燃燒飛行器的動(dòng)力及隱患

燃燒飛行器的動(dòng)力及隱患第1頁(yè)，共26頁(yè)，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(guó)國(guó)王路易十六夫婦表演飛行。上午9時(shí)許，一只容積1,200立方米的熱氣球當(dāng)著3萬(wàn)觀(guān)眾的面，載著綿羊、公雞和鴨子各一只，升至450（一說(shuō)518）米高度，在8分鐘內(nèi)飛出3,200米遠(yuǎn)，并降到一片樹(shù)林中。這是人類(lèi)升空飛行前最先用動(dòng)物所作的飛行器搭乘飛行。法國(guó)國(guó)王路易十六為此大悅，賜名“蒙哥爾菲氣球”。第2頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六中國(guó)古代的飛行器

第3頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六中國(guó)古代的飛行器

火箭第4頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六近代的飛行器1852年9月24日，法國(guó)人亨利·吉法爾制成第一個(gè)“機(jī)械力氣球”，該氣球外形不再是球形，而是長(zhǎng)43.89米、直徑11.9米的棗核形。作了人類(lèi)第一次有動(dòng)力載人“可操縱飛行”，飛艇問(wèn)世了。1937年5月，德國(guó)“興登堡”號(hào)飛艇順利飛躍大西洋，正要在美國(guó)新澤西州萊克赫斯特基地著陸時(shí)，因撞擊建筑物而爆炸起火。飛艇時(shí)代結(jié)束。第5頁(yè)，共26頁(yè)，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(shí)35分，德裔美國(guó)人、自行車(chē)修造匠威爾伯.萊特和奧維爾.萊特兄弟在美國(guó)北卡羅來(lái)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(jī)“飛行者”號(hào)推離地面，進(jìn)行了被世人公認(rèn)的人類(lèi)首次有動(dòng)力飛機(jī)載人飛行！它在12秒的時(shí)間內(nèi)飛出36.58米遠(yuǎn)。第6頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六飛行器的分類(lèi)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(jī)旋翼飛機(jī)撲翼飛機(jī)升力體地效飛行器第7頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六飛行的條件？第8頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六明朝的士大夫萬(wàn)戶(hù)把47個(gè)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(fēng)箏，然后叫人點(diǎn)火發(fā)射。設(shè)想利用火箭的推力，加上風(fēng)箏的力量飛起。不幸火箭爆炸，萬(wàn)戶(hù)也為此獻(xiàn)出了生命。第9頁(yè)，共26頁(yè)，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(dāng)飛機(jī)飛行在空中，就會(huì)產(chǎn)生作用于飛機(jī)的空氣動(dòng)力，飛機(jī)就是靠空氣動(dòng)力升空飛行的如飛機(jī)的升力絕大部分是由機(jī)翼產(chǎn)生。空氣流到機(jī)翼前緣，分成上、下兩股氣流，分別沿機(jī)翼上、下表面流過(guò)，在機(jī)翼后緣重新匯合向后流去。機(jī)翼上表面比較凸出，流管較細(xì)，說(shuō)明流速加快，壓力降低。而機(jī)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(jī)翼上、下表面出現(xiàn)了壓力差，垂直于相對(duì)氣流方向的壓力差的總和就是機(jī)翼的升力。

水平動(dòng)力第10頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六一、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和循環(huán)過(guò)程，決定了它不能象汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)那樣自主的點(diǎn)火起動(dòng)。因?yàn)?，在靜止的發(fā)動(dòng)機(jī)中直接噴油點(diǎn)火，因?yàn)閴簹鈾C(jī)沒(méi)有旋轉(zhuǎn)，前面空氣沒(méi)有壓力，就不能使燃?xì)庀蚝罅鲃?dòng)，也就無(wú)法使渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，這樣會(huì)燒毀燃燒室和渦輪導(dǎo)向葉片。所以，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特點(diǎn)就是：先要?dú)饬髁鲃?dòng)，再點(diǎn)火燃燒，也即是發(fā)動(dòng)機(jī)必須要先旋轉(zhuǎn)，再起動(dòng)。這就是矛盾，發(fā)動(dòng)機(jī)還沒(méi)起動(dòng)，還沒(méi)點(diǎn)火，卻要它先轉(zhuǎn)動(dòng)第11頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六二、壓縮空氣的來(lái)源壓氣機(jī)是壓縮空氣最好的來(lái)源。采用渦輪帶動(dòng)壓氣機(jī)就可以連續(xù)不斷的提供飛機(jī)所需要的壓縮氣源。而由于這個(gè)燃?xì)鉁u輪裝置提供的氣源只要能滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)的需要就可以了，所以功率，體積相比發(fā)動(dòng)機(jī)要小得多，這就使這套燃?xì)鉁u輪裝置可以采用電動(dòng)機(jī)來(lái)起動(dòng)，然后再由這套燃?xì)鉁u輪裝置產(chǎn)生壓縮空氣來(lái)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，這樣就解決了發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)需要大的能量的問(wèn)題。這套燃?xì)鉁u輪裝置被稱(chēng)作APU（AuxiliaryPowerUnit輔助動(dòng)力裝置）第12頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六三、發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程起動(dòng)過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程是一個(gè)能量逐級(jí)放大的過(guò)程。先由蓄電池提供電源給APU起動(dòng)電機(jī)，帶動(dòng)APU轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)；APU達(dá)到起動(dòng)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(jī)械能，并通過(guò)壓氣機(jī)把機(jī)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于蓄電池的能量了最后，發(fā)動(dòng)機(jī)上的空氣渦輪起動(dòng)機(jī)把APU空氣的壓力轉(zhuǎn)化為帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，在達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)速時(shí)噴油點(diǎn)火，最終靠燃料的化學(xué)能使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)。第13頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六發(fā)動(dòng)機(jī)的分類(lèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)火箭噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)（+螺旋槳）空氣噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)化學(xué)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)非化學(xué)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)第14頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六火箭噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作不依賴(lài)空氣，因此在大氣層內(nèi)外都可以使用。按所噴氣流動(dòng)能來(lái)源的不同，又可分為化學(xué)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)（液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，固-液混合發(fā)動(dòng)機(jī)）和非化學(xué)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)（電火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，核火箭發(fā)動(dòng)機(jī)）。第15頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)，由螺旋槳推動(dòng)空氣向后流動(dòng)而獲得拉（推）力。故活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)必須與螺旋槳配合才能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成飛機(jī)所需的推動(dòng)力。航空活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理與汽車(chē)上的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理相同，結(jié)構(gòu)相似。第16頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

