。

5空氣系統(tǒng)－部件冷卻6空氣系統(tǒng)－部件冷卻燃燒室冷卻借助于二股流氣沿火焰筒壁的內(nèi)表面流動，形成一層隔熱空氣膜，將火焰筒壁面與熱燃氣隔開。這部分空氣約占總進氣量的3/4。渦輪冷卻的原因及意義:高的熱效率取決于高的渦輪進口溫度，它受渦輪葉片和導(dǎo)向器材料的限制。對這些部件進行連續(xù)不斷的冷卻可以允許它們的環(huán)境工作溫度超過材料的熔點而不影響葉片和導(dǎo)向器的整體性。從渦輪葉片向渦輪盤的熱傳導(dǎo)要求對輪盤加以冷卻，從而防止熱疲勞和不可控的膨脹率和收縮率。渦輪導(dǎo)向葉片和渦輪葉片的壽命不僅取決于它們的結(jié)構(gòu)形式，而且還與冷卻方法有關(guān)，因此內(nèi)部流道的氣流設(shè)計很重要。單通道內(nèi)部對流冷卻具有很大的適用效果，多通道的內(nèi)部冷卻渦輪葉片，帶外部氣膜冷卻沖擊式冷卻也已采用

7空氣系統(tǒng)－部件冷卻8空氣系統(tǒng)－部件冷卻

軸承腔冷卻在需要冷卻的情況下，好的做法是設(shè)一個雙層壁的軸承座，讓冷卻空氣通入其中間的空腔?？諝膺€用于軸承滑油腔增壓。封嚴封嚴件用于防止滑油從發(fā)動機軸承腔漏出，控制冷卻空氣流和防止主氣流的燃氣進入渦輪盤空腔。封嚴件用于防止滑油從發(fā)動機軸承腔漏出，控制冷卻空氣流和防止主氣流的燃氣進入渦輪盤空腔。在燃氣渦輪發(fā)動機上使用了多種封嚴方法，選擇何種方法取決于周圍的溫度和壓力、可磨損性、發(fā)熱量、重量、可用的空間、易于制造及易于安裝和拆卸。軸承腔封嚴空氣來自壓氣機。9空氣系統(tǒng)－部件冷卻10附件冷卻

發(fā)動機的一些附件會產(chǎn)生大量的熱，其中發(fā)電機即是一例。這些附件常常需要有它們自己的冷卻通路。此外，發(fā)動機機匣、點火導(dǎo)線也需要空氣冷卻。機匣冷卻來自外界空氣。11空氣系統(tǒng)－壓氣機穩(wěn)定性控制13.3壓氣機穩(wěn)定性控制不穩(wěn)定工作:壓氣機特性告訴我們，無論在任何轉(zhuǎn)速下，不斷地減小進入壓氣機的空氣流量，到一定的程度，壓氣機都會進入到不穩(wěn)定工作狀態(tài)。失速：在壓氣機轉(zhuǎn)速保持不變的情況下，由于某種原因進入壓氣機的空氣流量減少，造成葉輪進口攻角過大，在葉背處發(fā)生氣流分離的現(xiàn)象叫失速。喘振：發(fā)生在壓氣機軸線方向上的低頻高振幅的振蕩現(xiàn)象叫喘振。防喘采用的主要措施有：中間級放氣，壓氣機靜子葉片可調(diào)，采用多轉(zhuǎn)子。

