航空發(fā)動(dòng)機原理——螺槳風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機
2005-12-08 19:08:09 silentmoon@-Ky48 /article/-Ky48-i2LCuV.html 復制 評論
螺槳風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機
螺槳風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機是一種介于渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機和渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機之間的一種發(fā)動(dòng)機形式，其目標是將前者的高速性能和后者的經(jīng)濟性結合起來(lái)，目前正處于研究和實(shí)驗階段。
螺槳風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機的結構見(jiàn)圖，它由燃氣發(fā)生器和一副螺槳-風(fēng)扇（因為實(shí)在無(wú)法給這個(gè)又象螺旋槳又象風(fēng)扇的東東起個(gè)名字，只好叫它螺槳-風(fēng)扇）組成。螺槳-風(fēng)扇由渦輪驅動(dòng)，無(wú)涵道外殼，裝有減速器，從這些來(lái)看它有一點(diǎn)象螺旋槳；但是它的直徑比普通螺旋槳小，葉片數目也多（一般有6～8葉），葉片又薄又寬，而且前緣后掠，這些又有些類(lèi)似于風(fēng)扇葉片。
根據渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機的原理，在飛行速度不變的情況下，涵道比越高，推進(jìn)效率就越高，因此現代新型不加力渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機的涵道比越來(lái)越大，已經(jīng)接近了結構所能承受的極限；而去掉了涵道的渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機盡管效率較高，但由于螺旋槳的速度限制無(wú)法應用于M0.8~M0.95的現代高亞音速大型寬體客機，螺槳風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機的概念則應運而生。
由于無(wú)涵道外殼，螺槳風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機的涵道比可以很大，以正在研究中的一種發(fā)動(dòng)機為例，在飛行速度為M0.8時(shí)，帶動(dòng)的空氣量約為內涵空氣流量的100倍，相當于涵道比為100，這是渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機所望塵莫及的，將其應用于飛機上，可將高空巡航耗油率較目前高涵道比輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機降低15%左右。
同渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機相比，螺槳風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機的可用速度又高很多，這是由它們葉片形狀不同所決定的。普通螺旋槳葉片的葉型厚度大以保證強度，彎度大以保證升力系數，從剖面來(lái)看，這種葉型實(shí)際上就是典型的低速飛機的機翼剖面形狀，它在低速情況下效率很高，但一旦接近音速，效率就急劇下降，因此裝有渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機的飛機速度限制在M0.6~M0.65左右；而螺槳-風(fēng)扇的既寬且薄、前緣尖銳并帶有后掠的葉型則類(lèi)似于超音速機翼的剖面形狀，這種葉型的跨音速性能就要好的多，在飛行速度為M0.8時(shí)仍有良好的推進(jìn)效率，是目前新型發(fā)動(dòng)機中最有希望的一種。
當然，螺槳風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機也有其缺點(diǎn)，由于轉速較高，產(chǎn)生的振動(dòng)和噪音也較大，這對舒適性有嚴格要求的客機來(lái)講是一個(gè)難題。另外，暴露在空氣中的螺槳-風(fēng)扇的氣動(dòng)設計也是目前研究的難點(diǎn)所在。
