飞机发动机分类和工作原理课件.ppt
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- 飞机 发动机 分类 工作 原理 课件
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1、航空发动机原理、构造与系统航空发动机原理、构造与系统the Theory, Structure and System of Aero-engine黄燕晓黄燕晓第2讲 发动机分类和工作原理Objective:1.1.了解航空燃气涡轮发动机的作用及其要求了解航空燃气涡轮发动机的作用及其要求2.2.掌握掌握航空燃气涡轮发动机的基本类型航空燃气涡轮发动机的基本类型(重点)(重点)3.3.掌握掌握航空燃气涡轮发动机的工作原理航空燃气涡轮发动机的工作原理(重点)(重点)本讲内容本讲内容1.1 1.1 航空发动机作用、要求航空发动机作用、要求l1.1.1 定义 发动机是将燃料燃烧释放出的热能转变为发动机是将
2、燃料燃烧释放出的热能转变为机械能的装置。机械能的装置。动力装置除了包括发动机本体动力装置除了包括发动机本体及必需的工作系统(如及必需的工作系统(如燃油系统、滑油系统、燃油系统、滑油系统、 起动点火系统起动点火系统)外,还包括有)外,还包括有防冰系统、反推防冰系统、反推系统、冷却系统和外壳体系统、冷却系统和外壳体等。等。 l1.1.2 作用 航空燃气涡轮发动机是航空燃气涡轮发动机是现代飞机与直升机现代飞机与直升机的主要动力(少数轻型、小型飞机和直升机采的主要动力(少数轻型、小型飞机和直升机采用航空活塞式发动机),为用航空活塞式发动机),为飞机飞机提供推进力,提供推进力,为为直升机直升机提供转动旋
3、翼的功率。提供转动旋翼的功率。推进力升力l飞行器的动力装置,一般应当有飞行器的动力装置,一般应当有发动机发动机(燃料(燃料的化学能转变为热能再转变为机械能的热力机的化学能转变为热能再转变为机械能的热力机械)与械)与推进器推进器组成,在直接产生推力的涡轮发组成,在直接产生推力的涡轮发动机中,二者是合二为一的,提供转动旋翼功动机中,二者是合二为一的,提供转动旋翼功率的发动机则分开,推进器一般为螺旋桨或旋率的发动机则分开,推进器一般为螺旋桨或旋翼。翼。1.1 1.1 航空发动机作用、要求航空发动机作用、要求1.1 1.1 航空发动机作用、要求航空发动机作用、要求 飞机或直升机在飞行中,一旦发动机损飞
4、机或直升机在飞行中,一旦发动机损坏而停车,飞机会由于失去推进力而丧失速坏而停车,飞机会由于失去推进力而丧失速度与高度,如果处理不当就会出现极为严重度与高度,如果处理不当就会出现极为严重的事故。因此发动机的正常工作与否,直接的事故。因此发动机的正常工作与否,直接影响到飞行的安全,故称发动机为飞机的心影响到飞行的安全,故称发动机为飞机的心脏。而且发动机的性能好坏对飞行器的性能脏。而且发动机的性能好坏对飞行器的性能有较大的影响,对飞行器的发展起到关键的有较大的影响,对飞行器的发展起到关键的作用。作用。1.1 1.1 航空发动机作用、要求航空发动机作用、要求1.1.3 1.1.3 要求要求l发动机推力
5、大、质量小发动机推力大、质量小l发动机燃油消耗率低发动机燃油消耗率低l发动机结构尺寸要小发动机结构尺寸要小l可靠性要好,使用寿命要长可靠性要好,使用寿命要长l环境污染要小(排气污染和噪音污染)环境污染要小(排气污染和噪音污染)l不同用途的发动机,其要求的侧重点也不同:不同用途的发动机,其要求的侧重点也不同: 战斗机发动机要求推力大、重量轻、加速战斗机发动机要求推力大、重量轻、加速性好;性好; 对民航机,要求有低油耗、经济性好、高对民航机,要求有低油耗、经济性好、高的可靠性与耐久性、高的使用率和飞行安全等的可靠性与耐久性、高的使用率和飞行安全等l基于此,各种类型的发动机被逐步推入市场:基于此,各
