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常用航空发动机的结构与原理13385--第1页
常用航空发动机的结构与原理
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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。
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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。轴流式压气机增压比较高时,为防止压气机喘振
常将压气机分成2个转子(低压转子和高压转子),分别由两组涡轮
带动。有的分成3个转子。
按照核心机出口燃气的可用能量的利用方式不同,燃气涡轮发动
机可分为4类:涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动
机和涡轮轴发动机。下面分别予以简单介绍:
1、涡轮喷气发动机:靠喷管高速喷出的燃气产生反作用推力的燃
气涡轮发动机称为涡轮喷气发动机。涡轮喷气发动机由核心机和喷管
等部件组成。核心机出口燃气直接在喷管中膨胀,使燃气可用能量转
变为高速喷出气流的动能而产生反作用推力。在不增大核心机的条件
下,为了短时间内增加发动机推力可采用发动机加力措施。歼击机上
最常用的方法是在涡轮后安装加力燃烧室,成为加力涡轮喷气发动机。
涡轮喷气发动机喷射气流速度高,如飞行速度在亚音速和低超音速范
围内则发动机的推进效率比较低。
涡轮喷气发动机按压气机类型分为离心式喷气发动机和轴流式喷
气发动机;按发动机转子结构不同分为单转子和双转子涡轮喷气发动
机。
涡轮喷气发动机的性能指标主要有推力、耗油率和推重比。涡轮
喷气发动机的大小
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