(2.5)--第05章 航空动力装置航空概论.pdf

Binzhou University Flight College第第5章章 航空动力装置航空动力装置 Flight College航空概论25.1 航空动力装置概述航空动力装置概述为航空器提供动力，推动航空器前进的装置称为航空发动机，又叫航空动力装置，其包括发动机本身以及保证发动机正常工作的附件及系统，如燃油系统、冷却系统、滑油系统、螺旋桨等。Flight College航空概论35.1 航空动力装置概述航空动力装置概述5.1.1航空发动机的分类发动机是一种将某种能量转换成机械功的动力装置。根据能量来源的不同可分为热力发动机、水力发动机、电力发动机、原子能发动机等。根据能量转换规律航空发动机可分为两大类型：活塞式发动机和喷气式发动机，如图5.1。图5.1 航空发动机分类 Flight College航空概论45.1 航空动力装置概述航空动力装置概述5.1.2 对航空发动机的要求航空发动机性能的好坏和工作稳定性直接影响飞行安全、飞机的性能和航空公司营运经济效益，因此对发动机有一些基本的要求。主要指标包括性能、可靠性、维修性、寿命等。Flight College航空概论55.2 航空活塞式发动机航空活塞式发动机由于活塞式发动机具有燃油消耗率低、运行成本低、工作可靠等特点，在喷气式发动机发明之前的近半个世纪内，是唯一可用的航空动力装置。目前仍广泛应用于飞行训练用的教练机、施肥与灭虫用的农业机、灭火救生用的直升机、旅游用的轻型客机、特技飞行的各种飞机等等。Flight College航空概论65.2 航空活塞式发动机航空活塞式发动机5.2.1 种类航空活塞发动机类型众多，可以不同角度进行划分。1.按油气混合物配制方式 按油气混合物配制方式，分为化油器式（汽化器式）和喷油式航空活塞发动机。2.按冷却方式 按冷却方式，分为液冷式和气冷式两种。3.按是否带增压 按是否带增压器，分为自然吸气式和增压式发动机。4.按有无减速器 按曲轴与螺旋桨之间有无减速器，分为直接驱动和非直接驱动的发动机。Flight College航空概论75.2 航空活塞式发动机航空活塞式发动机5.按汽缸排列形式按汽缸排列形式，分为直列式和星型发动机。如图5.2。图5.2 星型发动机 Flight College航空概论85.2 航空活塞式发动机航空活塞式发动机5.2.2主要组件航空活塞式发动机的主要组件包括汽缸、活塞、连杆、曲轴、火花塞和气门等，如图5.3。图5.3 主要组件 Flight College航空概论95.2 航空活塞式发动机航空活塞式发动机1.汽缸汽缸呈圆筒形，固定在机匣上，其内壁是燃烧室的组成部分。2.活塞活塞承受混合气燃烧后的压力，在汽缸中做往复运动。如图5.4。图5.4 活塞及涨圈 Flight College航空概论105.2 航空活塞式发动机航空活塞式发动机3.连杆和曲轴活塞和曲轴由连杆相连，从而将活塞的直线运动转变为曲轴的旋转运动，并将从每个汽缸获得的功传输到螺旋桨，两者又称曲拐机构。4.火花塞又称电嘴，火花塞的功能是适时高压放电，点燃汽缸中的新鲜的油气混合物。Flight College航空概论115.2 航空活塞式发动机航空活塞式发动机5.气门机构如图5.5，气门机构由进气门、排气门、进排气凸轮轴、推杆、摇臂等组成。图5.5 气门机构 Flight College航空概论125.2 航空活塞式发动机航空活塞式发动机5.2.3工作原理1.基本术语（1）上死点。如图5.6。（2）下死点。（3）活塞行程。（4）全体积。（5）工作体积。（6）余隙体积。（7）压缩比。图5.6 上、下死点 Flight College航空概论135.2 航空活塞式发动机航空活塞式发动机2.工作原理航空活塞式发动机的基本工作原理如图5.7所示，一个工作循环由进气、压缩、膨胀和排气四个冲程组成。