空氣噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)

———渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)主要由五部分組成：進(jìn)氣道，壓氣機(jī)，燃燒室，渦輪，尾噴管。其中，壓氣機(jī)+燃燒室+渦輪，稱(chēng)為核心機(jī)。第17頁(yè)，共26頁(yè)，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(jī)三聲巨響后后發(fā)動(dòng)機(jī)噴火。

第18頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六中國(guó)香港1997年3月-KaiTak國(guó)際(HKG/VHHH)，大西洋航空空中客車(chē)340-313，起飛時(shí)燃油從起落架滲出，輪胎起火，導(dǎo)致機(jī)場(chǎng)關(guān)閉1.5小時(shí)

第19頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六美國(guó)-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(shí)中心油箱破裂，飛行員隨后彈出，飛機(jī)報(bào)廢。

第20頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六我國(guó)民航發(fā)動(dòng)機(jī)故障TB20/B-8914號(hào)機(jī)燃油系統(tǒng)進(jìn)水造成飛機(jī)起飛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)停車(chē)引發(fā)事故，事故后油箱放水口進(jìn)行了改裝已消除了隱患TB200/B-8830號(hào)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸（三號(hào)）燃油噴嘴堵塞，造成起飛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)富油停車(chē)引發(fā)事故。此類(lèi)故障國(guó)外曾有報(bào)道，我們?cè)陲w行中也曾遇到過(guò)程度不同的此類(lèi)故障，此類(lèi)故障以后還可能會(huì)出現(xiàn)。第21頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳混合比與極限值余氣系數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)需要汽油和空氣按一定的比例混合才能使發(fā)動(dòng)機(jī)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(chēng)：理論空氣量用L理表示。一公斤汽油實(shí)際燃燒所用的空氣量稱(chēng)：實(shí)際空氣量用L實(shí)表示。為了表明發(fā)動(dòng)機(jī)混合比貧富油的程度引進(jìn)了余氣系數(shù)這一參數(shù)用α表示及：α=L實(shí)/L理。該式表示：α=1時(shí)汽油完全燃燒α〈1時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)處于富油狀態(tài)

α〉1時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)處于貧油狀態(tài)第22頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六發(fā)動(dòng)機(jī)的制造是一項(xiàng)難度極大的工作，一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件多達(dá)上萬(wàn)個(gè)，必須使用特殊耐用材料來(lái)制造，加工精度要達(dá)到微米級(jí)。用于軍用飛機(jī)的高端發(fā)動(dòng)機(jī)更是要求能在高溫、高速、劇烈機(jī)動(dòng)和頻繁調(diào)整等極端條件下可靠工作。以噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)葉片為例，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)要能承受高達(dá)自身重量20000倍的離心力。至于渦輪葉片，則要能在超過(guò)大多數(shù)金屬熔點(diǎn)的溫度環(huán)境中正常工作而不發(fā)生明顯形變，其對(duì)于冶金技術(shù)要求的難度，無(wú)異于用一把冰勺子攪動(dòng)一鍋熱湯。第23頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六開(kāi)發(fā)高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)需要大量的基礎(chǔ)研究，僅就氣動(dòng)優(yōu)化問(wèn)題，就需要建立渦輪葉片周?chē)鲌?chǎng)變化的精確模型。高壓渦輪可以通過(guò)技術(shù)手段進(jìn)行強(qiáng)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(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而可能導(dǎo)致幾何外形的非連續(xù)性變化，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中可能發(fā)生失效，甚至損壞發(fā)動(dòng)機(jī)。這就需要研發(fā)部門(mén)對(duì)流場(chǎng)、疲勞以及可靠性問(wèn)題進(jìn)行細(xì)致的建模和設(shè)計(jì)工作。第24頁(yè)，共26頁(yè)，2023年，2月20日，星期六我國(guó)飛行器