航空发动机工作原理及应用

 活塞式航空发动机

工作原理活塞式航空发动机一般以汽油为燃料，带动螺旋桨，由螺旋桨产生推（拉）力为飞机提供动力。绝大多数活塞式航空发动机的工作循环是由四个冲程组成的，依次是进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程（做功冲程）和排气冲程，因此也称为四冲程发动机。应用条件适于低空低速飞行，广泛地应用于小型低速飞机，不适于速度较高的大中型飞机。低空低亚声速飞行（马赫数<0.6，高度<8km） 涡轮喷气发动机工作原理主要结构：           工作原理：进入发动机的空气经压气机压缩后，流入燃烧室与喷入的燃油混合后燃烧，形成高温、高压的燃气，再进入燃气涡轮中膨胀作功，使涡轮高速旋转并输出功率。由燃气涡轮出来的燃气，仍具有一定的能量，通过喷管喷出，产生推力。应用条件涡轮喷气发动机可在马赫数介于0.7~3.0之间使用，飞行速度过高或过低，对于涡轮喷气发动机都是不利的。一般在20km以下的高度适用，在8~12 km的高度隹梢曰竦米畲蠓尚兴俣取涡轮螺桨发动机工作原理主要结构：与涡轮喷气发动机相似，只不过在此龃∩显黾恿寺菪桨和减速装置。                     工作原理：发动机启动以后，涡轮开始工作，带动前面的压气机转动，并从进气道吸入大量的空气，被压气机压缩的空气送入燃烧室进行燃烧，从燃烧室出来的高温高速气流吹动涡轮高速旋转。涡轮除了带动前面的压气机转动以外，还要带动螺旋桨旋转。由于螺旋桨的转速比涡轮低得多，所以需要在发动机上安装一套减速装置，使涡轮的转速降低到螺旋桨需要的转速。由于涡轮燃气的部分能量都转变成轴功率带动螺旋桨和压气机转动，因此，螺旋桨产生的拉力占飞机总推力的主要部分，约为90%。而只有部分燃气能量用来在尾喷管中加速气流而产生推力，因此，排气推力只占一小部分，一般不超过10%。应用条件涡轮螺桨发动机在低亚声速（马赫数<0.6）飞行时效率较高，耗油率小，经济性能好。与活塞式发动机相比，功率重量比大、耗油率低、振动小且高空性能好，与涡轮喷气发动机比，螺旋桨的排气量远比涡轮喷气发动机的排气量大，因此适用于低速中型飞机。涡轮风扇发动机工作原理主要结构：涡轮风扇发动机的结构和涡轮喷气发动机的结构也很相似，所不同的是在此基础上增加了风扇和驱动风扇的低h涡轮。涡轮分为高压涡轮和低压涡轮，高压涡轮带动压气机转动，低压涡轮带动风扇转动。风扇吸入的空气气流分成外涵道和内涵道两股，所以这类发动机又叫做内外涵发动机。工作原理：当发动机启动后，风扇转动，风扇吸入大量的空气，并将空气进行压缩。压缩的气流分成两股，一股气流经过外通道向后流去，经喷管加速排出，这股气流所经过的通道称为外涵道。另一股气流与普通涡轮喷气发动机相同，经过压气机，进入燃烧室和涡轮后由尾喷管排出，这股气流通过的通道称为内涵道。其中外股气流与内股气流流量之比称为涵道比。两股气流可以分别从肿耘绻芘懦觯也可以在涡轮后混合，然后再一起排出。前者推力是内外涵推力的总和，推力随着发动机参数和工作状态的不同变化很大；后者带有共同的喷管，经过涡轮膨胀后的内涵燃气流在混合室与外涵空气流进行混合，混合气在喷管内膨胀加速，然后产生推力，由于喷管出口处的温度志匀，所以这种发动机与前者相比，推力可有所增加，经济性也有所改善。应用条件在亚声速飞行时有较好的经济性。在燃油一定的情况下，推力却有所增加，因此发动机的效率有所提高。 涡轮桨扇发动机工作原理涡轮桨扇发动机是可用于800 km/h以上速度飞机飞行的一种燃气涡轮螺旋桨风扇发动机，简称桨扇发动机。.种发动机介于涡轮风扇和涡轮螺桨发动机之间，它既可看做是带先进高速螺旋桨的涡轮螺桨发动机，又可看做除去外涵道的超高涵道比涡轮风扇发动机，产生推力的装置是桨扇。桨扇无外罩壳，故又称开式风扇桨扇一般有8 ~10片桨叶，桨叶的剖面形状为超临界翼型，桨叶薄.后掠，桨盘直径仅为普通螺旋桨的40%~50%，质量减轻到原来的50%~60%，这对于提高桨扇的转速较为有利。桨扇的桨叶数目较多，可以弥补桨叶短和后掠角带来的缺点。主要结构：涡轮轴发动机是现代直升机的主要动力，它的组成部分和工作过程与涡轮螺桨发动机很相似，所不同的是燃气.可用能量几乎全部转变成涡轮的轴功率，用于通过减速器应用条件桨扇发动机的突出优点是推进效率高，而且省油。桨扇发动机与正在使用的先进涡轮风扇发动机相比可省油20%。因此，这类发动机将在新一代亚声速（马赫数介于0.8~0.85之间）运输机.得到广泛地应用。 涡轮轴发动机工作原理带动直升机的旋翼和尾桨旋转，因而燃气不提供推力。涡轮的输出轴可以由发动机的前面伸出，也可以由发动机的后部伸出。工作原理：它一般有两种涡轮结构：自由涡轮和普通涡轮。普通涡轮带动压气机工作，而自由涡轮不带动压气机，是专为输出功率用的涡轮，而且主要用在直升机和垂直短距起落飞机上。由于直升机的旋翼和尾桨转速不能太大，因此涡轮轴和旋翼之间有必要加装减速装置进行减速。 应用条件优点：与活塞发动机相比，其主要优点是功率大、质量轻和体积小，且由于没有活塞式发动机的往复运动，所以振动小，噪声低。涡轮轴直升机无论从航程、速度、升限还是装载量上都比活塞式直升机要大，经济性也更好。缺点：耗油量要比活塞式发动机大，随着功率的增加，此差距将会缩小。 垂直起降发动机工作原理如图所示为一种可转喷口的涡轮风扇发动机，它既可用于垂直起落，也可用于水平飞行。发动机装有可转喷口和阀门机构，能改变发动机的推0方向。在垂直起落过程中，喷口逐渐旋转向下，燃气向下喷出，产生向上的推力使飞机起飞，巡航飞行时可转喷口转向后。如图所示为一种升力风扇发动机，它是在普通的涡轮喷气发动机上加装了一个风扇。涡轮喷气发动机为巡航飞行提供推力，在飞机起飞和着陆时，涡轮喷气发动机尾喷管中的换向活门关闭，燃气通过管道引向升力风扇，吹动风扇的周缘涡轮转动而产生升力，此时喷气发动机是作为升力风扇的燃气发生器而工作的。当飞机水平飞行时，换向活门打开，燃气直接从尾喷管喷出，产生推力。应用条件可转喷口涡轮风扇发动机的优点是单"发动机即可满足产生升力和推力的要求，发动机利用率高，使用维护也方便，其缺点是起飞升力较小，可通过加装加力燃烧室来提高垂直起飞时的升力。此类发动机的优点是可以产生较大的升力，且风扇排气速度较低，噪声小。但缺点是风扇体积较大，巡航飞行时升力风扇成为消极质量，实际使用存在一定困难。