图5.7 四冲程活塞发动机的工作 Flight College航空概论145.2 航空活塞式发动机航空活塞式发动机5.2.4 辅助系统航空活塞发动机正常工作过程中，除了需要上述基本组件外，还需要辅助系统配合才能持续运转。这些辅助系统主要包括点火系统、燃油系统、滑油系统、冷却系统等。Flight College航空概论155.2 航空活塞式发动机航空活塞式发动机1.点火系统航空活塞发动机的点火系统主要包括磁电机、火花塞（电嘴）、磁电机开关、高压导线等，如图5.8。图5.8 点火系统的组成 Flight College航空概论165.2 航空活塞式发动机航空活塞式发动机（1）磁电机的工作磁电机是产生高压电的自备电源，在航空活塞式发动机工作时用来产生高压电，并按各汽缸的点火次序将高压电输送至各个汽缸的电嘴，供产生电火花之用。如图5.9。图5.9 磁电机的组成 Flight College航空概论175.2 航空活塞式发动机航空活塞式发动机（2）火花塞又称电嘴，主要由中央极、旁极、外壳、绝缘体、钢芯杆等组成，用来产生电火花，如图5.10。影响其工作的因素主要包括火花塞间隙、火花塞挂油积炭受潮和火花塞温度。图5.10 火花塞的组成 Flight College航空概论185.2 航空活塞式发动机航空活塞式发动机2.启动系统现代航空活塞式发动机是由启动机直接带动发动机曲轴旋转而启动。如图5.11，根据飞机用电系统设计的不同，启动电源一般使用直流24V或直流12V电源。图5.11 启动系统原理图 Flight College航空概论195.2 航空活塞式发动机航空活塞式发动机3.燃油系统燃油系统的作用是储油和供油，供给发动机适量的燃油，并促使燃油雾化、汽化，与空气混合均匀，形成混合比适当的混合气，满足发动机各种工作状态的需要。目前航空活塞发动机常用的燃油系统有化油器式和喷油式两种。Flight College航空概论205.2 航空活塞式发动机航空活塞式发动机（1）化油器式燃油系统，主要由油箱、油滤、油泵、启动油泵和化油器等组成，如图5.12。图5.12 化油器式燃油系统 Flight College航空概论215.2 航空活塞式发动机航空活塞式发动机（2）喷油式燃油系统，主要由油箱、油滤、油泵、启动油泵、压力油泵、喷油嘴和混合比调节器等附件组成，图5.13。图5.13 喷油式燃油系统 Flight College航空概论225.2 航空活塞式发动机航空活塞式发动机4.润滑系统为减轻摩擦，避免机件过热，设置润滑系统。其主要任务是把数量足够和黏度适当的滑油循环不息地输送至各摩擦面上，使机件得到良好的润滑和冷却。（1）润滑方式目前，航空活塞式发动机机件的润滑方式主要有两种，即泼溅润滑和压力润滑。Flight College航空概论235.2 航空活塞式发动机航空活塞式发动机（2）滑油系统的工作根据滑油储存方式的不同，将润滑系统分为湿机匣润滑系统和干机匣润滑系统。以湿机匣润滑系统为例，如图5.14所示。图5.14 湿机匣润滑系统 Flight College航空概论245.2 航空活塞式发动机航空活塞式发动机5.冷却系统 航空活塞式发动机冷却的目的就是保持汽缸头温度在规定的范围内。（1）两种冷却系统 以空气为冷却剂的冷却系统，称为气冷式冷却系统；以液体为冷却剂的冷却系统，称为液冷式冷却系统。（2）冷却系统的工作 以气冷式冷却系统为例。其主要由散热片、导风板、整流罩和风门（鱼鳞板）等组成。（3）影响汽缸温度的因素及其调节 汽缸温度的高低，取决于汽缸内燃气传给汽缸壁的热量和散热空气所能带走的热量。Flight College航空概论255.3 航空燃气涡轮发动机航空燃气涡轮发动机与航空活塞发动机相比，燃气涡轮发动机具有推重比高、速度性能好等显著优点，迅速成为民航运输市场的主流动力装置。5.3.1 航空燃气涡轮发动机的种类目前，在民用飞机上使用的燃气涡轮发动机主要有涡轮螺桨发动机、涡轮风扇发动机和涡轮轴发动机。Flight College航空概论265.3 航空燃气涡轮发动机航空燃气涡轮发动机1.