航空发动机压气机盘(航空压气机的工作原理)

海潮机械 2023-01-17 13:31 编辑:admin 188阅读

1. 航空压气机的工作原理

活塞式航空发动机

是早期在飞机或直升机上应用的航空发动机,用于带动螺旋桨或旋翼。大型活塞式航空发动机的功率可达2500千瓦。后来为功率大、高速性能好的燃气涡轮发动机所取代。但小功率的活塞式航空发动机仍广泛地用于轻型飞机、直升机及超轻型飞机。

燃气涡轮发动机

这种发动机应用最广。包括涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机,都具有压气机、燃烧室和燃气涡轮。涡轮螺旋桨发动机主要用于时速小于800千米的飞机;涡轮轴发动机主要用作直升机的动力;涡轮风扇发动机主要用于速度更高的飞机;涡轮喷气发动机主要用于超音速飞机。

冲压发动机

其特点是无压气机和燃气涡轮,进入燃烧室的空气利用高速飞行时的冲压作用增压。它构造简单、推力

大,特别适用于高速高空飞行。由于不能自行起动和低速下性能欠佳,限制了应用范围,仅用在导弹和空中发射的靶弹上。

其他

上述发动机均由大气中吸取空气作为燃料燃烧的氧化剂,故又称吸空气发动机。其他还有火箭发动机、脉冲发动机和航空电动机。火箭发动机的推进剂(氧化剂和燃烧剂)全部由自身携带,燃料消耗太大,不适于长时间工作,一般作为运载火箭的发动机,在飞机上仅用于短时间加速(如起动加速器)。脉冲发动机主要用于低速靶机和航空模型飞机。由太阳电池驱动的航空电动机仅用于轻型飞机,尚处在试验阶段。

2. 航空发动机压气机盘焊接

tc11是钛合金

TC11钛合金是一种Ti-Al-Mo-Zr-Si系马氏体型α+β两相钛合金,它不仅具有较高的室温、高温拉伸和蠕变强度,还具有良好的工艺性能,可进行热加工、焊接和各种形式的机加工等,TC11钛合金生产的产品有棒材、环材、锻件和模锻件等。主要用于制造工作温度在500℃以下的航空发动机压气机盘、叶片和鼓筒等零件,也可用于制作飞机结构件,是目前航空工业上应用最广泛的钛合金之一。

3. 航空发动机压气机盘寿命评估进展

F100涡轮风扇发动机是美国普拉特·惠特尼公司研发的第四代航空发动机,型号很多,以F100-PW-100为例,21个可变弯度的进口导流叶片;3级轴流式风扇,最大转速10400r/min;10级轴流式压气机,最大转速13450r/min,压比8.0,总寿命4000h;短环形燃烧室,电容器放电点火;2级轴流式高压涡轮;2级轴流式低压涡轮;最大加力推力10590N,中间推力6520N,加力耗油率2.31kg/N*h,最大连续耗油率0.720kg/N*h,推重比7.8。

4. 飞机发动机压缩空气

变成1立方时压力值的2倍。不明白的可以搜索:理想气体方程、波义耳-马略特定律。注意压力指的是“绝对压力”。完全真空的情况下,绝对压力才等于0。温度为0℃、纬度45度海平面上(详细的参考“一个标准大气压”),这样的空气的绝对压力值是101.3kPa。跟其体积无关。取上述空气1立方米,压缩到0.5立方米。绝对压力值就变成了202.6kPa。

5. 飞机发动机压气机

飞机发动机的压气机一般分为两种:一种为轴流式压气机,另一种是离心式压气机,还有部分发动机例如冲压式发动机和脉冲式发动机,它们本身不带压气机。

轴流式压气机从测剖面看来是一个圆台形,进气口大,出气口连接燃烧室。中间是多级叶片,它的原理就像多个电扇串联把空气推动到一个较小的空间以压缩空气。

当发动机处于一些非正常工作状态例如在低速开启反推系统,喷出的热尾气被吸入造成与冷空气压强不一致使空气倒流,从而给飞机反作用力,做出机动动作。

6. 航空发动机 压气机

涡喷发动机

涡喷发动机原理

涡扇和涡桨都是在涡喷发动机的基础上发展而来的,所以我们先说说涡喷发动机。空气先进入发动机后,先由许多叶片构造的压气机将空气压缩,而后进入燃烧室与航空煤油等燃料混合燃烧,成为高温高压的燃气气体后推动一级或多级涡轮高论转动再次增压后并由尾喷管向后高速喷出,对发动机形成一个向前反作用力,推动飞机向前飞行,这就是最早的“涡轮喷气发动机”,简称涡喷发动机。由于涡喷发动机的全部动力都来源于燃烧室燃烧后由涡轮增压的高温高压气体,所以具有功率高、高空高速的优点,但是由于全部气体都需要燃料混合加热,所以油耗高、经济性较差、低速性能差是它的缺点。涡喷发动机一般用于对速度有严格要求的飞行器上,早期喷气式战斗机和截击机上有大量使用。

前苏联的米格—25高空超音速战斗机就使用留里卡设计局的涡喷发动机创造了3.3马赫和37250米的升限记录。

涡扇发动机

由于涡喷发动机的油耗过高和低速性能差的缺点,人们进一步发展了喷气发动机。科学家们在涡喷发动机前面加了一个大风扇,形成了“涡轮风扇发动机”,简称“涡扇发动机”进入发动机的空气首先要通过风扇,一部分从增压机和燃烧室的边缘流过然后直接从后喷出,称之为“外涵气流”。

另一部分空气跟涡喷发动机一样流入增压机和燃烧室再高速喷出,称之为“内涵气流”。这两者共同形成发动机的推力,两者的气流比称之为“涵道比”,涡扇和涡喷最主要的区别就是涡扇发动机的动力更加多样,不单纯依靠高温高压气体,还有不需要加热和增压的外涵气流。

这就使得涡扇发动机的燃油经济性更好,并且发动机更加安静而且具备了不逊于涡喷发动机的推力,但是涡扇发动机过于依赖外涵气流和结构复杂也导致了其高空高速性能不佳和制造难度大的缺点。现代涡扇发动机很多都在风扇后安装了“加力燃烧室”,可以在短时间内提高增大发动机的推力,主要用于飞机超音速飞行。作为涡扇发动机最重要的参数之一,涵道比大(也就是外涵气流比例大)的涡扇发动机一般用于对速度要求不高但对经济性要求高的民航客机和运输机,涵道比小的(内涵气流比例大)主要用于对速度要求高的战斗机和轰炸机。

涡桨发动机

为了进一步的提高喷气发动机的燃烧效率和经济性,有人在涡扇发动机的基础上进一步改进,用一个螺旋桨代替了原有的风扇,这就成了“涡轮螺旋桨发动机”,简称“涡桨发动机”。

由于螺旋桨的面积比涡扇大得多,因此进气量也大得多,而且外涵气流比内涵气流大得多,主要动力来源于通过螺旋桨后的外涵气流,只有大约百分之五的动力来源于内涵气流向后喷射带来的动力。涡桨发动机就相当于一个超高涵道比的涡扇发动机,因此耗油极低、经济性极佳。但是由于螺旋桨的转动速度比涡扇低很多,因此涡桨发动机在低速性能好,高速性能却不行,因此一般适用于支线客机和战术运输机。而由于涡桨发动机的体积较大且不利于隐身和安装附挂武器,因此也不适用于现代的战斗机和轰炸机。