飛行器動力裝置

1、飛行器動力裝置,飛行器動力裝置,概 述,活塞式航空發(fā)動機,燃氣渦輪發(fā)動機,脈動式、沖壓式發(fā)動機,火箭發(fā)動機,概述,為飛行器提供動力，推動飛行器前進的裝置稱為動力裝置。,動力裝置的構成：,發(fā)動機,推進劑或燃料系統(tǒng),保證發(fā)動機正常工作的其他附屬系統(tǒng),概述,發(fā)動機是飛行器的動力源，相當于飛行器的心臟，它的性能對飛行器的發(fā)展有著非常重要的影響。,概述,發(fā)動機分類,活塞式航空發(fā)動機,活塞式航空發(fā)動機一般以汽油為燃料，帶動螺旋槳，由螺旋槳產

2、生推（拉）力為飛機提供動力。,所以，作為飛機的動力裝置時，活塞式發(fā)動機與螺旋槳是不能分割的。,活塞式航空發(fā)動機,活塞式航空發(fā)動機的主要構件,氣缸活塞連桿曲軸進、排氣活門,活塞式航空發(fā)動機,活塞沖程,當活塞在氣缸中移動時，它相對曲軸有兩個極限位置：活塞離曲軸中心最遠的位置稱為上死點，活塞離曲軸中心最近的位置稱為下死點。上死點和下死點之間的距離稱為活塞沖程 。,活塞式航空發(fā)動機,絕大多數(shù)活塞式航空發(fā)動機的工作循環(huán)是由四個沖程組成的，

3、稱為四沖程發(fā)動機。即活塞在氣缸內要經過四個沖程，依次是進氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程。,活塞式航空發(fā)動機,活塞式航空發(fā)動機的工作原理示意動畫,3D演示,活塞式航空發(fā)動機,為滿足功率要求并使發(fā)動機工作平穩(wěn)，活塞式航空發(fā)動機一般都是多氣缸組合構成的。依照氣缸排列方式不同，可分為：直立型、V型、對立型、X型、星型等。,活塞式發(fā)動機的汽缸排列方式,活塞式航空發(fā)動機,滑油系統(tǒng),燃料系統(tǒng),點火系統(tǒng),冷卻系統(tǒng),啟動系統(tǒng),定時系統(tǒng),活塞式航空發(fā)

4、動機,發(fā)動機功率 燃料消耗率加速性功率重量比,從第一架飛機上天到二戰(zhàn)結束，活塞式發(fā)動機獲得了飛速發(fā)展：,單機功率：十幾千瓦提高到1800~3500千瓦,功率重量比由0.12千瓦/千克提高到1.85千瓦/千克,燃油消耗率由0.46千克/千瓦時降至0.26千克/千瓦時,活塞式發(fā)動機的主要性能參數(shù),活塞式航空發(fā)動機,活塞式發(fā)動機的主要特點,優(yōu)點,經濟性較好：不但耗油率低，而且單位功率的售價低；燃燒較完全，所以對環(huán)境的污染相對較小；

5、噪音較小。,目前，活塞式航空發(fā)動機仍廣泛地應用于小型低速飛機。,缺點,發(fā)動機功率?。煌庑巫枇Υ?；重量較大；螺旋槳高速旋轉時效率低。,活塞式航空發(fā)動機,活塞式發(fā)動機的應用,農－5,AC500,初教6,航空燃氣渦輪發(fā)動機,航空燃氣渦輪發(fā)動機,航空燃氣渦輪發(fā)動機主要由壓氣機、燃燒室和燃氣渦輪（簡稱渦輪）所組成。,壓氣機、燃燒室和燃氣渦輪（簡稱渦輪）構成發(fā)動機的核心機，又稱燃氣發(fā)生器。,航空燃氣渦輪發(fā)動機,航空燃氣渦輪發(fā)動機仍屬于熱機的一

6、種，因此從產生輸出能量的原理上講，燃氣渦輪發(fā)動機和活塞式發(fā)動機是相同的，都需要有進氣、加壓、燃燒和排氣這四個階段。,航空燃氣渦輪發(fā)動機,在航空燃氣渦輪發(fā)動機中，進入發(fā)動機的空氣經壓氣機壓縮后，流入燃燒室與噴入的燃油混合后燃燒，形成高溫、高壓的燃氣，再進入燃氣渦輪中膨脹作功，使渦輪高速旋轉并輸出功率。,燃氣渦輪發(fā)動機工作流程,3D演示,航空燃氣渦輪發(fā)動機,由燃氣渦輪出來的燃氣，仍具有一定的能量，正是這股具有能量的燃氣，才產生了發(fā)動機的推力

