航空发动机构造
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第10章其他航空发动机简介Introduction of Other Aero-engine第10.1节航空活塞发动机aircraft piston engine从1903年第一架飞机升空到第二次世界大战末期,所有飞机都用活塞式航空发动机作为动力装置。
40年代中期在军用飞机和大型民用机上燃气涡轮发动机逐步取代了活塞式航空发动机,但小功率活塞式航空发动机比燃气涡轮发动机经济,在轻型低速飞机上仍得到应用。
航空活塞式发动机是利用汽油与空气混合,在密闭的容器(气缸)内燃烧,膨胀作功的机械。
活塞式发动机必须带动螺旋桨,由螺旋桨产生推(拉)力。
所以,作为飞机的动力装置时,发动机与螺旋桨是不能分割的。
(一)活塞式发动机的主要组成主要由气缸、活塞、连杆、曲轴、气门机构、螺旋桨减速器、机匣等组成。
气缸是混合气(汽油和空气)进行燃烧的地方。
气缸内容纳活塞作往复运动。
气缸头上装有点燃混合气的电火花塞(俗称电嘴),以及进、排气门。
发动机工作时气缸温度很高,所以气缸外壁上有许多散热片,用以扩大散热面积。
气缸在发动机壳体(机匣)上的排列形式多为星形或V形。
常见的星形发动机有5个、7个、9个、14个、18个或24个气缸不等。
图10.1.1 活塞发动机结构示意图在单缸容积相同的情况下,气缸数目越多发动机功率越大。
活塞承受燃气压力在气缸内作往复运动,并通过连杆将这种运动转变成曲轴的旋转运动。
连杆用来连接活塞和曲轴。
曲轴是发动机输出功率的部件。
曲轴转动时,通过减速器带动螺旋桨转动而产生拉力。
除此而外,曲轴还要带动一些附件(如各种油泵、发电机等)。
气门机构用来控制进气门、排气门定时打开和关闭。
图10.1.2 航空活塞发动机排列布置形式(二)活塞式发动机的工作原理活塞顶部在曲轴旋转中心最远的位置叫上死点、最近的位置叫下死点、从上死点到下死点的距离叫活塞冲程。
活塞式航空发动机大多是四冲程发动机,即一个气缸完成一个工作循环,活塞在气缸内要经过四个冲程,依次是进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。
航空发动机构成
航空发动机是由多个部分组成的。
主要部分包括以下几点:
1. 压缩机:将空气压缩并输送到燃烧室。
2. 燃烧室:将燃料和空气混合并燃烧,产生高温高压气体。
3. 高压涡轮:从燃烧室喷出来的气体转动高压涡轮,驱动压缩机。
4. 低压涡轮:高压涡轮后面是低压涡轮,它驱动飞机推进器(如风扇)。
5. 推进器:产生向后的推力,推动飞机前进。
还有其他一些重要的组成部分,例如燃油系统、点火系统、冷却系统等等。
这些部分共同协作,将燃料燃烧并产生推力,使飞机能够飞行。
航空发动机的构形是指其内部结构和外部组件的组合方式。
它涉及到多个关键部件,如压气机、燃烧室、涡轮、风扇等,以及它们的连接方式、位置和尺寸。
下面是对航空发动机构形的简要描述:
1. 核心部分:航空发动机的核心部分包括压气机(负责将空气压缩)、燃烧室(将燃料与空气混合并点燃)和涡轮(利用废气能量推动涡轮旋转,从而驱动发动机的其他部分)。
2. 外部组件:除了核心部分外,航空发动机还包括风扇(用于吸入空气)、排气装置(用于排出废气)和其他附件,如反推力装置(用于控制发动机的推力方向)。
