涡扇21航空发动机(涡扇航空发动机原理)

海潮机械 2023-02-01 00:03 编辑:admin 126阅读

1. 涡扇航空发动机原理

进口开始,涡扇发动机会把气流分成两股,其中一股为冷气流,流向外涵道,外涵道会设置多组涡扇叶片对这股冷气流进行高速加压;另一股气流较小,流向内涵道,也就是进入到发动机的燃烧室,在燃烧室内会和雾化的燃油进行混合,发生化学反应,释放出热量并膨胀,这种燃烧后的气流会沿着收缩-扩张涵道进行增速喷射,而在其中过程中会流过一组小型涡轮叶片,当高速气流流过这个涡轮叶片时就会对其产生驱动,涡轮叶片通过带动发动机的主轴旋转,从而实现带动进气口的涡扇叶片高速旋转,进而得以能够连续性实现不断的吸气、燃烧、喷射、旋转、再吸气的过程。

两股气流在燃烧室末端会二次混合,共同作用喷射高速高压气流,根据作用力与反作用力原理,从而产生一个向前的推力,这个推力能够推着飞机向前运动,但是这个推力并不会直接让飞机产生升力。

而是通过推力的作用,让飞机产生向前的速度,通过伯努利方程这一原理,在飞机机翼上下表面产生压力差,速度越快,压力差就越大;当这个速度达到一个临界值时,压力差正好就等于重力,飞机就可以离开地面了。

2. 民航涡扇发动机

有四种发动机,分别是电机直驱发动机,电动涡扇发动机,燃油涡扇发动机,燃油涡喷发动机四大类,其中电机直驱是采用无刷电机直驱螺旋桨,

3. 航空涡轮风扇发动机工作原理

涡轮喷气发动机是燃气轮机的一种,其工作原理简单归纳起来如下:

1、用压气机把空气从进气口吸进去,压缩到燃烧室里;

2、喷油嘴向燃烧室喷出雾化的油料;

3、点火装置将高压空气和油雾混合气点燃;

4、混合气燃烧膨胀,推动蜗轮旋转,旋转的蜗轮带动压气机(这是一个反馈)

5、混合气燃烧膨胀,经过蜗轮后,从喷气口喷出作功(气体向后喷出,反作用力推动发动机及飞机向前)。

涡轮喷气发动机和其它燃气轮机(例如蜗轮风扇发动机、蜗轮轴发动机、冲压喷气发动机)相比,其主要特点是:

1、与冲压喷气发动机比较,涡轮喷气发动机具有蜗轮和蜗轮带动的压气机,而冲压喷气发动机没有蜗轮和压气机;

2、与蜗轮风扇发动机和蜗轮轴发动机相比,其蜗轮仅用于带动压气机,对外作功靠气体从喷气口喷出,而蜗轮风扇发动机和蜗轮轴发动机不靠喷气作功,而是靠蜗轮带动风扇(蜗轮风扇发动机)作功或者蜗轮带动动力输出轴(蜗轮轴发动机)作功。

4. 涡扇航空发动机原理图解

发动机前方的风扇旋转吸入空气被分为两个部分,一部分进入细管子成为内涵气流,一部分进入粗管子成为外涵气流,外涵气流直接从发动机尾部流出形成一部分动力,而内涵气流经过压气机被压缩,成为高温高压气体,并进一步进入燃烧室被和燃油一起进一步加热膨胀冲击后面的涡轮,涡轮就像我们小时候玩的纸风车一样,被高温高压燃气带动旋转,燃气最后从尾部高速喷出。

5. 涡扇航空发动机原理图

喷气飞机的涡轮涡扇发动机发电的原理是,经过压缩的空气和燃油在燃烧室混合燃烧后旋转喷出,带动发电机的转子在定子中转动。

发电机转子通过直流形成磁场,此磁场在定子中转动后,磁力线切割定子中的线圈,在线圈中感应出电势,这样很多线圈的电势叠加后在发电机端子处形成电压,就能够向飞机用电设备供电,同时也向蓄电池充电。

6. 航空涡扇发动机工作原理

区别如下。

二者都属于涡轮发动机,而且涡扇是在涡喷的基础上发展而来的。

涡喷发动机研制较早,二战末期就有了实用型号。其工作原理比较简单,就是先将吸入的空气加压,然后高压空气进入燃烧室与燃油混合燃烧,产生的高温高压燃气流过涡轮,先推动涡轮高速旋转,然后再由尾喷管喷出,以反作用力来提供动力。

因此,涡喷发动机的结构组成是:压气机+燃烧室+涡轮+尾喷管,有的涡喷发动机还会在涡轮和尾喷管之间增加一个加力燃烧室,用来提供加力推力。按照压气机机构的不同,涡喷发动机可分为离心式和轴流式两种,离心式压气机是利用离心力把气体甩到叶轮四周来压缩空军,优点是单级压缩比高,结构简单,对材料和工艺要求低,缺点是空气流量不够,所以目前主要用在小型或微型发动机上;轴流式压气机则是把空气向中心压缩,让气流沿着叶轮的轴线方向流动,优点是可以串联多组叶片进行多级压缩,能够满足大功率的进气需求,缺点工艺复杂,是制造难度大。

图注:涡扇发动机工作原理图

 

涡扇发动机是在轴流式涡喷发动机基础上发展的,简单理解,就是在涡喷发动机前面增加一个风扇,然后用一个大筒子把风扇和发动机包起来,这样在涡喷发动机和外部的筒子之间会形成一个环形的气流通道,叫外涵道(涡喷发动机内部的气流通道叫内涵道)。如此一来,风扇吸入的空气一部分会进入内涵道,经过压缩后燃烧做功,另一部分直接从外涵道向后吹出,产生推力。由于外涵道产生了额外的推力,所以涡扇发动机比涡喷发动机的效率更高,经济性也更好。

7. 航空涡轮发动机原理

火箭是靠火箭发动机向前推进的。火箭发动机点火以后,推进剂(液体的或固体的燃烧剂加氧化剂)在发动机的燃烧室里燃烧,产生大量高压燃气;高压燃气从发动机喷管高速喷出,所产生的对燃烧室(也就是对火箭)的反作用力,就使火箭沿燃气喷射的反方向前进 火箭推进原理依据的是牛顿第三律:作用力和反作用力大小相等,方向相反。一个扎紧的充满空气的气球一旦松开,空气就从气球内往外喷,气球则沿反方向飞出。

固体推进剂,从底层向顶层或从内层向外层快速燃烧。

液体推进剂,用高压气体对燃烧剂与氧化剂贮箱增压,然后用涡轮泵将燃烧剂与氧化剂输进燃烧室。

推进剂的能量在发动机内转化为燃气的动能,形成高速气流喷出,产生推力。

推力是表示火箭发动机性能的主要参数之一,它是推进剂在推力室中燃烧产和的高温燃气经过喷管高速喷射而产生的反作用力。推力是直接作用在推力室内外表面上的力的合力。

比冲,是表示火箭发动机性能的另一个重要参数。它表示火箭发动机在稳定工作状态下,每单位质量的推进剂所产生的推力值,比冲的大小和喷管出口面积与推力室喉部面积之比(面积比)有关。面积比越大,比冲越高。喷管形状直接影响比冲的大小(燃气从喷口喷出时的速度)。