民用航空器飛機的動力裝置

民用航空器飛機的動力裝置第1頁/共54頁航空發(fā)動機被譽為“工業(yè)之花”

動力裝置是飛機的核心部分，是飛機的心臟。動力裝置是指為飛機飛行提供動力的整個系統(tǒng)，包括發(fā)動機、輔助動力裝置及其他附件，其中最主要的是發(fā)動機。發(fā)動機的功用：給飛機提供推力驅(qū)動附件：油泵、發(fā)電機等提供氣源：供給空調(diào)和增壓等第2頁/共54頁

自從飛機問世以來的幾十年中，發(fā)動機得到了迅速的發(fā)展:早期的低速飛機上使用的活塞式發(fā)動機可以推動飛機以超音速飛行的噴氣式發(fā)動機運載火箭上可以在外太空工作的火箭發(fā)動機發(fā)動機的發(fā)展歷史第3頁/共54頁發(fā)動機的分類第4頁/共54頁一、活塞式發(fā)動機主要由氣缸、活塞、連桿、曲軸、氣門機構(gòu)、螺旋槳減速器、機匣等組成。第5頁/共54頁航空活塞發(fā)動機基本組成第6頁/共54頁活塞式發(fā)動機原理活塞式航空發(fā)動機大多是四沖程發(fā)動機，即一個氣缸完成一個工作循環(huán)，活塞在氣缸內(nèi)要經(jīng)過四個沖程，依次是進氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程。第7頁/共54頁進氣過程中，活塞下移，進氣門打開，油氣混合氣吸入汽缸；接著活塞上移，進氣門關(guān)閉，壓縮氣體；在壓縮行程末期，電咀跳電火花點火，混合氣很快燃燒，開始膨脹行程，推動活塞向下移動，從而通過連桿帶動曲軸旋轉(zhuǎn)，輸出功率。最后，在排氣行程中，活塞上移，排氣門打開，廢氣排出外界。工作原理第8頁/共54頁活塞式發(fā)動機-工作原理航空活塞式發(fā)動機是利用汽油與空氣混合，在密閉的容器（氣缸）內(nèi)燃燒，膨脹作功的機械?；钊桨l(fā)動機必須帶動螺旋槳，由螺旋槳產(chǎn)生推（拉）力。所以，作為飛機的動力裝置時，發(fā)動機與螺旋槳是不能分割的。第9頁/共54頁常見的星形發(fā)動機有5個、7個、9個、14個、18個或24個氣缸不等。在單缸容積相同的情況下，氣缸數(shù)目越多發(fā)動機功率越大。氣缸安排形式第10頁/共54頁螺旋槳

活塞式發(fā)動機不能單獨驅(qū)動飛機，它必須驅(qū)動螺旋槳使其相對空氣運動產(chǎn)生拉力從而使飛機運動。螺旋槳由葉片組成，葉片的橫斷面相當(dāng)于機翼的翼型，它相對于空氣運動時，把空氣向后排開，空氣的反作用力給它一個向前的拉力，從而推動飛機運動。第11頁/共54頁螺旋槳變距變距目的：根據(jù)需要改變槳葉角Φ,以保持或改變螺旋槳轉(zhuǎn)速，保證較高得螺旋槳效率,防止飛行中產(chǎn)生負拉力。螺旋槳變距包括自動變距和操縱變距桿人工變距。第12頁/共54頁螺旋槳順槳、回槳和反槳順槳:當(dāng)雙發(fā)（或多發(fā)）飛機一發(fā)失效后，為減小螺旋槳的飛行阻力，使槳葉角增加到90度左右?；貥喉槝催^程，一般在發(fā)動機重新啟動時用。反槳：使槳葉角減小到出現(xiàn)負槳葉迎角，產(chǎn)生負拉力，縮短著陸滑跑距離。第13頁/共54頁螺旋槳特點葉尖速度最高接近音速，產(chǎn)生激波，阻力大增螺旋槳飛機的最高速度800公里/小時以下200到700公里/小時范圍內(nèi)螺旋槳推進效率很高產(chǎn)生推力的效率比噴氣飛機大

第14頁/共54頁第15頁/共54頁特點：耗油低，經(jīng)濟性好結(jié)構(gòu)簡單，維護簡單，可靠性好適于低速小型飛機用途：小型飛機和輕型直升機第16頁/共54頁二、空氣噴氣式發(fā)動機

1.噴氣發(fā)動機的原理噴氣發(fā)動機的推力依靠內(nèi)部氣體的排出與外部介質(zhì)基本無關(guān)螺旋槳的推力外部介質(zhì)（空氣）產(chǎn)生推力第17頁/共54頁螺旋槳推進和噴氣推進第18頁/共54頁2.噴氣發(fā)動機的類型（1）渦輪噴氣發(fā)動機