3. 连接方式:航空发动机的各个部件通过各种连接方式组合在一起,如螺栓、铆钉、焊接等。
这些连接方式需要确保各部件之间的紧密配合,以保证发动机的正常运转。
4. 位置和尺寸:航空发动机的各个部件在发动机中的位置和尺寸也会影响其性能。
例如,压气机和涡轮的位置和尺寸会影响空气流动和能量的转换效率,而风扇的尺寸则会影响发动机的推力。
总的来说,航空发动机的构形是一个复杂而精密的系统,它需要各个部件之间的紧密配合,以确保发动机的高效运转。
同时,随着航空技术的不断发展,航空发动机的构形也在不断演变,以适应更高的推力和更小的重量需求。
以上是对航空发动机构形的基本描述,具体的构形可能会因不同的发动机类型和设计而有所不同。
此外,航空发动机的构形还会受到许多其他因素的影响,如材料选择、制造工艺、维护要求等。
因此,对航空发动机构形的深入了解需要参考更多的专业资料和文献。
常用航空发动机的结构与原理展开全文一、活塞式航空发动机为航空器提供飞行动力的往复式内燃机称为活塞式发动机。
发动机带动空气螺旋桨等推进器旋转产生推进力。
活塞式发动机由汽缸、活塞以及把活塞的往复运动转变为曲轴旋转运动的曲柄连杆机构等主要部分组成。
曲柄连接着螺旋桨,螺旋桨随着曲柄转动而转动,曲轴则支承在轴承上。
汽缸上装有进气门和排气门" 进气门是控制空气和汽油的混合气进入的零件,汽油燃烧完以后有排气门排出。
活塞式航空发动机是一种四冲程、电嘴点火的汽油发动机。
曲轴转动两圈,每个活塞在汽缸内往复运动4次,每次称1个冲程。
4个冲程依次为吸气、压缩、膨胀(作功)和排气,合起来形成1 个定容加热循环。
从1903年第一架飞机升空到第二次世界大战末期,所有飞机都用活塞式航空发动机作为动力装置。
20 世纪40年代中期,在军用飞机和大型民用机上,燃气涡轮发动机逐步取代了活塞式航空发动机,但小功率活塞式航空发动机比燃气涡轮发动机经济,在轻型低速飞机上仍得到应用。
二、燃气涡轮发动机由压气机、燃烧室和燃气涡轮组成的发动机称为燃气涡轮发动机。
它的优点是重量轻、体积小和运行平稳,广泛用作飞机和直升机的动力装置。
核心机:在燃气涡轮发动机中,由压气机、燃烧室和驱动压气机的燃气涡轮组成发动机的核心机。
空气在压气机中被压缩后,在燃烧室中与喷入的燃油混合燃烧,生成高温高压燃气驱动燃气涡轮作高速旋转,将燃气的部分能量转变为涡轮功。
涡轮带动压气机不断吸进空气并进行压缩,使核心机连续工作。
从燃气涡轮排出的燃气仍具有很高的压力和温度,经膨胀后释放出能量(称为可用能量)用于推进。
核心机不断输出具有一定可用能量的燃气,因此又称燃气发生器。
现代燃气涡轮发动机压气机的增压比(压气机出口空气总压与进口总压之比)范围为4-28,消耗功率可高达数十兆瓦(几万马力)。
燃气涡轮前的温度可达1200-1700K。
压气机分为离心式和轴流式两类,前者增压比低、直径大,仅用于小功率发动机;后者流量大、增压比高,应用广泛。
航空发动机构造课堂测试-11.航空发动机的研究和发展工作具有那些特点?技术难度大;周期长;费用高2.简述航空燃气涡轮发动机的作用。
是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用航空活塞式发动机),为飞机提供推进力,为直升机提供转动旋翼的功率。
3.航空燃气涡轮发动机包括哪几类?民航发动机主要采用哪种?涡喷、涡桨、涡扇、涡轴、桨扇、齿扇等;涡扇。
