無人機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) 課件 第十二課時(shí) 燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)

第十二課時(shí)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)目錄/CONTENTS§2發(fā)動(dòng)機(jī)的分類§3發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特性§1發(fā)動(dòng)機(jī)的主要部件§1發(fā)動(dòng)機(jī)的主要部件發(fā)動(dòng)機(jī)的主要部件主要部件：進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪和噴管進(jìn)氣道：1.將足夠的空氣量，以最小的流動(dòng)損失順利地引人發(fā)動(dòng)機(jī)2.飛行速度大于壓氣機(jī)進(jìn)口處的氣流速度時(shí)，通過沖壓壓縮空氣，提高空氣的壓力發(fā)動(dòng)機(jī)的主要部件壓氣機(jī)：通過高速旋轉(zhuǎn)的葉片對(duì)空氣做功，壓縮空氣，提髙空氣的壓力燃燒室：高壓空氣和燃油混合、燃燒，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，形成高溫髙壓的燃?xì)鉁u輪：高溫高壓的燃?xì)庠跍u輪內(nèi)膨脹，向外輸出功，驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)和其他附件噴管：燃?xì)馔ㄟ^噴管繼續(xù)膨脹，以一定的速度和要求的方向排入大氣，提供推力發(fā)動(dòng)機(jī)的主要部件燃?xì)獍l(fā)生器包含：壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪燃?xì)獍l(fā)生器可以完成發(fā)動(dòng)機(jī)將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的工作，是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的核心根據(jù)獲得的機(jī)械能的分配方式分類：渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)、渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)、渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)、渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的主要部件工作系統(tǒng)確保發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的有機(jī)組成部分主要有：燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、防冰系統(tǒng)、防火系統(tǒng)、起動(dòng)系統(tǒng)燃油系統(tǒng)：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)油門和飛行條件的變化，計(jì)量適當(dāng)?shù)娜加土?，確保發(fā)動(dòng)機(jī)安全、穩(wěn)定、可靠地工作滑油系統(tǒng)：不斷將適當(dāng)溫度的壓力滑油送到發(fā)動(dòng)機(jī)各摩擦面，起到潤滑和散熱作用發(fā)動(dòng)機(jī)的主要部件工作系統(tǒng)防冰系統(tǒng)：當(dāng)預(yù)計(jì)存在發(fā)動(dòng)機(jī)積冰的條件時(shí)，接通發(fā)動(dòng)機(jī)防冰裝置，防止發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)冰，確保發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作防火系統(tǒng)：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)嚴(yán)重過熱或火警時(shí)，接通發(fā)動(dòng)機(jī)滅火裝置，防止發(fā)動(dòng)機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞，危及飛行安全起動(dòng)系統(tǒng)：將發(fā)動(dòng)機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)順利加速到慢車狀態(tài)，確保起動(dòng)過程迅速、可靠發(fā)動(dòng)機(jī)的主要部件工作系統(tǒng)工作時(shí)，空氣首先由進(jìn)氣道進(jìn)入壓氣機(jī)壓縮，隨即進(jìn)入燃燒室，使燃油釋放出熱能燃燒后形成的燃?xì)饬鬟M(jìn)入渦輪并進(jìn)行膨脹，渦輪在高溫、高壓氣體推動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)燃?xì)饨?jīng)渦輪最后進(jìn)入噴管，繼續(xù)膨脹并將部分熱能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，通過氣體對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的反作用，產(chǎn)生推力§2發(fā)動(dòng)機(jī)的分類發(fā)動(dòng)機(jī)的分類渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