6、种类型的发动机被逐步推入市场: 20世纪60年代,高涵道比(58)涡扇发动机, JT9DRB211CF6 20世纪70年代,小推力的大涵道比涡扇发动机, CFM56PW2037RB211-535 20世纪80年代,大流量比、大推力涡扇发动机, PW4000V25001.1 1.1 航空发动机作用、要求航空发动机作用、要求l两类发动机两类发动机 1.2 1.2 航空发动机基本类型航空发动机基本类型航空活塞式发动机航空活塞式发动机早期飞机和直升机全部采用早期飞机和直升机全部采用航空燃气涡轮发动机航空燃气涡轮发动机20世纪世纪40年代开始使用,目前广泛采用年代开始使用,目前广泛采用航空活塞式发动机航
7、空活塞式发动机涡轮喷气发动机l航空燃气涡轮发动机一般由航空燃气涡轮发动机一般由进气道、压气机、进气道、压气机、燃烧室、涡轮、排气装置燃烧室、涡轮、排气装置和和附件系统附件系统组成。组成。l燃气发生器:由燃气发生器:由压气机、燃烧室压气机、燃烧室以及驱动压气以及驱动压气机的机的燃气涡轮燃气涡轮组成的装置是用来提供高温高压组成的装置是用来提供高温高压燃气的,它们也是发动机的核心部分,故也称燃气的,它们也是发动机的核心部分,故也称之为之为核心机核心机。l从燃气涡轮出来的高温高压燃气具有一定的能从燃气涡轮出来的高温高压燃气具有一定的能量,故能产生发动机的推进力或输出功率,利量,故能产生发动机的推进力或
8、输出功率,利用它的用它的方式不同方式不同,可以产生不同类型的发动机,可以产生不同类型的发动机1.2 1.2 航空发动机类型航空发动机类型燃气涡轮发动机涡轮喷气发动机涡轮螺旋桨发动机涡轮风扇发动机涡轮轴发动机桨扇发动机 20世纪80年代后期 其中,其中,涡喷、涡扇涡喷、涡扇发动机的推力就是推进飞发动机的推力就是推进飞机前进的力,而机前进的力,而涡浆涡浆发动机中,发动机输出轴功发动机中,发动机输出轴功率,通过率,通过螺旋桨螺旋桨(一种推进器),将功率转变为(一种推进器),将功率转变为飞机的拉力。飞机的拉力。 螺旋桨旋转时,桨叶将空气向桨叶螺旋桨旋转时,桨叶将空气向桨叶后方后方增速增速排出,此股向后
9、流动的空气在桨叶上产生排出,此股向后流动的空气在桨叶上产生向前向前的的反作用力,即反作用力,即螺旋桨的拉力螺旋桨的拉力。在直升机中,涡轴。在直升机中,涡轴发动机输出的功率通过发动机输出的功率通过减速器减速器减速并转向,驱动减速并转向,驱动旋翼旋翼旋转,旋翼桨叶将空气加速旋转,旋翼桨叶将空气加速向下向后向下向后排出,排出,产生产生向上向前向上向前的力,然后直升机便可腾空飞翔。的力,然后直升机便可腾空飞翔。1.2 1.2 航空发动机类型航空发动机类型1.2 1.2 航空发动机基本类型航空发动机基本类型1.2.1 1.2.1 燃气涡轮喷气发动机燃气涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机1.2 1.2 航空发动
10、机基本类型航空发动机基本类型结合下图:q功能涡轮喷气发动机工作情形图1.2 1.2 航空发动机基本类型航空发动机基本类型 涡喷发动机进气量大,涡喷发动机进气量大,进气、压缩、燃烧、膨进气、压缩、燃烧、膨胀、排气胀、排气五个过程是同时进行的,即做功是连续的,五个过程是同时进行的,即做功是连续的,做功能力比做功能力比活塞式活塞式大得多,是大得多,是2020世纪世纪5050、6060年代应年代应用最为广泛的航空燃气涡轮发动机,当时不仅是高用最为广泛的航空燃气涡轮发动机,当时不仅是高速歼击机的唯一动力,而且也为许多轰炸机、民航速歼击机的唯一动力,而且也为许多轰炸机、民航机所采用。机所采用。工作原理工作
11、原理: :一定量的空气通过一定量的空气通过进气道进气道以较小的流以较小的流动损失顺利地引入动损失顺利地引入压气机压气机, ,在压气机中高速旋转在压气机中高速旋转的叶片对空气作功压缩空气提高空气的压力的叶片对空气作功压缩空气提高空气的压力, ,高高压空气在压空气在燃烧室燃烧室内与燃油混合燃烧将化学能转内与燃油混合燃烧将化学能转变为热能形成高温高压的燃气变为热能形成高温高压的燃气, ,高温高压的燃气高温高压的燃气首先在首先在涡轮涡轮内膨胀内膨胀, ,推动涡轮高速旋转输出功去推动涡轮高速旋转输出功去带动压气机带动压气机, ,然后然后, ,燃气在燃气在喷管喷管内继续膨胀加速内继续膨胀加速燃气使燃气以较