航空發(fā)動(dòng)機原理——渦輪風(fēng)扇噴氣發(fā)動(dòng)機
2005-12-07 23:13:34 silentmoon@-Ky48 /article/-Ky48-hz1pCQ.html 復制 評論
渦輪風(fēng)扇噴氣發(fā)動(dòng)機的誕生
二戰后，隨著(zhù)時(shí)間推移、技術(shù)更新，渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機顯得不足以滿(mǎn)足新型飛機的動(dòng)力需求。尤其是二戰后快速發(fā)展的亞音速民航飛機和大型運輸機，飛行速度要求達到高亞音速即可，耗油量要小，因此發(fā)動(dòng)機效率要很高。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機的效率已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足這種需求，使得上述機種的航程縮短。因此一段時(shí)期內出現了較多的使用渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機的大型飛機。
實(shí)際上早在30年代起，帶有外涵道的噴氣發(fā)動(dòng)機已經(jīng)出現了一些粗糙的早期設計。40和50年代，早期渦扇發(fā)動(dòng)機開(kāi)始了試驗。但由于對風(fēng)扇葉片設計制造的要求非常高。因此直到60年代，人們才得以制造出符合渦扇發(fā)動(dòng)機要求的風(fēng)扇葉片，從而揭開(kāi)了渦扇發(fā)動(dòng)機實(shí)用化的階段。
50年代，美國的NACA(即NASA 美國航空航天管理局的前身)對渦扇發(fā)動(dòng)機進(jìn)行了非常重要的科研工作。55到56年研究成果轉由通用電氣公司(GE)繼續深入發(fā)展。GE在1957年成功推出了CJ805-23型渦扇發(fā)動(dòng)機，立即打破了超音速?lài)姎獍l(fā)動(dòng)機的大量紀錄。但最早的實(shí)用化的渦扇發(fā)動(dòng)機則是普拉特•惠特尼(Pratt & Whitney)公司的JT3D渦扇發(fā)動(dòng)機。實(shí)際上普•惠公司啟動(dòng)渦扇研制項目要比GE晚，他們是在探聽(tīng)到GE在研制CJ805的機密后，匆忙加緊工作，搶先推出了了實(shí)用的JT3D。
1960年，羅爾斯•羅伊斯公司的“康威”(Conway)渦扇發(fā)動(dòng)機開(kāi)始被波音707大型遠程噴氣客機采用，成為第一種被民航客機使用的渦扇發(fā)動(dòng)機。60年代洛克西德“三星”客機和波音747“珍寶”客機采用了羅•羅公司的RB211-22B大型渦扇發(fā)動(dòng)機，標志著(zhù)渦扇發(fā)動(dòng)機的全面成熟。此后渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機迅速的被西方民用航空工業(yè)拋棄。
波音707的軍用型號之一，KC-135加油機。不加力式渦扇發(fā)動(dòng)機實(shí)際上較為容易辨認，其外部有一直徑很大的風(fēng)扇外殼。
渦輪風(fēng)扇噴氣發(fā)動(dòng)機的原理
渦槳發(fā)動(dòng)機的推力有限，同時(shí)影響飛機提高飛行速度。因此必需提高噴氣發(fā)動(dòng)機的效率。發(fā)動(dòng)機的效率包括熱效率和推進(jìn)效率兩個(gè)部分。提高燃氣在渦輪前的溫度和壓氣機的增壓比，就可以提高熱效率。因為高溫、高密度的氣體包含的能量要大。但是，在飛行速度不變的條件下，提高渦輪前溫度，自然會(huì )使排氣速度加大。而流速快的氣體在排出時(shí)動(dòng)能損失大。因此，片面的加大熱功率，即加大渦輪前溫度，會(huì )導致推進(jìn)效率的下降。要全面提高發(fā)動(dòng)機效率，必需解決熱效率和推進(jìn)效率這一對矛盾。
渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機的妙處，就在于既提高渦輪前溫度，又不增加排氣速度。渦扇發(fā)動(dòng)機的結構，實(shí)際上就是渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機的前方再增加了幾級渦輪，這些渦輪帶動(dòng)一定數量的風(fēng)扇。風(fēng)扇吸入的氣流一部分如普通噴氣發(fā)動(dòng)機一樣，送進(jìn)壓氣機(術(shù)語(yǔ)稱(chēng)“內涵道”)，另一部分則直接從渦噴發(fā)動(dòng)機殼外圍向外排出(“外涵道”)。因此，渦扇發(fā)動(dòng)機的燃氣能量被分派到了風(fēng)扇和燃燒室分別產(chǎn)生的兩種排氣氣流上。這時(shí)，為提高熱效率而提高渦輪前溫度，可以通過(guò)適當的渦輪結構和增大風(fēng)扇直徑，使更多的燃氣能量經(jīng)風(fēng)扇傳遞到外涵道，從而避免大幅增加排氣速度。這樣，熱效率和推進(jìn)效率取得了平衡，發(fā)動(dòng)機的效率得到極大提高。效率高就意味著(zhù)油耗低，飛機航程變得更遠。