的分類渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)組成：進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪、噴管優(yōu)點(diǎn)：機(jī)迎風(fēng)面積小，具有較好的速度性能缺點(diǎn)：亞音速經(jīng)濟(jì)性差，適宜作超音速戰(zhàn)斗機(jī)的動(dòng)力裝置發(fā)動(dòng)機(jī)的分類渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)與渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的不同之處：渦輪軸除帶動(dòng)壓氣機(jī)外，還需通過減速器帶動(dòng)螺旋漿工作時(shí)主要由螺旋漿產(chǎn)生拉力，由噴氣的反作用產(chǎn)生很小的推力螺旋漿由單轉(zhuǎn)子/雙轉(zhuǎn)子/三轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)的自由渦輪驅(qū)動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：起飛拉力大，在中、低速飛行時(shí)具有較好的經(jīng)濟(jì)性，適宜作中、低速支線民航機(jī)、運(yùn)輸機(jī)和轟炸機(jī)的動(dòng)力裝置發(fā)動(dòng)機(jī)的分類渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇可由單獨(dú)的渦輪驅(qū)動(dòng)，也可是低壓渦輪驅(qū)動(dòng)的低壓壓氣機(jī)的第1級(jí)內(nèi)涵氣流：空氣繼續(xù)經(jīng)壓氣機(jī)壓縮，在燃燒室和燃油混合燃燒，燃?xì)饨?jīng)渦輪和噴管膨脹，燃?xì)飧咚購奈矅娍谂懦觯a(chǎn)生推力發(fā)動(dòng)機(jī)的分類渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)外涵氣流：流經(jīng)風(fēng)扇后的空氣直接通過管道排到機(jī)外（短外涵），或者一直流到尾噴口同內(nèi)涵氣流分別或混合排出（長(zhǎng)外涵），產(chǎn)生部分推力外涵與內(nèi)涵的空氣質(zhì)量流量比為涵道比(B)發(fā)動(dòng)機(jī)的分類渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)在亞音速段較之渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)具有更好的經(jīng)濟(jì)性，綜合性能好高涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)（B=410）適宜作高亞音速大、中型民航機(jī)以及運(yùn)輸機(jī)的動(dòng)力裝置低涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)（B=0.2-0.6）適宜作超音速戰(zhàn)斗機(jī)的動(dòng)力裝置發(fā)動(dòng)機(jī)的分類渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)為降低高亞音速民航機(jī)的運(yùn)行成本，需提高渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)涵道比、經(jīng)濟(jì)性超高涵道比的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)：螺旋漿風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，采用后置超臨界后掠槳扇，涵道比高達(dá)20?60,燃油消耗率降低30%?40%，起飛和爬升性能進(jìn)一步改善漿扇發(fā)動(dòng)機(jī)的問題：?jiǎn)伟l(fā)推進(jìn)功率不高、噪聲較大、安全保護(hù)方面存在缺陷發(fā)動(dòng)機(jī)的分類渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)與渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理類似，渦輪分為燃?xì)獍l(fā)生器渦輪和自由渦輪燃?xì)獍l(fā)生器渦輪帶動(dòng)壓氣機(jī)，自由渦輪通過減速器帶動(dòng)外界負(fù)載自由渦輪和燃?xì)獍l(fā)生器渦輪只有氣動(dòng)聯(lián)系優(yōu)點(diǎn)：重量輕、功率大、經(jīng)濟(jì)性好§3發(fā)動(dòng)機(jī)的性能發(fā)動(dòng)機(jī)的性能單轉(zhuǎn)子渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性轉(zhuǎn)速特性在保持飛行高度和飛行速度不變的條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)的推力F和燃油消耗率SFC隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n的變化規(guī)律推力隨轉(zhuǎn)速的增大一直增大，轉(zhuǎn)速越大，推力隨轉(zhuǎn)速增大而增長(zhǎng)得越快燃油消耗率隨轉(zhuǎn)速的增大而減小，到接近最大轉(zhuǎn)速時(shí)，略有增大發(fā)動(dòng)機(jī)的性能單轉(zhuǎn)子渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性高度特性