脉冲航空发动机(脉冲航空发动机工作原理)

海潮机械 2023-02-06 20:24 编辑:admin 153阅读

1. 脉冲航空发动机工作原理

冲压喷气发动机  冲压喷气发动机实际上是一种气动热力涵道。它没有任何主要旋转零件,只包含一个扩张形进气涵道和一个收敛形或者收敛-扩张形出口。当由外部能源强迫其向前运动时,空气被迫进入进气道。当它流过这一扩散形涵道时,其速度或动能降低,而压力能增加。尔后,靠燃油的燃烧来增加其总能量,膨胀的燃气通过出口涵道高速排入大气。冲压喷气发动机常作为导弹和靶机的动力装置,但单纯的冲压喷气发动机不适于作为普通飞机动力装置,因为在它产生推力前,要求向它施加向前的运动。脉冲喷气发动机  脉冲喷气发动机采用间歇燃烧原理。与冲压喷气发动机不同,它能在静止状态工作。这种发动机是由类似冲压喷气发动机的一种空气动力涵道构成。它的压力较高,结构比较坚实。进气涵道有许多进气“活门”,在弹簧拉力作用下处于打开位置,通过打开的活门空气进入燃烧室,并靠燃烧喷入燃烧室中去的燃油得到加热,由此引起的膨胀使压力升高,迫使活门关闭,然后膨胀的燃气向后喷出;排气造成降压,使活门重新开启。这种过程周而复始。脉冲喷气发动机曾经被设计成直升机旋翼的推进装置,有的还通过精心设计涵道来控制共振循环的压力变化而省去了进气活门。但脉冲喷气发动机不适于作为飞机动力装置,因为它的油耗高,又无法达到现代燃气涡轮发动机的性能。  火箭发动机虽然也属于喷气发动机,但它们有重大区别。即火箭发动机不用大气作为推进流体,而用它携带的液态燃料或化学分解而形成的燃料与氧气剂的燃烧来产生它自己的推进流体,从而能在地球大气层外工作,但因此它也只适用工作时间很短的情况. 涡轮喷气式发动机  涡轮喷气式发动机应用于喷气推进避免了火箭和冲压喷气发动机固有的弱点,因为采用了涡轮驱动的压气机,因此在低速时发动机也有足够的压力来产生强大的推力。涡轮喷气发动机按照“工作循环”工作。它从大气中吸进空气,经压缩和加热这一过程之后,得到能量和动量的空气以高达2000英尺/秒(610米/秒)或者大约1400英里/小时(2253公里/小时)的速度从推进喷管中排出。在高速喷气流喷出发动机时,同时带动压气机和涡轮继续旋转,维持“工作循环”。涡轮发动机的机械布局比较简单,因为它只包含两个主要旋转部分,即压气机和涡轮,还有一个或者若干个燃烧室。然而,并非这种发动机的所有方面都具有这种简单性,因为热力和气动力问题是比较复杂的。这些问题是由燃烧室和涡轮的高工作温度、通过压气机和涡轮叶片而不断变化着的气流、以及排出燃气并形成推进喷气流的排气系统的设计工作造成的。  飞机速度低于大约450英里/小时(724公里/小时)时,纯喷气发动机的效率低于螺旋桨型发动机的效率,因为它的推进效率在很大程度上取决于它的飞行速度;因而,纯涡轮喷气发动机最适合较高的飞行速度。然而,由于螺旋桨的高叶尖速度造成的气流扰动,在350英里/小时(563公里/小时)以上时螺旋桨效率迅速降低。这些特性使得一些中等速度飞行的飞机不用纯涡轮喷气装置而采用螺旋桨和燃气涡轮发动机的组合--涡轮螺旋桨式发动机。  螺旋桨/涡轮组合的优越性在一定程度上被内外涵发动机、涵道风扇发动机和桨扇发动机的引入所取代。这些发动机比纯喷气发动机流量大而喷气速度低,因而,其推进效率与涡轮螺旋桨发动机相当,超过了纯喷气发动机的推进效率。 涡轮/冲压喷气发动机  涡轮/冲压喷气发动机将涡轮喷气发动机(它常用于马赫数低于3的各种速度)与冲压喷气发动机结合起来,在高马赫数时具有良好的性能。这种发动机的周围是一涵道,前部具有可调进气道,后部是带可调喷口的加力喷管。起飞和加速、以及马赫数3以下的飞行状态下,发动机用常规的涡轮喷气式发动机的工作方式;当飞机加速到马赫数3以上时,其涡轮喷气机构被关闭,气道空气借助于导向叶片绕过压气机,直接流入加力喷管,此时该加力喷管成为冲压喷气发动机的燃烧室。这种发动机适合要求高速飞行并且维持高马赫数巡航状态的飞机,在这些状态下,该发动机是以冲压喷气发动机方式工作的。涡轮/火箭发动机  与涡轮/冲压喷气发动机的结构相似,一个重要的差异在于它自备燃烧用的氧。这种发动机有一多级涡轮驱动的低压压气机,而驱动涡轮的功率是在火箭型燃烧室中燃烧燃料和液氧产生的。因为燃气温度可高达3500度,在燃气进入涡轮前,需要用额外的燃油喷入燃烧室以供冷却。然后这种富油混合气(燃气)用压气机流来的空气稀释,残余的燃油在常规加力系统中燃烧。虽然这种发动机比涡轮/冲压喷气发动机小且轻,但是,其油耗更高。这种趋势使它比较适合截击机或者航天器的发射载机。这些飞机要求具有高空高速性能,通常需要有很高的加速性能而无须长的续航时间。

