燃燒飛行器的動力及隱患

燃燒飛行器的動力及隱患第1頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六蒙哥爾菲熱氣球1783年9月19日，蒙哥爾菲兄弟奉命為法國國王路易十六夫婦表演飛行。上午9時許，一只容積1,200立方米的熱氣球當著3萬觀眾的面，載著綿羊、公雞和鴨子各一只，升至450（一說518）米高度，在8分鐘內(nèi)飛出3,200米遠，并降到一片樹林中。這是人類升空飛行前最先用動物所作的飛行器搭乘飛行。法國國王路易十六為此大悅，賜名“蒙哥爾菲氣球”。第2頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六中國古代的飛行器

第3頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六中國古代的飛行器

火箭第4頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六近代的飛行器1852年9月24日，法國人亨利·吉法爾制成第一個“機械力氣球”，該氣球外形不再是球形，而是長43.89米、直徑11.9米的棗核形。作了人類第一次有動力載人“可操縱飛行”，飛艇問世了。1937年5月，德國“興登堡”號飛艇順利飛躍大西洋，正要在美國新澤西州萊克赫斯特基地著陸時，因撞擊建筑物而爆炸起火。飛艇時代結(jié)束。第5頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六近代的飛行器1903年12月17日上午10時35分，德裔美國人、自行車修造匠威爾伯.萊特和奧維爾.萊特兄弟在美國北卡羅來那州基蒂霍克一處叫做“斬魔山”的小山坡上，以重物下落形成的引牽力，將自制飛機“飛行者”號推離地面，進行了被世人公認的人類首次有動力飛機載人飛行！它在12秒的時間內(nèi)飛出36.58米遠。第6頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六飛行器的分類飛行器輕于空氣的飛行器·重于空氣的飛行器氣球飛艇固定翼飛機旋翼飛機撲翼飛機升力體地效飛行器第7頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六飛行的條件？第8頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六明朝的士大夫萬戶把47個自制的火箭綁在椅子上，自己坐在椅子上，雙手舉著2只大風箏，然后叫人點火發(fā)射。設(shè)想利用火箭的推力，加上風箏的力量飛起。不幸火箭爆炸，萬戶也為此獻出了生命。第9頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六飛行的條件垂直升力現(xiàn)代飛行器大多是重于空氣的飛行器，當飛機飛行在空中，就會產(chǎn)生作用于飛機的空氣動力，飛機就是靠空氣動力升空飛行的如飛機的升力絕大部分是由機翼產(chǎn)生?？諝饬鞯綑C翼前緣，分成上、下兩股氣流，分別沿機翼上、下表面流過，在機翼后緣重新匯合向后流去。機翼上表面比較凸出，流管較細，說明流速加快，壓力降低。而機翼下表面，氣流受阻擋作用，流管變粗，流速減慢，壓力增大。于是機翼上、下表面出現(xiàn)了壓力差，垂直于相對氣流方向的壓力差的總和就是機翼的升力。

水平動力第10頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六一、飛機發(fā)動機的啟動航空燃氣渦輪發(fā)動機的結(jié)構(gòu)和循環(huán)過程，決定了它不能象汽車發(fā)動機那樣自主的點火起動。因為，在靜止的發(fā)動機中直接噴油點火，因為壓氣機沒有旋轉(zhuǎn)，前面空氣沒有壓力，就不能使燃氣向后流動，也就無法使渦輪轉(zhuǎn)動起來，這樣會燒毀燃燒室和渦輪導(dǎo)向葉片。所以，燃氣渦輪發(fā)動機的起動特點就是：先要氣流流動，再點火燃燒，也即是發(fā)動機必須要先旋轉(zhuǎn)，再起動。這就是矛盾，發(fā)動機還沒起動，還沒點火，卻要它先轉(zhuǎn)動第11頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六二、壓縮空氣的來源壓氣機是壓縮空氣最好的來源。采用渦輪帶動壓氣機就可以連續(xù)不斷的提供飛機所需要的壓縮氣源。而由于這個燃氣渦輪裝置提供的氣源只要能滿足發(fā)動機起動的需要就可以了，所以功率，體積相比發(fā)動機要小得多，這就使這套燃氣渦輪裝置可以采用電動機來起動，然后再由這套燃氣渦輪裝置產(chǎn)生壓縮空氣來起動發(fā)動機，這樣就解決了發(fā)動機起動時需要大的能量的問題。這套燃氣渦輪裝置被稱作APU（AuxiliaryPowerUnit輔助動力裝置）第12頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六三、發(fā)動機的起動過程起動過程發(fā)動機的起動過程是一個能量逐級放大的過程。先由蓄電池提供電源給APU起動電機，帶動APU轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)；APU達到起動轉(zhuǎn)速后噴油燃燒，把燃料提供的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闇u輪的機械能，并通過壓氣機把機械能轉(zhuǎn)換為空氣的壓力能。由于燃料的加入，APU產(chǎn)生的壓縮空氣的能量已遠遠大于蓄電池的能量了最后，發(fā)動機上的空氣渦輪起動機把APU空氣的壓力轉(zhuǎn)化為帶動發(fā)動機核心機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機械能，在達到發(fā)動機起動轉(zhuǎn)速時噴油點火，最終靠燃料的化學(xué)能使發(fā)動機進入穩(wěn)定工作狀態(tài)。第13頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六發(fā)動機的分類航空發(fā)動機吸氣式發(fā)動機火箭噴氣式發(fā)動機活塞式發(fā)動機（+螺旋槳）空氣噴氣式發(fā)動機化學(xué)火箭發(fā)動機非化學(xué)火箭發(fā)動機第14頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六火箭噴氣式發(fā)動機火箭發(fā)動機工作不依賴空氣，因此在大氣層內(nèi)外都可以使用。按所噴氣流動能來源的不同，又可分為化學(xué)火箭發(fā)動機（液體火箭發(fā)動機，固體火箭發(fā)動機，固-液混合發(fā)動機）和非化學(xué)火箭發(fā)動機（電火箭發(fā)動機，核火箭發(fā)動機）。第15頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六活塞式發(fā)動機活塞式發(fā)動機是利用汽油與空氣在密閉容器內(nèi)混合燃燒，膨脹做功，從而帶動螺旋槳轉(zhuǎn)動，由螺旋槳推動空氣向后流動而獲得拉（推）力。故活塞式發(fā)動機必須與螺旋槳配合才能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成飛機所需的推動力。航空活塞式發(fā)動機的工作原理與汽車上的活塞式發(fā)動機工作原理相同，結(jié)構(gòu)相似。第16頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六