4.高涵道比民用涡扇发动机的涵道比范围是多少?5-12课堂测试-21.发动机吊舱包括(进气道)、(整流罩)和(尾喷管)等。
2.对于民用飞机来说,动力装置的安装位置应该考虑到以下几点:不影响进气道的效率;排气远离机身;容易接近,便于维护3.在现代民用飞机上,发动机在飞机上的安装布局常见的有(翼下安装)、(翼下吊装和垂直尾翼安装)和(机身尾部安装)。
4.发动机安装节分两种:(主安装节)与(辅助安装节)。
前者传递轴向力、径向力、扭矩,后者传递径向力、扭矩。
一般主安装节装于(温度较低,靠近转子止推轴承处的压气机或风扇机匣上)上,辅助安装节装于(涡轮或喷管的外壳上)上。
5.涡轮喷气发动机的进气道可分为(亚音速)进气道和(超音速)进气道两大类。
我国民航主要使用亚音速飞机,其发动机的进气道大多采用(亚音速)进气道。
6.通常在涡轮喷气和涡轮风扇发动机上采用(热空气)防冰的方式,在涡轮螺旋桨发动机上采用(电加热)防冰,或是两种结合的方式。
7.对于涡轮螺旋桨发动机来说,需要防冰的部位有(进气道)、(桨叶)和(进气锥)。
8.为了对吊舱进行通风冷却,一般把吊舱分成不同区域,各区之间靠(防火墙)隔开,以阻挡火焰的传播。
9.发动机防火系统包括(火情探测)、(火情警告)和(灭火)三部分。
课堂测试-31.现代涡轮喷气发动机由(进气道)、(压气机)、(燃烧室)、(涡轮)、(尾喷管)五大部件和附件传动装置与附属系统所组成。
2.发动机工作时,在所有的零部件上都作用着各种负荷。
根据这些负荷的性质可以分为(气动)、(质量)和(温度)三种。
3.航空燃气涡轮发动机主轴承均采用(滚动)轴承,其中(滚棒轴承)仅承受径向载荷,(滚珠轴承)可承受径向载荷与轴向载荷。
4.转子上的止推支点除承受转子的(轴向)负荷、(径向)负荷外,还决定了转子相对于机匣的(轴向)位置。
因此每个转子有(一)个止推支点,一般置于温度较(低)的地方。
5.压气机转子轴和涡轮转子轴由(联轴器)连接形成发动机转子,分为(柔性联轴器)和(刚性联轴器)。
其中(柔性联轴器)允许涡轮转子相对压气机转子轴线有一定的偏斜角。
6.结合图3.9,简述发动机的减荷措施有哪些?这些措施是否会减少发动机推力?减荷措施:1)将压气机转子与涡轮转子作成刚性联接或用可以传递轴向力的联轴器联接。
2)B腔通大气3)A腔引入高压气体采用减荷措施减少的是作用在转子或者滚动轴承上的轴向力,不会减少发动机推力。
7.图3.20和图3.21分别为JT9D和PW4000发动机的转子支承方案简图。
试回答以下问题:(1) 写出各转子支承方案代号,并指出止推支点的序号。
(2) 对两支承方案进行对比,分析各自特点。
(1)支承方案代号及止推支点:JT9D低压转子:0-1-1,1为止推支点(2分)JT9D高压转子:1-1-0,2为止推支点(2分)PW4000低压转子:0-2-1,1为止推支点(2分)PW4000高压转子:1-1-0,3为止推支点(2分)(2)支承方案特点:a. JT9D低压转子采用两支点支承方案,结构简单,但因低压轴有近3米长,两支点跨距太大,转子刚性较差,易于变形而造成转子与机匣相碰,使发动机性能衰退变快。
(1分)b. PW4000发动机低压转子在风扇后滚珠轴承后面增加一个滚棒轴承,刚性增加,不易变形、振动。
(1分)课堂测试-41.装于发动机转子上的轴承,一般称为发动机(主轴承),以与(附件传动)中采用的轴承相区别。