加力式渦扇發(fā)動(dòng)機
不加力式渦扇發(fā)動(dòng)機
渦輪風(fēng)扇噴氣發(fā)動(dòng)機的優(yōu)缺點(diǎn)
如前所述，渦扇發(fā)動(dòng)機效率高，油耗低，飛機的航程就遠。
但渦扇發(fā)動(dòng)機技術(shù)復雜，尤其是如何將風(fēng)扇吸入的氣流正確的分配給外涵道和內涵道，是極大的技術(shù)難題。因此只有少數國家能研制出渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機，中國至今未有批量實(shí)用化的國產(chǎn)渦扇發(fā)動(dòng)機。渦扇發(fā)動(dòng)機價(jià)格相對高昂，不適于要求價(jià)格低廉的航空器使用。
航空發(fā)動(dòng)機原理——渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機
2005-12-07 23:10:12 silentmoon@-Ky48 /article/-Ky48-hz12yI.html 復制 評論
渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機的誕生
二戰以前，活塞發(fā)動(dòng)機與螺旋槳的組合已經(jīng)取得了極大的成就，使得人類(lèi)獲得了挑戰天空的能力。但到了三十年代末，航空技術(shù)的發(fā)展使得這一組合達到了極限。螺旋槳在飛行速度達到800千米/小時(shí)的時(shí)候，槳尖部分實(shí)際上已接近了音速，跨音速流場(chǎng)使得螺旋槳的效率急劇下降，推力不增反減。螺旋槳的迎風(fēng)面積大，阻力也大，極大阻礙了飛行速度的提高。同時(shí)隨著(zhù)飛行高度提高，大氣稀薄，活塞式發(fā)動(dòng)機的功率也會(huì )減小。
這促生了全新的噴氣發(fā)動(dòng)機推進(jìn)體系。噴氣發(fā)動(dòng)機吸入大量的空氣，燃燒后高速?lài)姵?，對發(fā)動(dòng)機產(chǎn)生反作用力，推動(dòng)飛機向前飛行。
早在1913年，法國工程師雷恩•洛蘭就提出了沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機的設計，并獲得專(zhuān)利。但當時(shí)沒(méi)有相應的助推手段和相應材料，噴氣推進(jìn)只是一個(gè)空想。1930年，英國人弗蘭克•惠特爾獲得了燃氣渦輪發(fā)動(dòng)機專(zhuān)利，這是第一個(gè)具有實(shí)用性的噴氣發(fā)動(dòng)機設計。11年后他設計的發(fā)動(dòng)機首次飛行，從而成為了渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機的鼻祖。
渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機的原理
渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機簡(jiǎn)稱(chēng)渦噴發(fā)動(dòng)機，通常由進(jìn)氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪和尾噴管組成。部分軍用發(fā)動(dòng)機的渦輪和尾噴管間還有加力燃燒室。
渦噴發(fā)動(dòng)機屬于熱機，做功原則同樣為：高壓下輸入能量，低壓下釋放能量。
工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機首先從進(jìn)氣道吸入空氣。這一過(guò)程并不是簡(jiǎn)單的開(kāi)個(gè)進(jìn)氣道即可，由于飛行速度是變化的，而壓氣機對進(jìn)氣速度有嚴格要求，因而進(jìn)氣道必需可以將進(jìn)氣速度控制在合適的范圍。
壓氣機顧名思義，用于提高吸入的空氣的的壓力。壓氣機主要為扇葉形式，葉片轉動(dòng)對氣流做功，使氣流的壓力、溫度升高。
隨后高壓氣流進(jìn)入燃燒室。燃燒室的燃油噴嘴射出油料，與空氣混合后點(diǎn)火，產(chǎn)生高溫高壓燃氣，向后排出。