7、或輸出功率。 利用這股燃氣能量的方式不同，就相應地產生了不同類型的燃氣渦輪發(fā)動機。,渦輪噴氣發(fā)動機,渦輪風扇發(fā)動機,渦輪螺旋槳發(fā)動機,渦輪軸發(fā)動機,燃氣渦輪發(fā)動機分類,航空燃氣渦輪發(fā)動機,燃氣渦輪發(fā)動機根據(jù)燃氣發(fā)生器后面有無“動力渦輪”以及動力渦輪所驅動的部件不同，分為四種類型。 所謂動力渦輪是指位于燃氣發(fā)生器后面的一個傳動其他部件的渦輪，從燃氣發(fā)生器出來的燃氣流入這個渦輪中繼續(xù)膨脹作功。在大多數(shù)發(fā)動機中，動力渦輪與燃氣渦輪沒

8、有機械連系，各自工作于不同的轉速，所以動力渦輪也稱為自由渦輪。,渦輪噴氣發(fā)動機,渦輪噴氣發(fā)動機的組成：,進氣道,壓氣機,燃燒室,渦輪,尾噴管,渦輪噴氣發(fā)動機,進氣道是發(fā)動機的進氣通道。,進氣道,渦輪噴氣發(fā)動機,進氣道,進氣道的主要作用是：,整理進入發(fā)動機的氣流，消除旋渦，保證在各種工作狀態(tài)下都能供給發(fā)動機所需的空氣量；,降低高速氣流的速度，將動能轉變?yōu)閴毫菽堋?根據(jù)飛機的飛行速度的不同，進氣道可分為：,亞音速進氣道,超音速進氣道,渦輪

9、噴氣發(fā)動機,亞音速進氣道,渦輪噴氣發(fā)動機,超音速進氣道,渦輪噴氣發(fā)動機,進氣道的布局形式,渦輪噴氣發(fā)動機,壓氣機,壓氣機的功用：,依靠其高速旋轉的工作葉輪對空氣作功，提高空氣的壓力，供給發(fā)動機工作時所需要的壓縮空氣。,軸流式壓氣機,根據(jù)壓氣機的結構形式和空氣在壓氣機中的流動特點，壓氣機分為兩類：,離心式壓氣機,渦輪噴氣發(fā)動機,離心式壓氣機,離心式壓氣機主要由導流器、離心葉輪、擴壓器、集氣管等組成。,渦輪噴氣發(fā)動機,渦噴5,增壓比一般小于

10、10。,進入壓氣機的空氣首先進入導流器進行預旋，增加空氣流入離心葉輪的流速；高速旋轉的離心葉輪使空氣獲得動能，相對速度和壓力都增大；在慣性離心力的作用下，氣流以很高的速度離開葉輪，進入擴壓器和集氣管；高速氣流在靜止的擴壓器和集氣管的擴散形通道中流速降低，壓力進一步提高。,渦輪噴氣發(fā)動機,軸流式壓氣機,軸流式壓氣機的主要部件是轉子和靜子。,渦輪噴氣發(fā)動機,轉子由工作葉片、輪盤和軸組成。由一排固定在輪盤上的工作葉片組成的輪子叫做葉輪（也稱

11、工作輪）。葉輪在渦輪的帶動下高速旋轉而工作。,渦輪噴氣發(fā)動機,靜子是壓氣機中不旋轉的部分，由機匣和整流葉片組成。一排整流葉片組成一個整流環(huán)，固定在機匣上 。,渦輪噴氣發(fā)動機,軸流式壓氣機的葉輪和整流環(huán)交錯排列。一個葉輪和一個整流環(huán)組成軸流式壓氣機的一“級”，燃氣渦輪發(fā)動機都采用多級的型式以提高壓氣機的增壓能力。,渦輪噴氣發(fā)動機,多級壓氣機：5~17級,軍用渦輪風扇發(fā)動機的壓氣機：25~30級,渦輪噴氣發(fā)動機,燃燒室的功用：,燃燒室是