2.滑油供入轴承的方法有两种:(侧向喷射)和(环下供油)。
3.一个支点采用双排滚珠轴承的关键问题在于如何保证(如何保证两个轴承同时承受轴向负荷),而且(承荷均匀)。
4.发动机工作时,转子的不平衡力通过支承结构传给机匣,使发动机产生振动。
减振结构一般有(挤压油膜)和(弹性支座)。
5.封严装置的作用是什么?常用的封严装置有哪几种形式?功用:防止滑油从发动机轴承腔漏出,控制冷却空气流和防止主气流的燃气进入封严腔。
类型:篦齿式、涨圈式、浮动环式、液压式、石墨、刷式等。
6.以上为RB211涡扇发动机的结构简图,分析该发动机的承力系统包括了哪几种承力框架?1、2号支点:中压压气机进口导流叶片、风扇出口整流叶片3、4、5号支点:中、高压压气机间中介机匣(铸造机匣)6、7号支点:高、中压涡轮间的中压涡轮导向器内的承力构件8号支点:低压涡轮后轴承机匣7.简述采用双层机匣的优势。
外层机匣作为承力壳体,内层机匣作为包容气流的外壳,形成气流通道。
既能保证承力的可靠性,又能保持气流通道的完整性,使叶尖间隙容易保持均匀,提高发动机效率。
课堂测试-51.根据压气机的结构形式和气流的流动特点,压气机可分为(离心式)和(轴流式)两种。
2.轴流式压气机由(静子)和(转子)两部分组成。
3.轴流式压气机转子一般由(叶片)、(轮盘(鼓筒))、(轴)和一些连接件所组成。
4.在鼓盘混合式转子中,盘、鼓和轴的连接类型可分为(不可拆卸式)和(可拆卸式)两种。
5.工作叶片主要由(叶身)和(榫头)两部分组成。
6.轴流式压气机静子是压气机中不转动的部分,由(机匣)和(静子叶片)组成。
7.静子叶片的安装包括(直接固定)和(间接固定)两种方案。
8.轴流式压气机的防喘方法有:(压气机的中间级放气机构)、(可调进口导流叶片和静子叶片)、(可变弯度的进口导流叶片)、(进气处理机匣)和(多转子结构设计)。
9.轴流式压气机转子的基本结构类型有哪些?各有什么特点?轴流式压气机转子的基本结构形式:鼓式、盘式和鼓盘混合式。
特点如下:a. 鼓式转子:结构简单、零件数目少、加工方便;抗弯刚性好;强度差。
转子圆周速度受限制,应用较少。
b. 盘式转子:强度好;抗弯刚性差,易产生振动。
只用在单盘或小流量压气机上。
c. 混合式转子:抗弯刚性好,强度高,应用广泛。
10.轴流式压气机转子叶片的榫头分为哪几种类型?各有什么特点?销钉式榫头、燕尾形榫头和枞树形榫头。
特点:a. 销钉式榫头:不用专用设备加工,有减振、自位作用;尺寸和重量大,承载能力较低。
较少采用。
b. 燕尾形榫头:尺寸小、重量轻、结构简单、装拆容易。
应用广泛。
c. 枞树形榫头:尺寸小、重量轻、强度高、装拆容易;应力集中严重,加工工艺性差。
压气机上较少采用,广泛用在涡轮上。
11.压气机的中机匣有哪两种结构?各有什么特点?分半式和整体式(整环式)。
特点:分半式:刚性好,装配维修性好;机匣的周向刚性较差,重量较大。
整体式:重量轻,加工量少,周向刚性均匀,但是压气机的装配较复杂,一般要求转子是可拆卸式的。
在压气机级数较少的情况下,常常采用整环式。
课堂测试-61.燃烧室位于压气机和涡轮之间,其功用是使高压(空气)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)。
2.扩压器安装在(压气机)和(燃烧室)之间,其通道是(扩张)形的。
