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1、2008-3-20,空管技术室,1,空管技术室 朱 承 元,第6章 动力装置,2008-3-20,2,空管技术室,6. 0动力装置定义,飞机的动力装置是飞机的核心部分，发动机被认为是飞机的心脏。 动力装置是指飞机提供动力的整个系统，它由发动机和其他附件组成。这些附件包括：发动机燃油系统、点火系统、润滑系统、控制仪表系统和反推力系统等。 发动机制造厂商：普惠、罗罗和通用等,2008-3-20,3,空管技术室,6.1燃气涡轮发动机类型,2008-3-20,4,空管技术室,6.1 发动机类型,按照发动机燃料燃烧所需的氧化剂的来源不同可分为：火箭发动机和空气喷气发动机。 火箭发动机自带氧化剂和燃烧剂。
2、根据氧化剂和燃烧剂的型态不同，又分为液体火箭发动机（见图1-4）和固体火箭发动机。 空气喷气发动机中燃烧利用空气中的氧气。,图1-4 火箭发动机,2008-3-20,5,空管技术室,燃气涡轮发动机类型,燃气涡轮发动机的主要类型有： 涡轮喷气发动机（主要用于军机）； 涡轮风扇发动机（主要用于干线飞机和军机）； 涡轮螺旋桨发动机（主要用于支线飞机）； 涡轮轴发动机（主要用于直升机）. 此外还有螺旋桨及风扇组合的桨扇发动机.,2008-3-20,6,空管技术室,涡轮螺旋桨发动机,2008-3-20,7,空管技术室,涡轮轴发动机,2008-3-20,8,空管技术室,进气道（inlet duct）、压气
3、机（compressor）、燃烧室（combustion）、涡轮（turbine）、尾喷管（nozzle）,1.涡轮喷气发动机（turbojet engine）,6.2 发动机组成与部件功用,2008-3-20,9,空管技术室,（1）进气道,功能：在各种状态下, 将足够量的空气, 以最小的流动损失, 顺利地引入压气机,并在压气机进口形成均匀的流场以避免压气机叶片的振动和压气机失速。,2008-3-20,10,空管技术室,（2）压气机,主要功能：通过旋转的叶片对空气进行压缩, 提高空气的压力, 为燃气膨胀作功创造条件, 以改善发动机的经济性, 增大发动机的推力。 次要功能：热空气用于防冰；引气用
4、于机舱增压、空调、燃油系统除冰；供应引气，冷却热部件。,2008-3-20,11,空管技术室,工作原理： （1）转子由涡轮带动高速旋转，空气被连续不断地吸入压气机； （2）旋转的转子的叶片使空气加速，增加能量使压力升高； （3）在随后的静子通道中减速（扩压）并将动能转换成压力。,2008-3-20,12,空管技术室,压气机分类,根据压气机的结构型式和气流的流动特点，航空燃气轮机用的压气机分： （1）离心式压气机 空气在工作叶轮内沿远离叶轮旋转中心的方向流动 （2）轴流式压气机 空气在工作叶轮内基本沿发动机的轴线方向流动 （3）混合式压气机 目前常用的是轴流式压气机,2008-3-20,13,空
5、管技术室,离心式压气机,又称径向外流压气机，由导流器、 工作叶轮、 扩压器、导气管等部分组成，叶轮和扩压器是离心式压力机的两个主要部件。,气体流动： 轴叶轮扩压器(静叶片)集气管进入燃烧室,2008-3-20,14,空管技术室,两级单面叶轮离心式压气机,单面叶轮 双面叶轮,2008-3-20,15,空管技术室,离心压气机的特点：,优点： 单级增压比高； 稳定的工作范围宽； 结构简单可靠； 重量轻，所需起动功率小。 缺点： 流动损失大，不适于多级，最多两级； 效率较低； 单位面积的流通能力低，迎风面积大，阻力大。,2008-3-20,16,空管技术室,轴流式压气机,由高速旋转的转子以及与机匣固定