12空氣系統(tǒng)－壓氣機穩(wěn)定性控制壓氣機空氣流量控制（防喘原理）也可以說壓氣機防喘措施主要有采用中間級放氣，壓氣機靜子葉片可調(diào)和采用多轉(zhuǎn)子，即通過在非設(shè)計狀態(tài)下，改變速度三角形的絕對速度的軸向分量、絕對速度的切向分量和圓周速度，從而使氣流相對速度對轉(zhuǎn)子葉片的迎角同設(shè)計狀態(tài)相近，避免葉片失速。13空氣系統(tǒng)－壓氣機穩(wěn)定性控制13.3壓氣機穩(wěn)定性控制壓氣機喘振的探測目前是依據(jù)壓氣機出口壓力的下降率或轉(zhuǎn)子的減速率來判斷。一旦探測出發(fā)生喘振，可自動打開放氣活門，可調(diào)靜子葉片在關(guān)的方向上再調(diào)幾度，瞬時減少供油，提供高能點火以防止燃燒室熄火力圖從喘振狀態(tài)恢復(fù)過來。壓氣機的喘振裕度：即壓氣機共同工作線與喘振邊界線之間的距離叫喘振裕度。為避免壓氣機進入喘振區(qū)，壓氣機應(yīng)具有一定的喘振裕度。發(fā)動機喘振常出現(xiàn)的階段有啟動、加速、減速和反推。對于雙轉(zhuǎn)子軸流式壓氣機，加速時高壓轉(zhuǎn)子容易進入喘振區(qū)；減速時低壓轉(zhuǎn)子容易進入喘振區(qū)。14空氣系統(tǒng)－壓氣機穩(wěn)定性控制13.3壓氣機穩(wěn)定性控制放氣活門打開放掉一部分壓氣機中間級的空氣。這一般在低功率和迅速減速時，一旦脫離喘振區(qū)，放氣活門關(guān)閉。活門關(guān)閉過早或過晚均不利，關(guān)閉過早發(fā)動機沒有脫離喘振范圍，仍可能喘振；關(guān)閉過晚，放掉空氣，造成浪費。關(guān)閉轉(zhuǎn)速還受大氣溫度變化，大氣溫度高，關(guān)閉轉(zhuǎn)速應(yīng)增大。新型發(fā)動機上采用可調(diào)放氣活門（VBV），活門開度是可變的，根據(jù)發(fā)動機狀態(tài)參數(shù)計算決定開、關(guān)和開度大小?；铋T實際位置通過反饋鋼索傳回控制器與要求位置比較。15空氣系統(tǒng)－壓氣機穩(wěn)定性控制13.3壓氣機穩(wěn)定性控制可調(diào)靜子葉片（VSV）是將高壓壓氣機的進口導(dǎo)向葉片和前幾級靜子葉片做成可調(diào)的，當壓氣機轉(zhuǎn)速從其設(shè)計值往下降低時，靜子葉片逐漸關(guān)小，以使空氣流到后面的轉(zhuǎn)子葉片上的角度合適。當壓氣機轉(zhuǎn)速增加時，靜子葉片角度逐漸開大。可調(diào)靜子葉片的轉(zhuǎn)角根據(jù)發(fā)動機參數(shù)計算，其輸出控制作動器的移動，再通過搖臂組件、主桿、連桿等傳到作動環(huán)，作動環(huán)使連到它上面的所有葉片同時轉(zhuǎn)角。葉片實際位置通過反饋鋼索傳回控制器與要求位置比較。保證反饋鋼索準確傳送實際位置是非常必要的。反饋鋼索要定期的或結(jié)合故障查找進行檢查和調(diào)整。按照維護手冊的程序進行如行程檢查、阻力檢查和校裝。16空氣系統(tǒng)－防冰13.4引氣防冰結(jié)冰條件和位置:當飛機穿越含有過冷水珠的云層或在有凍霧的地面工作時，發(fā)動機和進氣道前緣處會結(jié)冰。

危害（為什麼要防冰）:結(jié)冰會大大限制通過發(fā)動機的空氣流量，從而引起發(fā)動機性能損失并可能會使發(fā)動機發(fā)生故障。脫落下來的冰塊被吸入發(fā)動機或撞擊進氣道吸音材料襯層時可能造成損壞。

17空氣系統(tǒng)－防冰13.4對防冰系統(tǒng)的要求防冰系統(tǒng)必須在該飛機的使用要求內(nèi)有效地防止冰的生成。防冰系統(tǒng)必須可靠，易于維護，不會過分增加重量，在工作中不會引起發(fā)動機嚴重的性能損失。18空氣系統(tǒng)－防冰有兩種基本的防冰方法。渦輪噴氣發(fā)動機一般采用熱空氣防冰。渦輪螺槳發(fā)動機采用電加溫或熱空氣與電加溫混合型。防冰可通過熱滑油沿進氣道周圍循環(huán)來補充熱量。熱空氣系統(tǒng)在可能會結(jié)冰的地方為發(fā)動機提供表面加溫。19空氣系統(tǒng)－防冰20空氣系統(tǒng)－防冰21空氣系統(tǒng)－渦輪間隙控制13.5渦輪間隙控制目的：為了減少渦輪葉片葉尖和機匣之間間隙，減少漏