航空燃气涡轮动力装置第七章
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航空燃气涡轮发动机概述航空燃气涡轮发动机是现代航空工业中最重要的动力装置之一、它具有高效率、高功率密度和高可靠性等优点,被广泛应用于各类飞机中。
本文将概述航空燃气涡轮发动机的工作原理、结构组成、分类、性能指标以及未来发展方向等内容。
航空燃气涡轮发动机的工作原理基于燃烧室内的燃气推动涡轮。
它由压气机、燃烧室和涡轮组成。
首先,压气机将空气压缩,提高其温度和压力。
然后,压缩空气进入燃烧室,与燃料混合并燃烧,产生高温高压的燃气。
最后,高压燃气通过涡轮使其旋转,产生推力,并从尾喷管排出。
可见,航空燃气涡轮发动机的工作原理是通过涡轮驱动压气机,提供压缩空气并将其推向尾喷管。
航空燃气涡轮发动机的结构组成包括压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管和附属系统等。
压气机主要通过叶片的旋转将空气压缩,提高其温度和压力。
燃烧室用于将燃料与压缩空气混合并燃烧,产生高温高压的燃气。
涡轮通过燃气的膨胀驱动压气机,使其继续工作,并产生推力。
尾喷管用于将高压燃气排出,并产生反作用力。
附属系统包括供油系统、冷却系统和控制系统等,用于保证发动机的正常运行。
航空燃气涡轮发动机可以根据压气机的工作循环分类为单转子和双转子发动机。
单转子发动机只有一个压气机和一个涡轮,如连杆式发动机。
双转子发动机具有两个对称的压气机和涡轮,如军用飞机上常用的分段式发动机。
根据尾喷管的形式,航空燃气涡轮发动机还可分为直喷式和径向喷管式。
航空燃气涡轮发动机的性能指标主要包括推力、燃油消耗率、比功率、绕程推力比和起动性能等。
推力是发动机提供的推动力量,决定飞机的加速能力和最大速度。
燃油消耗率是单位推力下消耗的燃油量,直接影响飞机的航程和经济性。
比功率是单位发动机质量下产生的推力,用于衡量发动机的功率密度。
绕程推力比是发动机在巡航状态下产生的推力与起飞推力的比值,用于衡量发动机的高空巡航性能。
起动性能包括发动机的起动时间和起动能力,在冷启动和热启动时对飞机的起飞和复飞具有重要影响。
讲APU(Auxiliary Power Unit 辅助动力装置),先从飞机发动机的起动说起:一、飞机发动机的启动。
航空燃气涡轮发动机的结构和循环过程,决定了它不能象汽车发动机那样自主的点火起动。
因为,在静止的发动机中直接喷油点火,因为压气机没有旋转,前面空气没有压力,就不能使燃气向后流动,也就无法使涡轮转动起来,这样会烧毁燃烧室和涡轮导向叶片。
所以,燃气涡轮发动机的起动特点就是:先要气流流动,再点火燃烧,也即是发动机必须要先旋转,再起动。
这就是矛盾,发动机还没起动,还没点火,却要它先转动。
根据这个起动特点,就必须在点火燃烧前先由其他能源来带动发动机旋转。
在以前的小功率发动机上,带动发动机到达一定转速所需的功率小,就采用了起动电机来带动发动机旋转,如用于国产运-7,运-8飞机的涡桨5、涡桨6发动机。
但是随着大推力发动机的出现,用电动机已无法提供如此大的能量来带动发动机,达到点火燃烧时的转速了,因此需要更大的能源来带动发动机,这时,采用APU,产生压缩空气,用气源代替电源来起动发动机成为了现在所有高涵道比发动机的起动方式。
二、压缩空气的来源毫无疑问,压气机是压缩空气最好的来源。
采用涡轮带动压气机就可以连续不断的提供飞机所需要的压缩气源。
而由于这个燃气涡轮装置提供的气源只要能满足发动机起动的需要就可以了,所以功率,体积相比发动机要小得多,这就使这套燃气涡轮装置可以采用电动机来起动,然后再由这套燃气涡轮装置产生压缩空气来起动发动机,这样就解决了发动机起动时需要大的能量的问题。
这套燃气涡轮装置被称作APU(Auxiliary Power Unit 辅助动力装置)。
三、起动过程发动机的起动过程是一个能量逐级放大的过程。
先由蓄电池提供电源给APU起动电机,带动APU转子旋转;APU达到起动转速后喷油燃烧,把燃料提供的化学能转变为涡轮的机械能,并通过压气机把机械能转换为空气的压力能。
由于燃料的加入,APU产生的压缩空气的能量已远远大于蓄电池的能量了最后,发动机上的空气涡轮起动机把APU空气的压力转化为带动发动机核心机转子旋转的机械能,在达到发动机起动转速时喷油点火,最终靠燃料的化学能使发动机进入稳定工作状态。