6、在一起不动的静子组成。 转子对空气作功, 压缩空气，提高空气的压力 静子使空气扩压，继续提高空气的压力,2008-3-20,17,空管技术室,轴流式压气机,压气机一级概念：1个工作叶轮1个位于其后的整流器就形成轴流式压气机的一级 多级轴流式压气机概念：工作叶轮与整流环交错排列就形成了多级轴流式压气机。,多级轴流式压气机,2008-3-20,18,空管技术室,2008-3-20,19,空管技术室,4.燃烧室,（1）功用： 将喷嘴供应的燃油和压气机供应的空气混合燃烧释放热量，供给涡轮所需的均匀加热的平稳高温高压燃气流。,（2）对燃烧室的基本要求 点火可靠、燃烧稳定、燃烧效率高、压力损失小、尺寸小、
7、出口温度场分布满足要求、燃烧完全、排气污染小、寿命长，能在地面和空中可靠的点燃。,（3）燃烧室的类型,多个单管燃烧室、环管形燃烧室和环形燃烧室,2008-3-20,20,空管技术室,单管燃烧室,优点：是设计简单，结构强度好，能够单个的拆卸和更换。 缺点：它们较重和需要更多的空间，需要复杂的空气供应管路，气动损失非常高。点火困难。,2008-3-20,21,空管技术室,环管形燃烧室,优点：比多管燃烧室尺寸较小，重量较轻。它不需要复杂的空气供应管路，结构强度好。 缺点：气动损失相当高和从一个火焰筒到另一个点火困难。,2008-3-20,22,空管技术室,环形燃烧室,优点：长度只有同样直径的环管形的
8、75%，节省了重量和成本。消除了各个燃烧室之间的燃烧传播问题。冷却空气量的减少，燃烧效率提高。 缺点：制造费用高，拆卸困难和耗费时间。,2008-3-20,23,空管技术室,6.涡轮,（1）功用： 从燃烧室出来的燃气中吸收能量，并将其膨胀到较低的压力和温度，产生扭矩。 实际就是将热燃气的能量转换成机械能为驱动压气机和附件提供功率。在涡轮螺旋桨、涡轮风扇和涡轮轴发动机它还为螺旋桨、风扇和旋翼提供轴功率。 涡轮是高温高压燃气作用下旋转做功的部件，由静子和转子组成，能量交换方式与压气机正好相反。,2008-3-20,24,空管技术室,6.喷管,（1）功用： 喷管的主要功用：是使从涡轮流出的燃气膨胀，
9、加速，以一定的速度和要求的方向排入大气，得到需要的推力。 在涡轮喷气，涡轮风扇发动机中排气流的速度和压力产生推力； 在涡轮螺旋桨发动机中，排气流只提供少量的推力，大部分能量已经由涡轮吸收，用来驱动螺旋桨。,2008-3-20,25,空管技术室,6.喷管,2008-3-20,26,空管技术室,进气道：恢复尽可能多的自由气流的总压，以最小的紊流输送空气到 压气机并保持飞机阻力最小。 压气机：通过旋转的叶片对空气做功，压缩空气提高空气的压力。 燃烧室：空气和燃油混合、燃烧，将燃料化学能转变成热能，生成高 温燃气。 涡轮：燃气在涡轮内膨胀做功，涡轮功驱动压气机和附件。 喷管：燃气通过喷管继续膨胀，将燃
10、气以一定的速度和要求的方向排 入大气，提供推力。 压气机、燃烧室、涡轮称为：燃气发生器。 燃气发生器是各种发动机的核心。,发动机各个部件功用归纳,2008-3-20,27,空管技术室,以空气作为工质，1、进气道将所需的外界空气以最小的流动损失送到压气机；2、压气机通过高速旋转的叶片对空气压缩作功，提高空气的压力；3、空气在燃烧室内和燃油混合燃烧，将燃料化学能转变成热能，生成高温高压的燃气；4、燃气在涡轮内膨胀，将燃气热能转变为机械能，驱动涡轮旋转，带动压气机；5、燃气在喷管内继续膨胀，加速燃气，燃气以较高速度排出，产生推力。 产生高温高压燃气的装置称为燃气发生器 燃气发生器(压气机/燃烧室/涡
11、轮),6.2.1涡轮喷气发动机工作原理,2008-3-20,28,空管技术室,涡轮螺桨发动机，由燃气涡轮发动机和螺旋桨组成。由于涡轮轴转速远高于螺旋桨的工作转速，它们之间装有减速器。在涡轮螺桨发动机，涡轮输出功率带动螺旋桨，使其产生拉力，而从喷管喷出的燃气产生的推力对整个推进力占很小的份额。 螺旋桨可由压气机轴直接驱动或由自由涡轮轴驱动。 螺旋桨是对大量的空气施加相对小的加速产生拉力 涡喷发动机是对较小量的空气施加相对大的加速产生推力。,6.1.2 涡轮螺旋桨发动机工作原理,2008-3-20,29,空管技术室,涡轮螺桨发动机的涡轮既带动压气机也带动螺旋桨。约23的涡轮功率用来转动压气机，其余