2. 脉冲航空发动机工作原理图

所谓脉冲发动机。是火箭发动机的一种,也有人把他划分到喷气发动机类别,但大多数学术人士都将其划分到火箭发动机类别。

最早实用型的火箭脉冲发动机 是使用煤油的德国V-1式巡航导弹,二战结束后,苏联和美国都取得了这种发动机的设计图纸和技术人员。

但是由于当时的技术限制,这种发动机的热效率不如涡轮喷气发动,所以就没有什么发展了。

脉冲喷气发动机的工作原理是回火真空抽气循环。在燃烧室里,混合气体被首次点燃后,开始剧烈燃烧,其能量从尾喷口释放,在释放过程中,燃烧室内形成低压真空,燃烧室顶端的燃料喷射口因为压力作用,向燃烧室喷射雾化燃料,而这时,燃烧室的尾部的燃料还在燃烧,尾部的压力大于燃烧室内部压力,于是一部分火焰回冲到燃烧室内部,再次点燃刚喷进的雾化燃料,作功循环大概如此。再举个生活中的例子:家里的天然气炉子,在点燃后 将其关灭,快要关上的时候,炉口总要爆一下,火焰也突然要猛烈燃烧一下,然后才熄灭,这就是脉冲回火。

只要在火焰没有完全熄灭的时候,再次添加燃料,脉冲燃烧循环就会产生。就形成了脉冲火箭发动机。

3. 脉冲发动机飞机

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。

4. 脉冲发动机的工作原理

发动机脉冲点火器的原理就是利用脉冲产生连续性瞬间电火花,从而点燃燃气灶、燃气热水器等火焰的电子产品。

发电机脉冲点火器是由电子元器件组成的,一个脉冲高频振荡器,由振荡器所产生的高频电压经升压变压器升成高电压,进行尖端放电,由放电的火花引燃燃烧器上的燃气。

5. 各类航空发动机的工作原理

航天飞机在起飞时,利用外挂贮箱内的液氢推进剂作为主发动机的动力,贮箱随着推进剂的使用完毕而投弃,另外,航天飞机还依据轨道飞行器顺利飞行;一般情况下,航天飞机的轨道飞行器可使用次数在100次以上,它有一个巨大的货仓,可以作为卫星及其他材料的存储点;大规模的太空作业时,还可将外挂贮箱带入轨道,作为航天站的核心部分。

飞行高度在1000公里以下是航天飞机近地轨道的飞行高度,向国际空间站运送宇航员和各种建设用部件和补养是目前航天飞机的主要任务,因为航天飞机的运载能力比较大,所以航天飞机往往采用多级组合形式,在需要高轨道运行有效载荷的时候,还可以由航天飞机将其送上近地轨道后再从这个轨道发射,使其进入高轨道,以完成最终任务。

6. 航空发动机基本原理

日本IMAGINEERING(总部:神戸市)在2008年1月30日~2月1日举办的“第32届地球环境与能源协调展(ENEX2008)”上,展出了“微波等离子燃烧发动机”。发动机火花塞放电时,通过向局部照射微波、生成等离子从而实现点火。有望提高燃效。微波等离子燃烧发动机的原理是:向火花塞附近照射市售的微波炉用磁控管生成的2.45GHz的微波。局部电场强度提高时使用火花塞进行放电时,等离子由此而增多。此时,再生成大量OH原子,凭借强氧化力进行点火以及传播火苗。燃料较稀薄时也能稳定燃烧,燃效有望提高10%左右。为向火花塞前段照射微波,还开发了嵌入有天线的火花塞。除火花塞以外,未对现有的发动机做改动,便实现了微波等离子燃烧。使用同轴电缆向天线传输微波。功耗仅为10~20W左右,靠车载电池提供电力。存在的主要问题是:如何缩小磁控管的体积以及提高火花塞的耐久性。估计最早于2012年以后实现投产,目前,正与汽车厂商等协商进行共同开发以便早日进入实用阶段。微波等离子燃烧发动机演示。发蓝白光的是等离子。在该装置中,从火花塞下侧照射微波模拟现有发动机内部的试验装置。等离子在中央发光。火花塞使用内置有微波传输构造的专用产品可安装到现有发动机上的专用火花塞。与原火花塞外形相同,不过使用同轴电缆将微波传输至火花塞前端