航空发动机工作温度(航空发动机压气机温度)

海潮机械 2023-01-29 18:18 编辑:admin 185阅读

1. 航空发动机压气机温度

一、战斗机涡扇喷气发动机的工作原理现代涡轮喷气发动机的结构由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成,战斗机的涡轮和尾喷管间还有加力燃烧室。涡轮喷气发动机仍属于热机的一种,就必须遵循热机的做功原则:在高压下输入能量,低压下释放能量。因此,从产生输出能量的原理上讲,喷气式发动机和活塞式发动机是相同的,都需要有进气、加压、燃烧和排气这四个阶段,不同的是,在活塞式发动机中这4个阶段是分时依次进行的,但在喷气发动机中则是连续进行的,气体依次流经喷气发动机的各个部分,就对应着活塞式发动机的四个工作位置。

空气首先进入的是发动机的进气道,当飞机飞行时,可以看作气流以飞行速度流向发动机,由于飞机飞行的速度是变化的,而压气机适应的来流速度是有一定的范围的,因而进气道的功能就是通过可调管道,将来流调整为合适的速度。在超音速飞行时,在进气道前和进气道内气流速度减至亚音速,此时气流的滞止可使压力升高十几倍甚至几十倍,大大超过压气机中的压力提高倍数,因而产生了单靠速度冲压,不需压气机的冲压喷气发动机。

进气道后的压气机是专门用来提高气流的压力的,空气流过压气机时,压气机工作叶片对气流做功,使气流的压力,温度升高。在亚音速时,压气机是气流增压的主要部件。

从燃烧室流出的高温高压燃气,流过同压气机装在同一条轴上的涡轮。燃气的部分内能在涡轮中膨胀转化为机械能,带动压气机旋转,在涡轮喷气发动机中,气流在涡轮中膨胀所做的功正好等于压气机压缩空气所消耗的功以及传动附件克服摩擦所需的功。经过燃烧后,涡轮前的燃气能量大大增加,因而在涡轮中的膨胀比远小于压气机中的压缩比,涡轮出口处的压力和温度都比压气机进口高很多,发动机的推力就是这一部分燃气的能量而来的。

从涡轮中流出的高温高压燃气,在尾喷管中继续膨胀,以高速沿发动机轴向从喷口向后排出。这一速度比气流进入发动机的速度大得多,使发动机获得了反作用的推力。

一般来讲,当气流从燃烧室出来时的温度越高,输入的能量就越大,发动机的推力也就越大。但是,由于涡轮材料等的限制,目前只能达到1650K左右,现代战斗机有时需要短时间增加推力,就在涡轮后再加上一个加力燃烧室喷入燃油,让未充分燃烧的燃气与喷入的燃油混合再次燃烧,由于加力燃烧室内无旋转部件,温度可达2000K,可使发动机的推力增加至1.5倍左右。其缺点就是油耗急剧加大,同时过高的温度也影响发动机的寿命,因此发动机开加力一般是有时限的,低空不过十几秒,多用于起飞或战斗时,在高空则可开较长的时间。

随着航空燃气涡轮技术的进步,人们在涡轮喷气发动机的基础上,又发展了多种喷气发动机,如根据增压技术的不同,有冲压发动机和脉动发动机;根据能量输出的不同,有涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机和螺桨风扇发动机等。

喷气发动机尽管在低速时油耗要大于活塞式发动机,但其优异的高速性能使其迅速取代了后者,成为航空发动机的主流二、航天火箭发动机迄今为止,人类从事的最神奇的事业就是太空探索了。它的神奇之处很大程度上是因为它的复杂性。太空探索是非常复杂的,因为其中有太多的问题需要解决,有太多的障碍需要克服。所面临的问题包括: 太空的真空环境 热量处理问题 重返大气层的难题 轨道力学 微小陨石和太空碎片 宇宙辐射和太阳辐射 在无重力环境下为卫生设施提供后勤保障 但在所有这些问题中,最重要的还是如何产生足够的能量使太空船飞离地面。于是火箭发动机应运而生。 一方面,火箭发动机是如此简单,您完全可以自行制造和发射火箭模型,所需的成本极低(有关详细信息,请参见本文最后一页上的链接)。而另一方面,火箭发动机(及其燃料系统)又是如此复杂,目前只有三个国家曾将自己的宇航员送入轨道。在本文中,我们将对火箭发动机进行探讨,以了解它们的工作原理以及一些与之相关的复杂问题。