《航空燃气涡轮动力装置》自学考试大纲全国高等教育自学考试指导委员会高等教育自学考试航空燃气涡轮动力装置自学考试大纲(含考核目标)目录Ⅰ.课程性质和目的要求Ⅱ.课程考试内容与考核目标第一章喷气发动机概述·课程考试内容·第一节喷气发动机概述第二节燃气涡轮动力装置的一般介绍第三节喷气发动机的推力·考核目标·一、考核知识点二、考核要求第二章基本部件的工作·课程考试内容·第一节进气道的工作第二节压气机的工作第三节燃烧室的工作第四节涡轮的工作第五节喷管的工作·考核目标·一、考核知识点二、考核要求第三章发动机性能·课程考试内容·第一节单转子发动机稳态及过渡状态的工作特性第二节双转子发动机特点及过渡过程特征第三节发动机的推力和经济性第四节发动机环境污染简介·考核目标·一、考核知识点二、考核要求第四章民用机常用的发动机特点·课程考试内容·第一节涡轮风扇发动机第二节涡桨及涡轴发动机·考核目标·一、考核知识点二、考核要求第五章燃气涡轮发动机的工作系统·课程考试内容·第一节典型发动机的燃油系统第二节滑油系统及防火系统第三节防冰系统·考核目标·一、考核知识点二、考核要求第六章发动机起动·课程考试内容·第一节起动系统第二节典型发动机的地面起动第三节冷转和空中起动·考核目标·一、考核知识点二、考核要求Ⅰ. 课程性质和目的要求一、课程性质《航空燃气涡轮动力装置》是飞行技术本科专业的一门技术基础课。
本课程系统地介绍了燃气涡轮发动机主要部件的功用及工作,典型民用燃气涡轮发动机工作系统的功用及工作,燃气涡轮发动机的性能。
并介绍了涡扇、涡桨和涡轴发动机的工作特点及总体性能,以及典型民用燃气涡轮发动机的起动程序。
航空用机电设备的燃气涡轮与发动机技术燃气涡轮与发动机技术在航空用机电设备中扮演着重要角色。
航空行业对于安全、可靠和高效的动力系统有着严格的要求,这就要求燃气涡轮和发动机技术必须具备先进的设计和制造能力。
本文将从燃气涡轮和发动机技术的原理、应用及未来发展趋势等方面进行详细讨论。
首先,我们来介绍燃气涡轮和发动机技术的原理。
燃气涡轮技术是将燃料燃烧产生的高温高压气体转换为机械能的一种技术。
通过燃烧室中的燃料燃烧,产生的高温气体推动涡轮旋转,进而驱动飞机的动力系统。
燃气涡轮技术是一种高效能、低排放的动力装置,广泛应用于航空发动机和直升机发动机等领域。
在航空用机电设备中,需要考虑的技术要求非常严格。
首先,航空发动机要求具备高可靠性和长寿命的特点,以确保航班的安全性。
其次,航空发动机需要具备高性能和高效率的特点,以确保飞机的动力性能和燃油经济性。
另外,航空发动机还需要满足低噪音和低排放的要求,以减少对环境的影响和噪音对人员的干扰。
燃气涡轮和发动机技术的应用非常广泛。
旅客机、货运机、直升机等各类飞机都需要使用燃气涡轮和发动机技术。
在现代民航飞机上,通常使用的是涡扇发动机,它是将涡轮发动机与螺旋桨发动机的优点结合起来的一种发动机。
涡扇发动机具有高效率、高推力和低噪音等优点,广泛应用于大型客机和货机上。
此外,在军事航空领域,燃气涡轮技术也发挥着重要作用。
现代战斗机、轰炸机和直升机等军用飞机通常都使用高性能的燃气涡轮发动机。
这些发动机具备高推重比、快速加速和灵活性等特点,以满足军用飞机在战斗、侦查和运输等任务中对于动力需求的高要求。
未来,燃气涡轮和发动机技术将继续发展。
一方面,随着航空业的不断发展和机型的不断更新,对于动力系统的要求也将日益提高。
未来的燃气涡轮和发动机技术将更加注重环境友好性、节能和低噪音等特点。
另一方面,随着材料工艺和制造技术的进步,燃气涡轮和发动机的设计将更加精细化和个性化,以满足不同航空器的需求。
目录1 引言 (1)1.1航空发动机的重要性 (1)1.2航空燃气发动机的现状与发展 (1)1.3选题的目的和意义 (2)1.4本课题研究的问题 (2)2 附件传动系统 (3)2.1附件传动系统的工作条件和设计要求 (4)2.2航空燃气涡轮发动机中双速传动装置概述 (4)2.3航空燃气涡轮发动机中双速传动装置工作原理 (5)2.4燃气涡轮发动机起动过程 (6)2.5棘轮式齿轮 (7)3 航空齿轮 (9)3.1航空齿轮加工现状与发展 (9)3.2航空传动齿轮构件对材料技术的要求 (9)3.3国内外航空发动机齿轮材料 (10)3.3.1 几种齿轮材料的工艺性 (11)3.3.2 齿轮材料的发展前景 (11)4 棘轮式齿轮设计 (13)4.1参数输入 (13)4.2轮齿参数的一般设计原则 (13)4.3齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择 (13)4.3.1 小齿轮齿数 z1 的选择 (14)4.3.2 齿宽系数φd的选择 (14)4.3.3 齿轮传动的许用应力 (15)4.3.4 齿轮精度的选择 (17)4.4双速传动装置中齿轮传动比的确定 (18)4.4.1 齿轮具体参数计算 (19)5 齿轮主要制造方法 (26)6 棘轮式齿轮的加工工艺 (28)6.1棘轮式齿轮主体加工规程 (29)6.2棘轮轴的加工工艺规程 (31)6.3零件组合焊接 (32)7 结论 (34)参考文献 (35)致谢 (36)1 引言随着燃气涡轮发动机的发展,推重比的要求越来越高,就要求尽量减轻发动机中部件的数量和结构重量,减小发动机的结构尺寸,以符合未来飞机制造的需要。
1.1 航空发动机的重要性航空发动机的作用是非常重要的,其性能的好坏直接影响着飞机的飞行性能、可靠性及经济性,因此,它被喻为飞机的“心脏”。
由于航空发动机要在高温、高压、高转速和高负荷的环境中长期反复地工作,而且还要求具有重量轻、体积小、推力大、使用安全可靠及经济性好等特点,因此,必须要有很强的设计、加工及制造能力,是一种典型的技术密集型产品。