12、高的速度喷出燃气使燃气以较高的速度喷出, ,产生产生推力推力. .燃气发生器后的燃气可用能全部用来在喷管内燃气发生器后的燃气可用能全部用来在喷管内继续膨胀继续膨胀, , 加速燃气加速燃气, , 提高燃气的速度提高燃气的速度, , 使燃使燃气以较高的速度喷出气以较高的速度喷出, , 产生推力。产生推力。1.2 1.2 航空发动机基本类型航空发动机基本类型故故航空燃气涡轮喷气发动机既是航空燃气涡轮喷气发动机既是热机热机又是又是推进器推进器 加力式燃气涡轮喷气发动机加力式燃气涡轮喷气发动机 在涡轮和喷管之间在涡轮和喷管之间具有加力燃烧室具有加力燃烧室, , 用来用来提高喷管前提高喷管前的燃气温度的燃
13、气温度, , 增大排气速度增大排气速度, , 从而加大发动机的推力。从而加大发动机的推力。 1.2 1.2 航空发动机基本类型航空发动机基本类型(a) 双转子涡轮喷气发动机(b) 双转子带加力燃烧室的发动机 1.2 1.2 航空发动机基本类型航空发动机基本类型 涡喷发动机主要特点:涡喷发动机主要特点:l适用于高速飞行适用于高速飞行:没有受速度限制的螺旋桨:没有受速度限制的螺旋桨作为推进器;带加力燃烧室的涡喷发动机突作为推进器;带加力燃烧室的涡喷发动机突破破音障,音障,实现超音速飞行。实现超音速飞行。l耗油率较高耗油率较高:由于涡喷发动机的推力是由高:由于涡喷发动机的推力是由高速排出高温燃气所获
14、得的,所以在得到推力速排出高温燃气所获得的,所以在得到推力的同时,有不少由燃料燃烧所获得的能量以的同时,有不少由燃料燃烧所获得的能量以燃气的动能和热能的形式排出发动机,能量燃气的动能和热能的形式排出发动机,能量损失较大,耗油率较高,不经济。损失较大,耗油率较高,不经济。1.2 1.2 航空发动机基本类型航空发动机基本类型 1.2.2 1.2.2 涡轮螺旋桨发动机涡轮螺旋桨发动机 涡桨发动机是在涡桨发动机是在涡喷发动机涡喷发动机的基础上,吸取的基础上,吸取航空活塞式发动机的优点发展而来的。航空活塞式发动机的优点发展而来的。2020世纪世纪5050年代研制的民航机、运输机采用涡桨发动机年代研制的民
15、航机、运输机采用涡桨发动机较多,目前支线用的旅客机仍以涡桨发动机作较多,目前支线用的旅客机仍以涡桨发动机作为主要动力。从其燃气发生器出来的燃气能量,为主要动力。从其燃气发生器出来的燃气能量,绝大部分在动力涡轮中膨胀做功,使动力涡轮绝大部分在动力涡轮中膨胀做功,使动力涡轮高速旋转动,后通过减速器转速降到高速旋转动,后通过减速器转速降到1000-20001000-2000转驱动螺旋桨,燃气中剩下的能量在尾喷管中转驱动螺旋桨,燃气中剩下的能量在尾喷管中膨胀,产生推力。膨胀,产生推力。涡桨发动机u由燃气涡轮发动机和螺旋桨组成由燃气涡轮发动机和螺旋桨组成, ,在它们之间还安排了在它们之间还安排了一个一个
16、减速器减速器u减速器的功用是使螺旋桨在较低的转速下工作减速器的功用是使螺旋桨在较低的转速下工作, ,同时使同时使发动机在高转速下工作发动机在高转速下工作, ,双方都有较高的效率双方都有较高的效率u涡轮螺旋桨发动机的工作原理涡轮螺旋桨发动机的工作原理 l空气通过进气道、压气机、燃烧室后与燃油混合空气通过进气道、压气机、燃烧室后与燃油混合燃烧产生高温高压燃气在涡轮膨胀,带动压气机燃烧产生高温高压燃气在涡轮膨胀,带动压气机和螺旋桨,大量的空气流过旋转的螺旋桨,使和螺旋桨,大量的空气流过旋转的螺旋桨,使螺螺旋桨产生相当大的拉力旋桨产生相当大的拉力;气体流过;气体流过发动机时产生发动机时产生反作用推力反
17、作用推力1.2 1.2 航空发动机基本类型航空发动机基本类型1.2 1.2 航空发动机基本类型航空发动机基本类型 涡桨发动机主要特点:涡桨发动机主要特点:l适用于低、中速飞行适用于低、中速飞行 由于涡桨发动机以直径较大的螺旋桨作为由于涡桨发动机以直径较大的螺旋桨作为推进器,飞行速度受到限制,在低亚音速飞行推进器,飞行速度受到限制,在低亚音速飞行时竞技性好,时竞技性好,M=0.5M=0.50.70.7。l耗油率低耗油率低 燃气中的大部分能量(燃气中的大部分能量(85%85%90%90%)在动力涡)在动力涡轮中膨胀作功,剩下很少能量(轮中膨胀作功,剩下很少能量(10%10%15%15%)在)在尾喷
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