它的功用是使气流速度(下降),为燃烧室内的稳定燃烧创造条件。
3.燃烧室火焰筒筒壁目前都采用(气膜)冷却方式。
4.旋流器装在火焰筒的前端,其作用是使高温燃气在火焰筒头部产生(低速回流区),以稳定火焰。
有(叶片式)和(非叶片式)两种形式。
5.发动机的点火装置可分为(直接点火)和(间接点火)两种。
6.分管燃烧室中,(联焰管)的功用是传播火焰以及均衡各火焰筒的压力。
7.燃烧室是发动机的重要部件之一。
请回答以下问题:(1) 燃烧室为满足基本功能而采用的措施包括哪些?(2) 根据主要构件的结构形式,燃烧室分为哪几类?简述其结构特点。
(3) 现代燃气涡轮发动机普遍采用哪种结构形式的燃烧室?解答:(1)燃烧室采用的基本措施:a. 空气分股;b. 形成低速区和回流区;c. 在燃烧室区内形成非均一的混合气(2)根据主要构件的结构形式,燃烧室分为分管燃烧室、联管燃烧室和环形燃烧室。
结构特点:a. 分管燃烧室:由若干个单管燃烧室组成,每个单管燃烧室由一个管形的火焰筒及其外围单独的外壳组成,沿发动机圆周均匀地分布,各个单管燃烧室之间用联焰管联通,传播火焰和均衡压力。
b. 联管燃烧室:燃烧室的内、外壳体构成环形气流通道,若干个管式火焰筒,沿圆周均匀安装在环形气流通道里,相邻火焰筒燃烧区之间用联焰管联接。
在每个火焰筒前安装有旋流器、喷油嘴,通常只在两个火焰筒上装有点火装置。
c. 环形燃烧室:燃烧室的内、外壳体构成环形气流通道,通道内安装一个由内、外壁构成的环形火焰筒,因而燃烧是在环形的燃烧区和掺混区进行的。
(3)现代涡轮燃气发动机普遍采用环形燃烧室。
8.燃烧室中喷油嘴的作用是什么?常用的喷油嘴有哪几种形式?各有什么特点?(1)喷油嘴的功用是将燃油雾化(或汽化),加速混合气的形成,保证稳定燃烧和提高燃烧效率。
(2)类型:离心式喷油嘴、气动式喷油嘴、蒸发管式喷油嘴、甩油喷嘴(亦称甩油盘)。
(4分)(3)特点:a. 离心式喷油嘴:工作可靠,有较好的雾化质量。
但雾化质量与供油量(供油压力)有关,需采用双路喷嘴保证不同供油量下的雾化。
b. 气动式喷油嘴:气动喷嘴不要求很高的供油压力,燃烧室出口温度场分布比较均匀、稳定;仅用单管供油。
缺点是由于油气充分掺混,贫油熄火极限大大降低,使燃烧室稳定工作范围变窄;在起动时,气流速度较低,压力较小,雾化不良。
c. 蒸发管式喷油嘴:具有气动喷嘴类似的优点,燃烧效率较高,不冒烟,出口温度场较稳定。
缺点是燃烧室稳定工作范围较窄,蒸发管本身冷却困难;管内预混油气存在自燃问题;需要辅助起动供油系统等缺点。
d. 甩油喷嘴:甩油喷嘴在高转速、小流量的折流环形燃烧室中得到采用。
甩油喷嘴燃油雾化是转速的作用,不受燃油流量的影响。
课堂测试-71.按气流流动方向是否和涡轮旋转轴轴线方向大体一致,涡轮可分为(轴流式)和(径流式)两类。
目前航空燃气涡轮发动机上多采用(轴流式)涡轮。
2.多级轴流式涡轮的转子多采用(鼓盘混合式)转子,而(鼓式)转子在涡轮中基本不用。
3.为保证涡轮的工作叶片在高温、高负荷下可靠工作,当前一方面不断研制新的(耐高温)材料,另一方面不断发展各种(冷却)技术。
4.轴流式涡轮工作叶片一般由(叶身)、(榫头)及(中间叶根)三部分组成。
5.和压气机工作叶片相比,涡轮工作叶片的叶身厚度(较大),弯曲程度(较大),截面积沿叶高的变化(较急剧)。
6.涡轮叶片分为(带冠)和(不带冠)的两种,(不带冠)的叶片常用于高速转子。