高溫高壓燃氣向后流過(guò)高溫渦輪，部分內能在渦輪中膨脹轉化為機械能，驅動(dòng)渦輪旋轉。由于高溫渦輪同壓氣機裝在同一條軸上，因此也驅動(dòng)壓氣機旋轉，從而反復的壓縮吸入的空氣。
從高溫渦輪中流出的高溫高壓燃氣，在尾噴管中繼續膨脹，以高速從尾部噴口向后排出。這一速度比氣流進(jìn)入發(fā)動(dòng)機的速度大得多，從而產(chǎn)生了對發(fā)動(dòng)機的反作用推力，驅使飛機向前飛行。
渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機的優(yōu)缺點(diǎn)
這類(lèi)發(fā)動(dòng)機具有加速快、設計簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，是較早實(shí)用化的噴氣發(fā)動(dòng)機類(lèi)型。但如果要讓渦噴發(fā)動(dòng)機提高推力，則必須增加燃氣在渦輪前的溫度和增壓比，這將會(huì )使排氣速度增加而損失更多動(dòng)能，于是產(chǎn)生了提高推力和降低油耗的矛盾。因此渦噴發(fā)動(dòng)機油耗大，對于商業(yè)民航機來(lái)說(shuō)是個(gè)致命弱點(diǎn)。
渦噴發(fā)動(dòng)機剖視示意圖
國產(chǎn)渦噴-7渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機及剖視圖
航空發(fā)動(dòng)機原理——渦輪軸發(fā)動(dòng)機
2005-12-08 18:56:58 silentmoon@-Ky48 /article/-Ky48-i2Ie25.html 復制 評論
渦輪軸發(fā)動(dòng)機的誕生
渦輪軸發(fā)動(dòng)機首次正式試飛是在1951年12月。作為直升機的新型動(dòng)力，兼有噴氣發(fā)動(dòng)機和螺旋槳發(fā)動(dòng)機特點(diǎn)的渦輪軸令直升機的發(fā)展更進(jìn)一步。當時(shí)渦輪軸發(fā)動(dòng)機還劃入渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機一類(lèi)。隨著(zhù)直升機的普及和其先進(jìn)性能的體現，渦輪軸發(fā)動(dòng)機逐漸被視為單獨的一種噴氣發(fā)動(dòng)機。
在1950年時(shí)，透博梅卡(Turbomeca)公司研制成“阿都斯特-1”(Artouste-1)渦輪軸發(fā)動(dòng)機。該發(fā)動(dòng)機只有一級離心式葉輪壓氣機，有兩級渦輪的輸出軸，功率達到了206千瓦(280軸馬力)，成為世界上第一臺實(shí)用的直升機渦輪軸發(fā)動(dòng)機。首先裝用這種發(fā)動(dòng)機的是美國貝爾直升機公司生產(chǎn)的Bell47(編號為XH-13F)，1954年該機首飛。到了50年代中期，渦輪軸發(fā)動(dòng)機開(kāi)始為直升機設計者所大量采用。
渦輪軸發(fā)動(dòng)機的原理
渦輪軸發(fā)動(dòng)機與渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機相似，曾經(jīng)被劃入同一分類(lèi)。它們都由渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機演變而來(lái)，渦槳發(fā)動(dòng)機驅動(dòng)螺旋槳，渦輪軸發(fā)動(dòng)機則驅動(dòng)直升機的旋翼軸獲得升力和氣動(dòng)控制力。當然渦輪軸發(fā)動(dòng)機也有自己的特色：通常帶有自由渦輪，而其他形式的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機一般沒(méi)有自由渦輪。
渦輪軸發(fā)動(dòng)機具有渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機的大部分特點(diǎn)，也有著(zhù)進(jìn)氣道、壓氣機、燃燒室和尾噴管等基本組件。其特有的自由渦輪位于燃燒室后方，高能燃氣對自由渦輪作功，通過(guò)傳動(dòng)軸、減速器等帶動(dòng)直升機的旋翼旋轉，從而升空飛行。自由渦輪并不像其他渦輪那樣要帶動(dòng)壓氣機，它專(zhuān)門(mén)用于輸出功率，類(lèi)似于汽輪機。做功后排出的燃氣，經(jīng)尾噴管?chē)姵?，能量已?jīng)不大，產(chǎn)生的推力很小，包含的推力大約僅占總推力的十分之一左右。因此，為了適應直升機機體結構的需要，渦輪軸發(fā)動(dòng)機噴口可靈活安排，可以向上，向下或向兩側，而不一定要向后。盡管渦輪軸發(fā)動(dòng)機內，帶動(dòng)壓氣機的燃氣發(fā)生器渦輪與自由渦輪并不機械互聯(lián)，但氣動(dòng)上有著(zhù)密切聯(lián)系。對這兩種渦輪，在氣體熱能分配上，需要隨飛行條件的改變而適當調整，從而取得發(fā)動(dòng)機性能與直升機旋翼性能的最優(yōu)組合。