（1）與活塞發(fā)動機相比結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，推力大，（2）推進效率高，主要適用于超音速飛行（3）耗油率大，噪聲大第19頁/共54頁渦噴發(fā)動機剖視示意圖第20頁/共54頁（2）渦輪螺旋槳發(fā)動機

螺旋槳減速器第21頁/共54頁（2）渦槳發(fā)動機特點

（1）渦輪輸出的功率大于壓氣機所消耗的功率,大出的部分傳給螺旋槳（2）在一定亞音速范圍內(nèi)，具有較好的經(jīng)濟性，發(fā)動機工作效率比渦輪噴氣發(fā)動機高的多（4）與渦噴不同之處是渦輪帶動螺旋槳（5）渦槳是對大量的空氣施加相對小的加速產(chǎn)生拉力；渦噴是對較小量的空氣施加相對大的加速產(chǎn)生推力。第22頁/共54頁渦輪螺旋槳發(fā)動機產(chǎn)生的全部動力螺旋槳拉力為主，90%噴氣產(chǎn)生推力只占10%飛行速度800公里/小時以下（2）渦輪螺旋槳發(fā)動機

優(yōu)點：使用航空煤油功率遠比活塞式大(載客量大）用途：中速客機和支線客機第23頁/共54頁（3）渦輪風(fēng)扇發(fā)動機

渦扇發(fā)動機組合了渦輪噴氣和渦輪螺槳發(fā)動機的優(yōu)點。第24頁/共54頁主要機件CFM56-7發(fā)動機第25頁/共54頁（3）渦輪風(fēng)扇發(fā)動機

當(dāng)空氣流經(jīng)渦輪風(fēng)扇發(fā)動機的前端風(fēng)扇后，分為兩個部分：一路是內(nèi)涵氣流，空氣繼續(xù)經(jīng)壓氣機壓縮，在燃燒室和燃油混合燃燒，燃氣經(jīng)渦輪和噴管膨脹，燃氣以高速從尾噴口排出，產(chǎn)生推力；另一路是外涵氣流，流經(jīng)風(fēng)扇后的空氣直接通過管道排到機外（短外涵）或者一直流到尾噴口同內(nèi)涵氣流混合或分別排出（長外涵）外涵道與內(nèi)涵道的流量之比，叫做涵道比，也叫流量比。第26頁/共54頁ma大：涵道比越大，流量越大起飛、復(fù)飛推力大效率高，適合高亞音速（M=0.8-0.9）飛行

噴氣噪音低，風(fēng)扇噪音大推力由內(nèi)涵和外涵共同產(chǎn)生，風(fēng)扇是產(chǎn)生正推力的主要部件。目前,民航運輸機廣泛采用高涵道比的渦扇發(fā)動機，保證足夠的推力和良好的經(jīng)濟性。渦扇式發(fā)動機特點第27頁/共54頁（4）渦輪軸發(fā)動機

渦輪軸發(fā)動機包括：燃氣發(fā)生器和自由渦輪。自由渦輪和燃氣發(fā)生器渦輪只有氣動聯(lián)系，即流過燃氣發(fā)生器渦輪的燃氣再驅(qū)動自由渦輪，自由渦輪輸出軸功率。

現(xiàn)代飛機上的輔助動力裝置（APU）也是一臺小型燃氣渦輪發(fā)動機，結(jié)構(gòu)簡單，功能單一。第28頁/共54頁（4）渦輪軸發(fā)動機

第29頁/共54頁3.噴氣發(fā)動機的組成發(fā)動機各個部件功用如下：進氣道：恢復(fù)盡可能多的自由氣流的總壓，以最小的紊流輸送空氣到壓氣機并保持飛機阻力最小。壓氣機：通過旋轉(zhuǎn)的葉片對空氣做功，壓縮空氣提高空氣的壓力。燃燒室：空氣和燃油混合、燃燒，將燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能，生成高溫燃氣。渦輪：燃氣在渦輪內(nèi)膨脹做功，渦輪功驅(qū)動壓氣機和附件。噴管：燃氣通過噴管繼續(xù)膨脹，將燃氣以一定的速度和要求的方向排入大氣，提供推力。壓氣機、燃燒室、渦輪稱為：燃氣發(fā)生器。燃氣發(fā)生器是各種發(fā)動機的核心。第30頁/共54頁第31頁/共54頁3.噴氣發(fā)動機的組成（1）進氣道

在各種狀態(tài)下,將足夠量的空氣,以最小的流動損失,順利地引入壓氣機,并在壓氣機進口形成均勻的流場以避免壓氣機葉片的振動和壓氣機失速.

