涡扇发动机

《涡扇发动机》由会员分享，可在线阅读，更多相关《涡扇发动机（11页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、涡扇发动机下图就是涡喷发动机:进气道 压气机 燃烧室 涡轮机 喷口由于涡轮喷气发动机的推进效率低，能量损失大，耗油率高，因此，为提高推进效率，在带动压气机的涡轮之后，又加一个涡轮，用来带动对内外涵道气体同时进行增压的压气机（通常叫做风扇）。这样的发动机，就叫做涡轮风扇发动机。流入涡轮风扇发动机的空气在风扇中增压后，一部分由燃气发生器中流过，称为内涵气流；一部分由围绕燃气发生器外壳的外涵中流过，称为外涵气流，发动机推力由内、外涵气流分别产生的推力组成。涡扇发动机具有耗油率低、起飞推力大、噪音低、迎风面积大等特点，在现代飞机上得到广泛的应用。其中高推重比、带加力燃烧室的低流量比涡扇发动机，被作为空

2、中优势战斗机的动力；而大流量比（5-8）、大推力的涡扇发动机则用于大型宽体客机和战略远程巨型运输机上。下图就是涡扇发动机:进气道 压气机 燃烧室 涡轮机 喷口风扇外涵道内涌道军用的涡扇发动机外涵道小了很多.结构上与上图基本相同.下图就军用与民用涡扇发动机对比图:以下首先讨论涡轮轴发动机:航空涡轮轴发动机倾压气利问釜酒烧炭统戏融温轮棚贫动机5白由就if涮轮的)涡轮轴发动机主要是用于直升机上的，基本同于涡桨发动机，只是燃气发生器排出的燃气能量，几乎全部在动力涡轮中膨胀，由尾喷管排出时，气流速度较低，另外，它的输出轴转速较高，以减少由发动机传至直升机主减速器的传动扭矩，使输出轴的直径与重量较小。为此

3、，有的涡轴发动机由动力涡轮轴直接输出功率，有的则装有减速较小的减速器，使输出轴转速高达6000-8000转/分。涡轮轴发动机也可以作为非航空领域中的动力。航空涡轮轴发动机，或简称为涡铀发动机，是一种输出轴功率的涡轮喷气发动机。法国是最先研制涡 轴发动机的国家。50年代初，透博梅卡公司研制成一种只有一级离心式叶轮压气机、两级涡轮的单转于、 输出轴功率的直升机用发动机，功率达到了 206kW(280hp)， 成为世界上第一台直升机用航空涡轮轴发动 机，定名为“阿都斯特一l”(Artouste1)。首先装用这种发动机的直升机是美国贝尔直升机公司生产的Bell47(编号为XH13F)，于1954年进行

4、了首飞。涡轴发动机的主要机件与一般航空喷气发动机一样，涡轴发动机也有进气装置、压气机、燃烧室、涡轮及排气装置等五大机件，涡轴发动机典型结构如下图所示。II由柄伦 / /-i涡抡轴发磁机结构助力蝴出进气装置由于直升机飞行速度不大，一般最大平飞速度在350km/h以下，故进气装置的内流进气道采用收敛 形，以便气流在收敛形进气道内作加速流动，以改善气流流场的不均匀性。进气装置进口唇边呈圆滑流 线，适合亚音速流线要求，以避免气流在进口处突然方向折转，引起气流分离，为压气机稳定工作创造一 个好的进气环境。有的涡轴发动机将粒子分离器与进气道设计成一体，构成“多功能进气道”，以防止砂粒 进入发动机内部磨损机

5、件或者影响发动机稳定工作，这种多功能进气道利用惯性力场，使含有砂粒的空气 沿着一定几何形状的通道流动。由于砂粒质量较空气大，在弯道处使砂粒获得较大的惯性力，砂粒便聚集 在一起并与空气分离，排出机外（见下图）。压气机的主要作用是将从进气道进入发动机的空气加以压缩，提高气流的压强，为燃烧创造有利条 件。根据压气机内气体流动的特点，可以分为轴流式和离心式两种。轴流式压气机，面积小、流量大；离 心式结构简单、工作较稳定。涡轴发动机的压气机，其结构形式几经演变，从纯轴流式、单级离心、双级 离心到轴流与离心混装一起的组合式压气机。当前，直升机的涡轴发动机大多采用的是若干级轴流加一级 离心所构成的组合压气机

6、。例如，国产涡轴6、涡轴8发动机为l级轴流加1级离心构成的组合压气机；“黑 鹰”直升机上的T700发动机其压气机为5级轴流加上l级离心。压气机部件主要由进气导流器、压气机转 子、压气机静子及防喘装置等组成。压气机转子是一个高速旋转的组合件，轴流式转子叶片呈叶栅排列安 装在工作叶轮周围，离心式转子叶片则呈辐射形状铸在叶轮外部，见下图。压气机静于由压气机壳体和静 止叶片组成。转于旋转时，通过转子叶片迫使空气向后流动，不仅加速了空气，而且使空气受到压缩，转 于叶片后面的空气压强大于前面的压强。气流离开转于叶片后，进入起扩压作用的静于叶片。在静于叶片 的通道、空气流速降低，压强升高，得到进一步压缩。一