空氣噴氣式發(fā)動機

———渦輪噴氣式發(fā)動機渦輪噴氣式發(fā)動機主要由五部分組成：進氣道，壓氣機，燃燒室，渦輪，尾噴管。其中，壓氣機+燃燒室+渦輪，稱為核心機。第17頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六瑞士，1997年11月蘇黎世

麥克旦尼爾道格拉斯，飛機三聲巨響后后發(fā)動機噴火。

第18頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六中國香港1997年3月-KaiTak國際(HKG/VHHH)，大西洋航空空中客車340-313，起飛時燃油從起落架滲出，輪胎起火，導(dǎo)致機場關(guān)閉1.5小時

第19頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六美國-亞利桑那空軍基地1985年，麥克旦尼爾道格拉斯F/A-18...大黃蜂，起飛時中心油箱破裂，飛行員隨后彈出，飛機報廢。

第20頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六我國民航發(fā)動機故障TB20/B-8914號機燃油系統(tǒng)進水造成飛機起飛時發(fā)動機停車引發(fā)事故，事故后油箱放水口進行了改裝已消除了隱患TB200/B-8830號機發(fā)動機汽缸（三號）燃油噴嘴堵塞，造成起飛時發(fā)動機過富油停車引發(fā)事故。此類故障國外曾有報道，我們在飛行中也曾遇到過程度不同的此類故障，此類故障以后還可能會出現(xiàn)。第21頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六發(fā)動機的最佳混合比與極限值余氣系數(shù)發(fā)動機工作時需要汽油和空氣按一定的比例混合才能使發(fā)動機正常工作理論上一公斤汽油完全燃燒需要15.12（一般取15）公斤空氣這是有化學(xué)方程式求出的精確值稱：理論空氣量用L理表示。一公斤汽油實際燃燒所用的空氣量稱：實際空氣量用L實表示。為了表明發(fā)動機混合比貧富油的程度引進了余氣系數(shù)這一參數(shù)用α表示及：α=L實/L理。該式表示：α=1時汽油完全燃燒α〈1時發(fā)動機處于富油狀態(tài)

α〉1時發(fā)動機處于貧油狀態(tài)第22頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六發(fā)動機的制造是一項難度極大的工作，一臺發(fā)動機零部件多達上萬個，必須使用特殊耐用材料來制造，加工精度要達到微米級。用于軍用飛機的高端發(fā)動機更是要求能在高溫、高速、劇烈機動和頻繁調(diào)整等極端條件下可靠工作。以噴氣發(fā)動機的壓縮機葉片為例，運轉(zhuǎn)時要能承受高達自身重量20000倍的離心力。至于渦輪葉片，則要能在超過大多數(shù)金屬熔點的溫度環(huán)境中正常工作而不發(fā)生明顯形變，其對于冶金技術(shù)要求的難度，無異于用一把冰勺子攪動一鍋熱湯。第23頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六開發(fā)高性能航空發(fā)動機需要大量的基礎(chǔ)研究，僅就氣動優(yōu)化問題，就需要建立渦輪葉片周圍流場變化的精確模型。高壓渦輪可以通過技術(shù)手段進行強化，但如果其熱力學(xué)特性發(fā)生變化，則在高溫條件下膨脹方式也會發(fā)生變化，進而可能導(dǎo)致幾何外形的非連續(xù)性變化，在運轉(zhuǎn)過程中可能發(fā)生失效，甚至損壞發(fā)動機。這就需要研發(fā)部門對流場、疲勞以及可靠性問題進行細致的建模和設(shè)計工作。第24頁，共26頁，2023年，2月20日，星期六我國飛行器