12、燃料與從壓氣機出來的高壓空氣混合燃燒的地方。,將燃料的化學能轉變?yōu)閮饶?，氣體的溫度和壓力升高。高溫、高壓的氣體沖擊渦輪，驅動渦輪旋轉而發(fā)出功率。,燃燒室,渦輪噴氣發(fā)動機,燃燒室的工作原理,渦輪噴氣發(fā)動機,燃燒室的類型,燃氣渦輪發(fā)動機所使用的燃燒室主要有三種類型：,分管燃燒室聯(lián)管燃燒室環(huán)形燃燒室,渦輪噴氣發(fā)動機,燃氣渦輪的功用,燃氣渦輪在高溫高壓燃氣的作用下高速旋轉，將燃氣中的部分熱能和壓力能轉換成機械功，帶動壓氣機和附件工作。航空

13、燃氣渦輪功率大，效率高，轉速快，燃氣溫度高，所以工作條件十分惡劣。,渦輪,渦輪噴氣發(fā)動機,燃氣渦輪的組成,燃氣渦輪的主要部件也是轉子和靜子。,渦輪噴氣發(fā)動機,燃氣渦輪的工作原理,渦輪噴氣發(fā)動機,尾噴管,渦輪噴氣發(fā)動機的燃氣發(fā)生器后面直接布置了一個尾噴管，燃氣在尾噴管中膨脹加速，以高速由噴管排出，產生推力。,渦輪噴氣發(fā)動機,為了短期內提高渦輪噴氣發(fā)動機的推力，可在尾噴管前加裝加力燃燒室。在需要增加推力時，向燃氣中補充噴入燃油進一步燃燒，提

14、高燃氣的速度，達到增加推力的目的。在加力時，由于排出的燃氣溫度和速度均大大提高，因而能量損失更大，所以耗油率比非加力時將成倍增加。,加力燃燒室,渦輪噴氣發(fā)動機,由于渦輪噴氣發(fā)動機的推力是由高速排出高溫燃氣所獲得的，所以在得到推力的同時有不少由燃料燃燒所產生的能量以燃氣的動能和熱能的形式排出發(fā)動機，能量損失較大，因此其耗油率較高。,渦輪噴氣發(fā)動機的應用和不足,渦輪風扇發(fā)動機,渦輪風扇發(fā)動機的動力渦輪的傳動軸驅動的是外徑比燃氣發(fā)生器大的單級

15、或幾級稱為風扇的葉片。流入發(fā)動機的空氣在風扇中增壓后，一部分經燃氣發(fā)生器中流過，稱為內涵氣流；另一部分經圍繞燃氣發(fā)生器外殼的外環(huán)中流過，稱為外涵氣流。,渦輪風扇發(fā)動機,渦輪風扇發(fā)動機推力由內、外涵道氣流分別產生的推力組成。外涵與內涵空氣流量的比值稱為涵道比。,渦輪風扇發(fā)動機,3D演示,渦輪風扇發(fā)動機,高涵道比渦輪風扇發(fā)動機,渦輪風扇發(fā)動機具有耗油率低、起飛推力大、推重比高、噪音低的優(yōu)點。因此，目前高涵道比、大推力的渦輪風扇發(fā)動機廣泛應用

16、于大型運輸機上。,渦輪風扇發(fā)動機,此外，加力式渦輪風扇發(fā)動機由于具有低速時油耗較低，開加力時推重比大的特點，目前已在新一代殲擊機上得到廣泛應用。,渦輪螺旋槳發(fā)動機,渦輪螺旋槳發(fā)動機的燃氣能量絕大部分在動力渦輪中膨脹做功，動力渦輪通過減速裝置降低轉速后再驅動螺旋槳，燃氣中剩下的很少部分能量在尾噴管中膨脹，產生一小部分推力 。,渦輪螺旋槳發(fā)動機,渦輪螺旋槳發(fā)動機由于有直徑較大的螺旋槳，所以飛行速度受到限制，一般用于M=0.5～0.7的飛機上

17、。但是，由于它的排氣能量損失少，推進效率高，所以耗油率低。本世紀50年代研制的運輸機上采用這種發(fā)動機的較多，目前其仍是支線旅客機的主要動力。,渦輪軸發(fā)動機,渦輪軸發(fā)動機是直升機的動力，其工作原理和結構基本與渦輪螺旋槳發(fā)動機相同。不同的是其燃氣發(fā)生器排出的燃氣能量幾乎全部在動力渦輪中膨脹，由噴管排出時，氣流速度很低；另外，其輸出軸轉速較高，有的渦輪軸發(fā)動機由動力渦輪直接輸出軸功率，有的則裝有減速較小的減速器。,可轉噴口的渦輪噴氣（渦扇）發(fā)