12、的13用来转动螺旋桨和传动附件。涡桨发动机的拉力绝大部分由螺旋桨产生，而只有10一15由喷气产生。,2008-3-20,30,空管技术室,6.2.3涡轮风扇发动机工作原理,涡轮风扇发动机有内涵和外涵两个通道。空气经过风扇之后分成两路：一路是内涵气流，经低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮，燃气从喷管排出；另一路是外涵气流，风扇后空气经外涵道直接排入大气或同内涵燃气一起在喷管排出。 通过外涵的空气质量流量和通过内涵的空气质量流量之比称为涵道比。 风扇可作为低压压气机的第1级由低压涡轮驱动。 涡扇发动机组合了涡轮喷气和涡轮螺桨发动机的优点。 涡扇发动机的推力由两部分组成：内涵产生的推
13、力和外涵产生的推力。对于高涵道比涡扇发动机，风扇产生的推力占到78以上。,2008-3-20,31,空管技术室,涡扇发动机优缺点,在高亚音速范围内与涡喷发动机相比较，涡扇发动机具有推力大、推进效率高、噪音低、燃油消耗率低等优点。 涡扇发动机的缺点是风扇直径大，迎风面积大，因而阻力大，发动机结构复杂，其速度特性不如涡喷发动机。它广泛应用于民航干线飞机。,2008-3-20,32,空管技术室,6.2.4 发动机参数,1.表征推力的参数 2.表征发动机经济性的参数 3.影响发动机推力和经济性的主要因素,2008-3-20,33,空管技术室,用来表征发动机推力的基本参数有： 发动机转速n和发动机压力比
14、EPR。 发动机转速n： 发动机转速增加，推力增大。因此发动机转速大小可以反映发动机的推力大小。发动机转速是影响发动机推力的最主要的参数。 高涵道涡轮风扇发动机，由于发动机推力主要由外涵风扇产生，所以常用发动机低压转子速度N1（即风扇速度）来表征发动机推力大小。,1.表征推力的参数,2008-3-20,34,空管技术室,发动机压力比EPR,发动机压力比：发动机压力比用 EPR 表示。 是指低压涡轮的出口总压与低压压气机进口总压之比.同气流通过发动机的加速成比例。 高涵道涡轮风扇发动机，由于发动机推力主要由外涵风扇产生，所以发动机压力比常用外涵风扇出口气体总压与外涵风扇进口气体总压之比。,200
15、8-3-20,35,空管技术室,发动机涵道比：涡扇发动机通过外涵的空气质量流量与通过内涵的空气质量流量之比。 涵道比为： 1 左右是低涵道比， 23 左右是中涵道比， 4 以上是高涵道比。 高涵道比涡扇发动机，由于风扇产生的推力占绝大部分，风扇转速也是推力表征参数 排气温度：用 EGT 表示。涡轮进口总温. 涡轮进口总温是发动机最重要、最关键的一个参数， 也是涡轮发动机的重要限制参数，发动机的一个重要监控参数。 风扇转速：用 n 1 表示。,2008-3-20,36,空管技术室,热效率（内效率）表明，在循环中加入的热量有多少转变为机械功。 推进效率（外效率）： 发动机推进功率与单位时间流过发动
16、机的气体获得的动能增量的比。 表示发动机产生的可用功有多少转变成推进功。,2.表征发动机效率的参数,2008-3-20,37,空管技术室,6.2.5涡轮喷气发动机性能参数,2008-3-20,38,空管技术室,涡轮喷气发动机的性能,发动机性能主要由推力特性和燃油消耗特性来表征。 推力特性: 推力R：发动机最主要的性能指标。推力单位英制为磅（lb）；公制为牛顿（N）或千牛顿（kN）。10kN等于1020kg或2249lb。 单位推力：发动机的推力与每秒钟流过发动机的空气质量流量之比，称作发动机的单位推力。 推重比：发动机的推力与发动机的净重之比。 迎面推力：发动机推力与发动机最大迎风面积的比值。,2008-3-20,39,空管技术室,燃油消耗特性,燃油消耗率(SFC)单位时间产生单位推力所消耗的燃油量。耗油率是决定飞机的航程和续航时间的重要参数。它是重要的经济性指标。 燃油流量每台发动机单位时间消耗的燃油量。英制单位是磅/小时（lb/h）（也称燃油消耗量） 燃油里程消耗单位燃油量，飞机可飞的距离。,2008-3