第32頁/共54頁（2）壓氣機

功能：對氣體進行壓縮,提高空氣的壓力,為燃氣膨脹作功創(chuàng)造條件。次要功能：供應(yīng)高壓引氣，冷卻熱部件；熱空氣用于防冰；引氣用于機艙增壓、空調(diào)、燃油系統(tǒng)。

工作原理（1）轉(zhuǎn)子由渦輪帶動高速旋轉(zhuǎn)，空氣被連續(xù)不斷地吸入壓氣機；（2）旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的葉片使空氣加速，增加能量使壓力升高；（3）在隨后的靜子通道中減速（擴壓）并將動能轉(zhuǎn)換成壓力。第33頁/共54頁（2）壓氣機

離心式壓氣機

軸流式壓氣機第34頁/共54頁定義當(dāng)發(fā)動機工作狀態(tài)嚴(yán)重偏離了設(shè)計值，氣流在葉片通道內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重的氣流分離，引起氣流在壓氣機中忽斷忽續(xù)的、軸向的、周期性的，低頻高幅的振蕩現(xiàn)象。危害輕微的喘振對飛行安全不會有影響，但會影響發(fā)動機壽命。 嚴(yán)重的喘振會使性能惡化、振壞、燒壞機件，引起發(fā)動機熄火、停車，甚至直接使發(fā)動機報廢，危及飛行安全。壓氣機喘振第35頁/共54頁（3）燃燒室

將噴嘴供應(yīng)的燃油和壓氣機供應(yīng)的空氣混合燃燒釋放熱量，供給渦輪所需的均勻加熱的平穩(wěn)高溫高壓燃氣流。燃燒室的類型：多個單管燃燒室環(huán)管形燃燒室環(huán)形燃燒室第36頁/共54頁第37頁/共54頁環(huán)管形燃燒室

第38頁/共54頁環(huán)形燃燒室

第39頁/共54頁（4）渦輪

高溫高壓燃氣膨脹，將熱能轉(zhuǎn)換成渦輪的機械能，同時驅(qū)動壓氣機和附件提供功率。

在渦輪螺旋槳和渦輪軸發(fā)動機它還為螺旋槳和旋翼提供軸功率。第40頁/共54頁（5）尾噴管

主要功用：使從渦輪流出的燃氣膨脹，加速，以一定的速度和要求的方向排入大氣，得到需要的推力。

也可通過反推力裝置改變噴氣方向，產(chǎn)生反推力，縮短飛機的滑跑距離。第41頁/共54頁反推

第42頁/共54頁反推第43頁/共54頁第44頁/共54頁4.渦輪噴氣發(fā)動機-優(yōu)點和不足優(yōu)點：噴氣發(fā)動機重量輕、推力大，適用于高速飛行不足：耗油大（噴出氣體的速度和溫度）經(jīng)濟性差波音747-400飛機和協(xié)和式飛機第45頁/共54頁四、發(fā)動機性能參數(shù)1.發(fā)動機壓力比

發(fā)動機壓力比是指低壓渦輪的出口總壓與低壓壓氣機進口總壓之比，同氣流通過發(fā)動機的加速成比例，對于軸流式壓氣機的渦扇發(fā)動機它表征推力，用EPR表示2.發(fā)動機涵道比

發(fā)動機涵道比：渦扇發(fā)動機通過外涵的空氣質(zhì)量流量與通過內(nèi)涵的空氣質(zhì)量流量之比。涵道比為：1左右是低涵道比；2-3左右是中涵道比；4以上是高涵道比。第46頁/共54頁四、發(fā)動機性能參數(shù)3.排氣溫度

排氣溫度：渦輪進口總溫是發(fā)動機最重要、最關(guān)鍵的一個參數(shù)，也是渦輪發(fā)動機的重要限制參數(shù)，用EGT表示。4.風(fēng)扇轉(zhuǎn)速

高涵道比渦扇發(fā)動機，常用風(fēng)扇轉(zhuǎn)速n1表征推力。第47頁/共54頁四、發(fā)動機性能參數(shù)推進效率：發(fā)動機產(chǎn)生的動能有多少用于推動飛機。第48頁/共54頁五、發(fā)動機的安裝位置a安裝在機翼上b吊裝在機翼下（翼吊布局）c安裝在機身尾部（尾吊布局）第49頁/共54頁機身吊裝大翼吊裝翼下和機尾安裝第50頁/共54頁六、輔助動力裝置

機載輔助動力裝置（APU）用于各類運輸機上，是建立在一臺小型渦輪發(fā)動機上的，裝在飛機機身尾部?；谒哪芰ο拗埔话阍诘孛婀ぷ鲿r，可以提供電源和氣源，用于啟動主發(fā)動機及飛機空調(diào)用氣，以使飛機減少對地面設(shè)備的依賴。在空中一定高度以后，可以提供電源、氣源。如果飛行高度繼續(xù)增加，到一定高度后，它僅能提供電源。第51頁