燃气涡轮喷气发动机图5.15所示为燃气涡轮喷气发动机的示意图。图5.15 涡轮喷气发动机 Flight College航空概论275.3 航空燃气涡轮发动机航空燃气涡轮发动机2.涡轮螺旋桨发动机涡喷发动机速度高、推力大，适合较高速度飞行的飞机。如图5.16。图5.16 双转子涡桨发动机 Flight College航空概论285.3 航空燃气涡轮发动机航空燃气涡轮发动机3.涡轮轴发动机涡轮轴发动机采用两套涡轮，一套带动压气机，而另一套则是专门输出功率的自由涡轮，也称动力涡轮，如图5.17所示。图5.17 涡轴发动机 Flight College航空概论295.3 航空燃气涡轮发动机航空燃气涡轮发动机4.涡扇发动机采用涡轮风扇发动机，这将显著提高飞机的速度、高度、航程和经济性。增加桨叶数目和排数，并将所有桨叶叶片包在机匣内，构成风扇。如图5.18。图5.18 典型涡扇发动机 Flight College航空概论305.3 航空燃气涡轮发动机航空燃气涡轮发动机涡扇发动机与涡喷发动机相比，具有以下几个特点：（1）起飞、复飞推力大（2）发动机的总效率高，经济性好（3）排气噪音低 Flight College航空概论315.3 航空燃气涡轮发动机航空燃气涡轮发动机还有一种经济性更好的新型民航动力装置桨扇发动机，如图5.19所示。图5.19 桨扇发动机 Flight College航空概论325.3 航空燃气涡轮发动机航空燃气涡轮发动机图5.20所示为各种类型的空气喷气发动机大致的适用范围：直升机使用的涡轮轴发动机；涡轮螺旋桨发动机；涡轮风扇发动机；涡轮喷气发动机；加力式涡轮喷气发动机和加力式涡轮风扇发动机；超音速冲压式喷气发动机和组合式发动机。图5.20 各类发动机的适用范围 Flight College航空概论335.3 航空燃气涡轮发动机航空燃气涡轮发动机5.3.2燃气涡轮发动机的基本组成及工作涡喷发动机主要由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成，如图5.18。图5.18 涡轮喷气式发动机 Flight College航空概论345.3 航空燃气涡轮发动机航空燃气涡轮发动机1.进气道进气道是发动机的进气通道，它的主要作用是整理进入发动机的气流，把足够的外界空气，以较小的流动损失供给发动机所需要的空气量。2.压气机在常压下，燃油与空气混合燃烧后，释放出的热能转换成机械能的效率很低，因此在航空燃气涡轮发动机中，通过压气机增压来提高能量的转换效率。3.燃烧室燃烧室的功用是将空气和燃油混合并燃烧释放热量，便于燃气在涡轮中膨胀做功。燃烧室常用的有3种类型：单管燃烧室、环管燃烧室和环形燃烧室。Flight College航空概论355.3 航空燃气涡轮发动机航空燃气涡轮发动机4.涡轮涡轮的功用是将燃烧室出口的高温、高压气体的能量转变为机械能，带动压气机和发动机附件，在涡桨和涡轴发动机中，还用来带动螺旋桨或旋翼。5.尾喷管尾喷管是发动机的排气系统，将涡轮排出的燃气以一定的速度和方向排入大气。Flight College航空概论365.3 航空燃气涡轮发动机航空燃气涡轮发动机5.3.3 燃气涡轮发动机的关键参数1.涡轮前燃气总温涡轮前燃气总温在单转子发动机中用符号T3*表示，它是燃气涡轮发动机中最重要、最关键的一个参数，也是受限制的一个参数。2.发动机排气温度发动机的排气温度T4*，用符号EGT表示，一般它是低压涡轮后燃气的总温。3.发动机的压力比发动机的压力比（EPR）通常表示为涡轮后的总压与压气机进口处的总压之比。4.涵道比涵道比是涡扇发动机外涵道和内涵道的空气流量之比，又称流量比。Flight College航空概论37思考题1.试说明发动机的分类及各类发动机的特点？2.试述活塞式发动机的主要组成及工作原理。3.燃气涡轮发动机的种类有哪些？4.燃气涡轮发动机的关键参数有哪些？5.燃气涡轮发动机的基本组成及工作过程？