在給定的調(diào)節(jié)規(guī)律下，保持發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和飛行速度不變時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的推力和燃油消耗率隨飛行高度的變化規(guī)律在對(duì)流層飛行時(shí)，隨著飛行高度的增加，燃油消耗率下降，發(fā)動(dòng)機(jī)的推力下降在平流層底部飛行時(shí)，隨著飛行高度的增加，單位推力和燃油消耗率不變，推力繼續(xù)下降且更快發(fā)動(dòng)機(jī)的性能單轉(zhuǎn)子渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性速度特性給定調(diào)節(jié)規(guī)律下，保持發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和飛行高度不變時(shí)，馬赫數(shù)的變化規(guī)律飛行馬赫數(shù)增大，發(fā)動(dòng)機(jī)推力略有下降或緩慢增加，在超聲速范圍內(nèi)增加較快馬赫數(shù)繼續(xù)增加時(shí)，推力轉(zhuǎn)為下降，直至推力下降為零燃油消耗率隨著馬赫數(shù)的增大而增大，在高馬赫數(shù)范圍增加得更為急劇發(fā)動(dòng)機(jī)的性能渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性轉(zhuǎn)速特性推力隨轉(zhuǎn)速的增大而增大，但接近最大轉(zhuǎn)速時(shí)，推力增長(zhǎng)得越來越慢燃油消耗率隨轉(zhuǎn)速的增大降低得較快，后來下降緩慢，到接近最大轉(zhuǎn)速時(shí)有所增加，程度比渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)稍大發(fā)動(dòng)機(jī)的性能渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性高度特性飛行高度增大時(shí)，空氣密度減小，發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量一直減少11000m以下，飛行高度升高大氣溫度降低，風(fēng)扇增壓比和內(nèi)涵壓氣機(jī)增壓比增加，單位推力增大，涵道比減小11000m以上，大氣溫度保持不變，單位推力和涵道比保持不變發(fā)動(dòng)機(jī)的性能渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性高度特性11000m以下，飛行高度增加，增壓比和加熱比增加，使發(fā)動(dòng)機(jī)總效率上升，燃油消耗率下降11000m以上，隨著高度增加大氣溫度保持不變，單位推力和涵道比均保持不變，燃油消耗率保持不變發(fā)動(dòng)機(jī)的性能渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性速度特性假設(shè)渦輪前燃?xì)鉁囟缺３植蛔?隨飛行速度的增大單位推力下降，涵道比增大，空氣流量增多涵道比和空氣流量增多程度比單位推力下降的程度小，隨飛行速度的增加推力將減小髙涵道比的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)的推力飛行速度的增加推力一直減小的，涵逍比越大，推力下降得越快發(fā)動(dòng)機(jī)的性能渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性燃油消耗率隨飛行速度的增加而增加，低涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率上升得較慢，高涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率上升得較快渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，不適宜作為高速飛行的動(dòng)力裝置發(fā)動(dòng)機(jī)的性能渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性通過迅速加速相對(duì)小的空氣質(zhì)量產(chǎn)生推力，渦槳對(duì)相對(duì)大的空氣質(zhì)量施加較小的加速產(chǎn)生拉力渦輪：從膨脹的燃?xì)庵形沾罅康哪芰浚峁M足壓氣機(jī)和其他附件需要的功率，輸出最大可能的扭矩到螺旋槳軸發(fā)動(dòng)機(jī)的性能渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性輸出較多的推力直到中、高亞聲速飛行，功率或推力隨空速增加而減小正常巡航轉(zhuǎn)速范圍，渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)效率保持高于或低于常速，而渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)效率隨空速增加而迅速地增加發(fā)動(dòng)機(jī)的性能渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性與渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的主要差別：1.通過渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇的氣流由擴(kuò)張型進(jìn)氣道設(shè)計(jì)所控制，相對(duì)于風(fēng)扇葉片的空氣速度不被飛機(jī)的空速所影響，消除了高空速下工作效率的損失2.通過風(fēng)扇的總空氣流量少，隨著渦扇發(fā)動(dòng)