渦輪軸發(fā)動(dòng)機剖視示意圖
參照渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機理論，渦輪軸發(fā)動(dòng)機帶動(dòng)的旋翼的直徑應該越大越好。因為同一個(gè)的核心發(fā)動(dòng)機，所配合的旋翼直徑越大，在旋翼上所產(chǎn)生的升力就越大。但能量轉換過(guò)程總是有損耗的，旋翼限于材料品質(zhì)也不可能太大，所以旋翼的直徑是有限制的。以目前的水平計算，旋翼驅動(dòng)的空氣流量一般是渦輪軸發(fā)動(dòng)機內空氣流量的500到1000倍。
直升機飛得沒(méi)有固定翼飛機快，最大平飛速度通常在350千米/小時(shí)以下，因此渦輪軸發(fā)動(dòng)機的進(jìn)氣口設計也較為靈活。通常把內流進(jìn)氣道設計為收斂形，驅使氣流在收斂時(shí)加速流動(dòng)，令流場(chǎng)更加均勻。進(jìn)口唇邊呈流線(xiàn)形，適合亞音速流線(xiàn)要求，避免氣流分離，保證壓氣機的穩定工作。此外，由于直升機飛得離地面較近，一般必需去除進(jìn)氣中雜質(zhì)，通常都有粒子分離器。粒子分離器可以與進(jìn)氣道設計成一體。分離器設計為一定螺旋形狀，利用慣性力場(chǎng)，使進(jìn)氣中的砂粒因為質(zhì)量較大，在彎道處獲得較大的慣性力，被甩出主氣流之外，通過(guò)分流排出進(jìn)氣道之外。
MK103型渦輪軸發(fā)動(dòng)機剖視圖，注意其功率輸出軸的布置方式，說(shuō)明了渦軸發(fā)動(dòng)機布局是相當靈活的。
盡管渦輪軸發(fā)動(dòng)機排氣能量不高，但對于敵方紅外探測裝置來(lái)說(shuō)仍然是相當客觀(guān)的目標。發(fā)動(dòng)機排氣是直升機主要熱輻射源之一。作戰直升機必須減小自身熱輻射強度，要采用紅外抑制技術(shù)。一方面，要設法降低發(fā)動(dòng)機外露熱部件的表面溫度，更重要的是，要將外界冷空氣引入并混合到高溫徘氣熱流中，從而降低溫度，沖淡二氧化氯的濃度，降低紅外特征。先進(jìn)的紅外抑制技術(shù)通常將排氣裝置、冷卻空氣道以及發(fā)動(dòng)機的安裝位置作為完整、有效的系統進(jìn)行設計制造。
我們知道，壓氣機包括分為軸流式和離心式兩種。軸流式壓氣機，面積小、流量大；離心式結構簡(jiǎn)單、工作較穩定。渦輪軸發(fā)動(dòng)機從純軸流式開(kāi)始，發(fā)展了單級離心、雙級離心到軸流與離心混裝一起的組合式壓氣機，歷經(jīng)多次變革。目前渦輪軸發(fā)動(dòng)機一般采用若干級軸流加一級離心構成組合壓氣機，兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)。國產(chǎn)渦軸-6、 渦軸-8發(fā)動(dòng)機為1級軸流加1級離心構成的組合壓氣機；“黑鷹”直升機上的T700發(fā)動(dòng)機采用5級軸流加1級離心壓氣機。壓氣機部件主要包括進(jìn)氣導流器、壓氣機轉子、壓氣機靜子及防喘裝置等。壓氣機轉子是一個(gè)高速旋轉的組合件，軸流式轉子葉片呈葉柵排列安裝在工作葉輪周?chē)?，離心式轉子 葉片則呈輻射形狀鑄在葉輪外部。壓氣機靜子由壓氣機殼體和靜止葉片組成。轉子旋轉時(shí)，通過(guò)轉子葉片迫使空氣向后流動(dòng)，不僅加速了空氣，而且使空氣受到壓縮，轉子葉片后面的空氣壓強大于前面的壓強。氣流離開(kāi)轉子葉片后，進(jìn)入起擴壓作用的靜子葉片。在靜子葉片的通道，空氣流速降低、壓強升高，得到進(jìn)一步壓縮。一個(gè)轉子加一個(gè)靜子稱(chēng)為一級。衡量空氣經(jīng)過(guò)壓氣機被壓縮的程度，常用壓縮后與壓縮前的壓強之比，即增壓比來(lái)表示。
RTM322型渦輪軸發(fā)動(dòng)機剖視圖，用于NH90直升機。
好象不支持word文擋的圖片.復制不上來(lái).也傳不上.不好意思哈
渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機
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