18、動機,可轉噴口的渦噴/渦扇發(fā)動機通常用于垂直起降飛機，由于其噴口可轉向提供沿垂直方向的推力，同時還需利用機頭、機尾、翼尖的噴口來進行姿態(tài)控制。 英國的鷂式、俄羅斯的雅克-38、雅克-141、美國的F-35都采用了這類發(fā)動機。,火箭發(fā)動機,概 述,火箭發(fā)動機的基本參數(shù),火箭發(fā)動機的類型,火箭發(fā)動機,火箭發(fā)動機的特點是不僅自帶燃燒劑而且自帶氧化劑。燃燒劑和氧化劑統(tǒng)稱為推進劑。由于火箭發(fā)動機的工作不依靠空氣，因此它是大氣層以外

19、飛行和宇宙航行的主要動力裝置。,概 述,火箭發(fā)動機,一 推力,二 沖量、總沖,三 比沖、比推力,火箭發(fā)動機的基本參數(shù),火箭發(fā)動機,火箭發(fā)動機的推力是作用在發(fā)動機內外表面各種力的合力 。,發(fā)動機的沖量決定于推力的大小和工作時間的長短。定義為推力對工作時間的積分。,比沖是指火箭發(fā)動機燃燒一千克質量推進劑所產生的沖量 。,1 推力,2 沖量、總沖,3 比沖、比推力,火箭發(fā)動機,一 液體火箭發(fā)動機,二 固體火箭發(fā)動機,三 固

20、液混合火箭發(fā)動機,火箭發(fā)動機的類型,火箭發(fā)動機,按推進劑組元的數(shù)目，可分為單組元、雙組元和三組元液體火箭發(fā)動機。雙組元液體火箭發(fā)動機的推進劑包括燃燒劑和氧化劑；工作時，專門的輸送系統(tǒng)分別將它們送進燃燒室。所以液體火箭發(fā)動機包括推進劑輸送系統(tǒng)、流量調節(jié)控制活門、推力室、冷卻系統(tǒng)和固定零部件的發(fā)動機架。,液體火箭發(fā)動機,液體火箭發(fā)動機由液體燃料輸送系統(tǒng)、燃燒室、噴管組成。燃料劑和氧化劑在燃燒室氣化、混合、燃燒，從噴管噴出產生推進力。,液體

21、發(fā)動機組成及工作原理,火箭發(fā)動機,擠壓式：通過高壓氣體的壓力作用推動燃料劑和氧化劑進入燃燒室燃燒。 泵式： 使用外部動力驅動燃燒劑泵和氧化劑泵來輸送推進劑。,推進劑輸送系統(tǒng),火箭發(fā)動機,推力室噴注器：將燃料劑和氧化劑氣化噴射進入燃燒室。燃燒室：引燃氣態(tài)的燃料劑和氧化劑，使其燃燒產生動力。噴管：導出燃燒后的氣體產生推進力。推進劑對液體推進劑要求：能量高可獲得高比沖或高比沖密度，有良好的物理和化學安定性，無毒性和金屬腐蝕性，有

22、一種傳熱性好可用于冷卻推力室的組元，粘度小，燃燒性好，成本低。推進劑分氧化劑和燃燒劑。氧化劑：液氧、硝酸、過氧化氫等。燃燒劑：液氫、航空煤油、肼及其衍生物等。,火箭發(fā)動機,固體火箭發(fā)動機的主要特征之一是推進劑直接充填在燃燒室內；推進劑燃燒產生能量，同時燃燒產物又作為工質經噴管排出產生推力。,推進劑的種類常用的有膠體推進劑和復合推進劑。推進劑的燃燒方式目前有三種：端面燃燒、側面燃燒、端側面同時燃燒。,火箭發(fā)動機,固體火箭發(fā)動機,固液混合

23、式火箭發(fā)動機兼有二者的優(yōu)點。其液體部分通常使用擠壓式燃料輸送法，輸送氧化劑與固體燃料反應產生動力。,火箭發(fā)動機,固液火箭發(fā)動機,脈動式噴氣發(fā)動機,沖壓式噴氣發(fā)動機,脈動式、沖壓式發(fā)動機,工作時，先把空氣壓入活門裝置內與燃料混合燃燒，燃燒后燃燒的壓力將活門關閉。燃氣噴出后燃燒室內的壓力小于外界大氣壓，壓差的作用將活門自動打開，空氣再進入燃燒室循環(huán)工作。,脈動式發(fā)動機,空氣先經進氣道擴壓后，速度下降、壓力提高，壓縮后的空氣與噴油咀噴出的燃油