7、个转子加一个静于称为一级。衡量空气经过压气 机被压缩的程度，常用压缩后与压缩前的压强之比，即增压比来表示。增压比是评估压气机性能的重要指标。现代直升机装用的涡轴发动机，要求压气机的总增压比越来越 高，有的已使增压比达到20，以使发动机获取尽可能高的热效率和轴功率。喘振是压气机的一种有害、不稳定工作状态。当压气机发生喘振时，空气流量、空气压力和速度发生 骤变，甚至可能出现突然倒流现象。喘振的形成通常由于进气方向不适，引起 压气机叶片中的气流分离并 失速。喘振的后果，轻者降低发动机功率和经济性，重者引起发动机机械损伤或者使燃烧室熄火、停车。 为防止发动机发生喘振，保证压气机稳定可靠地工 作，可在压

8、气机前面采用角度可变的导流片，也可在压 气机中部通道处设置放气装置。除了在发动机结构设计时要考虑采取防喘措施外，还要求飞行使用中注意 避免因为操纵不当致使压气机发生喘振。燃烧室燃烧室是发动机内燃油与空气混合、燃烧的地方。燃烧室一般由外壳、火焰筒组成，气流进口处还设 有燃油喷嘴，起动时用的喷油点火器也装在这里。燃烧室的工作条件十分恶劣，由于气体流速很散一般流 速为50 一 100m / s之间），混合气燃烧如大风中点火，因此保持燃烧稳定至关重要。为了保证稳定燃烧， 在燃烧室结构设计上采取气流分流和火焰稳定等措施（见下图）。经过压气机压缩后的高压空气进入燃烧室，被火焰筒分成内、外两股，大部分空气在

9、火焰筒外部，沿 外部通道向后流动，起着散热、降温作用；小部分空气进入火焰筒内与燃油喷嘴喷出（或者甩油盘甩出）的 燃油混合形成油气混合气，经点火燃烧成为燃气，向后膨胀加速，然后与外部渗入火焰筒内的冷空气掺 合，燃气温度平均可达1500C，流速可达230m/s，高温、高速的燃气从燃烧室后部喷出冲击涡轮装置。工作时，先靠起动点火器点燃火焰筒内的混合气，正常工作时靠火焰筒内的燃气保持稳定燃烧。由于燃烧室的零件工作在高温、高压下，工作中常出现翘曲、变形、裂纹、过热烧穿等故障，为此燃烧室采用热强度高、热塑性好的耐高温合金。按照燃气在燃烧室的流动路线，燃烧室可分为直流和回流式两种。直流燃烧室形状细且长，燃气

10、流动 阻力小，回流燃烧室燃气路线回转，燃气流动阻力大，但可使发动机结构紧凑，缩短转于轴的长度，使发 动机获得较大的整体刚度。图2. 2-34为国产祸轴8发动机的燃烧室，是介于以上两者之间的一种折流 燃烧室，使燃气折流适应甩油盘甩出燃油的方向，以提高燃油雾化质量及燃烧室工作效率。涡轮涡轮的作用是将高温、高压燃气热能转变为旋转运动的机械能。它是涡抽发动机的主要机件之一，要求尺寸小、效率高。涡轮通常由静止的导向叶片和转动的工作叶轮组成。和压气机恰好相反，祸轮的导向叶片在前，工作叶片在后。从燃烧室来的燃气，先经过导向叶片、由于叶片间收敛形通道的作用，提高速度、降低压强，燃气膨胀并以适当的角度冲击工作叶

11、轮，使叶轮高速旋转。现代涡轴发动机进入涡轮前的温度可高达1500C，涡轮转速超过50000r/min。由于涡轮工作时要承受巨大的离心力和热负荷，所以涡轮一般选用耐高温的高强度合金钢，此外，还要为祸轮的散热和轴承的润滑进行周密设计。带粒子分离器的进气道图2.2-30发动机结构图燃气发生器和 燃哓室与一般涡轮喷气发动机不同，直升机用涡轴发动机的涡轮既要带动压气机转动，又要带动旋翼、尾桨 工作。现在大多数涡轴发动机将涡轮分为彼此无机械连接的前、后两段，见上图。前段带动压气机工作， 构成发动机的燃气发生器转子；后段作为动力轴，即自由涡轮，输出铀功率带动旋翼、尾桨等部件工作。 前、后两段虽不发生机械连接

12、关系，却有着气体动力上的联系，可以使得燃气发生器涡轮与自由涡轮在气 体热能分配上随飞行条件改变作适当调整，这样就能使涡轴发动机性能与直升机旋翼性能在较宽裕的范围 内得到优化组。排气装置根据涡轴发动机工作特点，一般排气装置呈圆筒扩散形，以便燃气在自由涡轮内充分膨胀作功，使燃气热能尽可能多地转化为轴功率。现代涡轴发动机的排气装置能做到使95%以上的燃气可用膨胀功通过自由祸轮转变为轴功率，而余下不到5%的可用膨胀功仍以动能形式向后嚎出转变为推力。发动机排气装置历排出的热流是直升机主要热辐射源之一，其热辐射的强度与排气热流、的温度和温度场的分布有关。现代军用直升机为了在战场上防备敌方红外制导武器的攻击，减小自身热辐射强度，采用红外抑制技术。该技术除设法降低发动机外露热部件的表面温度外，主要是将外界冷空气引入排气装置内，掺进高温徘气热流中，降低温度并冲淡徘气热流中所含二氧化氯的浓度，以降低红外信号源能量。先进的红外抑制技术往往要将排气装置、冷却空气道以及发动机的安装位置通盘考虑，形成了一个完整、有效的红外抑制系统.（见下图）。辅助进气装置螺桨风扇发动机分为螺桨前置和后置二种，下图是后置的:前置的：使用螺桨风扇发动机的俄罗斯安一70运输机开创了民用运输动力系统的新纪元。它用的发动机基本上还是与涡轮轴发动机相拟.