2. 航空发动机的压气机

没有,现在飞机大都用涡喷发动机或涡扇发动机。

涡喷发动机的全称是涡轮喷气发动机,涡扇发动机的全称则是叫涡轮风扇发动机,这两种发动机都同属于空气喷气式航空发动机,它们在核心组件的结构上是大同小异的,即都是“压气机+燃烧室+涡轮”的三样式结构,或者我们可以这样说,基本上所有航空发动机的核心结构都是这样的。

3. 飞机发动机排气温度

民航飞机一般飞行高度是8000米以上

位于平流层的底部,也叫同温层

常年温度-55℃

同温层(stratosphere)是对流层顶部至平流层中下层区域,是平流层里温度最低(中高纬度地区同温层温度在-45°左右)且温度保持不变或变化很小的区域。

从对流层顶到50~55 KM高度的一层称为平流层。从对流层顶到35~40 KM左右的一层,气温几乎不随高度变化,为-55℃左右,故称为同温层。从这以上到平流层顶,气温随高度增高而增高,至平流层顶达-3℃左右,亦称逆温层,平流层集中了大气中大部分臭氧(O3),并在20-25 KM高度上达到最大值,形成臭氧层。臭氧层能强烈吸收波长为200~300 nm的太阳紫外线,保护了地球上的生命免受紫外线伤害。

民用航空领域的大型客机大多飞行于此层,以增加飞行的稳定度。

主要原因有:

一、能见度高。

地球大气的平流层水汽、悬浮固体颗粒、杂质等极少,天气比较晴朗,光线比较好,能见度很高,便于高空飞行。

二、受力稳定。

平流层的大气上暖下凉,大气不对流,以平流运动为主,飞机在其中受力比较稳定,便于飞行员操纵架驶。

三、噪声污染小。

平流层距地面较高,飞机绝大部分时间在其中飞行,对地面的噪音污染相对较小。

四、安全系数高。

飞鸟飞行的高度一般(有资料称加拿大黑雁可以)达不到平流层,飞机在平流层中飞行就比较安全。在起飞和着陆时,要设法驱赶开飞鸟才更为安全。

4. 航空发动机压气机温度范围

发动机温度最高的地方不是尾焰那部分,而是燃烧室和涡轮盘,却切说是驱动高压压气机的涡轮盘紧挨着燃烧室的后边。问题不仅仅是高温还有高压。

为了抗住极高的温度,不仅仅是材料上要考虑,更重要的一点是用“冷空气”来进行局部降温。

也就是说在燃烧室中燃烧的火焰不挨到内壁,而用“冷空气”作为一个隔离层,“冷空气”来源于压气机中引出一部分的高压“冷”气(其实温度也很高了,但是金属能耐受没问题)。

涡轮叶片也是有很多开口的,如果仔细观察能在涡轮叶片前缘发现很多微小的孔,也是用“冷空气”来隔离热。各个腔室的外围利用外函道的空气冷却。我这里抛砖引玉了,大家讨论

5. 航空发动机压气机出口温度

现代飞机的航行最高时速已达到音速的2.7倍以上。这么快的超音速飞行,会使飞机与空气摩擦而产生大量的热。当飞行速度达到音速的2.2倍时,铝合金就经受不住了。必须采用耐高温的钛合金。

当航空发动机的推重比从4~6提高到8~10,压气机出口温度相应地从200~300℃增加到500~600℃时,原来用铝制造的低压压气机盘和叶片就必须改用钛合金。

近年来科学家们对钛合金性能的研究工作,不断取得新的进展。原来由钛、铝、钒组成的钛合金,最高工作温度为550℃~600℃,而新研制的钛化铝(TiAl)合金,最高工作温度已提高到1040℃。

用钛合金代替不锈钢制造高压压气机盘和叶片,可以减轻结构重量。飞机每减轻重10%,可节省燃料4%。对火箭来说,每减轻1kg的重量,就可增加15km的射程。