航空发动机结构有哪些(航空发动机结构有哪些组成)

海潮机械 2023-02-10 17:01 编辑:admin 150阅读

一、航空发动机结构有哪些组成

飞机电源系统由主电源、应急电源和二次电源组成,有时还包括辅助电源。

主电源由航空发动机传动的发电机、电源控制保护设备等构成,在飞行中供电。

编辑本段简介 当航空发动机不工作时(如地面测试时),主电源也不工作,这时靠辅助电源供电。

飞机蓄电池或辅助动力装置(一种小型机载发动机、发电机和液压泵等构成的动力装置)是常用的辅助电源。

飞行中主电源发生故障时,蓄电池或应急发电机即成为应急电源。

机载用电设备要求较高的供电质量,电压调整精度、频率调整精度、交流电压波形正弦度、电压浪涌和尖峰等都有一定的技术标准。

通常一台发动机上有1~2台发电机,因此多发动机飞机上装有许多台发电机。

直流电源系统中的发电机都并联工作。

交流发电机有的并联工作(如波音 707飞机的4台发电机),有的不并联工作(如“三叉戟”飞机的3台发电机)。

不并联工作的交流电源系统较为简单;并联系统则比较复杂,但电源容量大,负载的波动对电源电压和频率的影响较小,故电能质量高,且不易中断供电。

编辑本段电源类型 ①低压直流电源系统: 主电源由直流并激发电机、电压调节器、反流切断器和过电压保护器等构成。

额定电压为28.5伏,额定功率有3、6、9、12和18千瓦等数种。

由变流机或静止变流器把低压直流电变换为交流电作为二次电源。

②恒速恒频交流电源系统: 主电源是由恒速传动装置和交流发电机构成的400赫、115/200伏三相交流电源系统。

额定容量有20、30、40、 60、 90、120和150千伏·安等几种。

它用变压整流器作二次电源,应急电源由飞机蓄电池或应急交流发电机构成。

有的飞机上还有辅助动力装置作为辅助电源。

40年代开始使用恒速恒频电源系统,后广泛应用由组合传动发电装置构成的恒速恒频交流电源系统。

这种电源系统容量大、重量轻、工作可靠,适合于性能高、用电量大的飞机,如轰炸机、中远程运输机和歼击机等。

飞机交流电的频率是400赫,比一般市电频率高得多。

电源频率高可减小用电设备中的变压器、扼流圈和滤波电容等电磁和电气元件的体积;电动机转速高、重量轻,能满足陀螺仪等高速电动机的要求。

频率与发电机的转速有关,受电机结构、强度、损耗和寿命等因素的限制。

飞机上多用三相交流电,因为三相系统的电机利用率高、体积小,异步电动机的工作也可靠。

③变速恒频交流电源系统: 由航空发动机直接传动的无刷交流发动机和频率变换器构成主电源的 400赫三相交流电源系统。

二次电源、应急电源和辅助电源与恒速恒频交流电源系统的相同,恒速恒频电源系统中的恒速传动装置属精度机械,使用维护困难,制造成本较高,自从50年代末功率半导体器件出现以后,人们开始研究用电子变频器来代替。

变频器有两种:一种是交-直-交型;另一种是交-交型。

交-直-交型先将发电机的变频交流电经整流电路变为直流电,再用逆变器变为400赫交流电,故这种电源系统又称为具有直流环节的变速恒频电源系统。

交-交变频器直接将发电机产生的多相变频交流电切换成400赫三相交流电。

1972年第一套20千伏·安变速恒频交流电源装机使用,主要用在先进的歼击机上。

这种电源系统电能质量高,运动部件少,使用维护方便,可以构成无刷起动/发电双功能系统。

④混合电源系统: 由低压直流电源和变频交流(有时为恒频交流)电源构成主电源。

应急电源用蓄电池,二次电源用变流机或静止变流器。

某些运输机和直升机上加温和防冰等设备用电量很大,它们的工作与电源频率无关,可以使用变频交流电。

变频交流电源系统由航空发动机传动的变频交流发电机和调压保护器构成,比较简单。

由低压直流电源系统供电给飞机上主要用电设备,且常用起动/发电机。

有的飞机上用恒频交流电的设备较多,则使用由恒频交流电源系统和低压直流电源系统构成的混合电源系统。

⑤高压直流电源系统 :随着功率电子器件、大规模集成电路和稀土永磁材料的发展,70年代开始研制额定电压为 270伏的高压直流电源系统。

这种电源系统兼有低压直流电源系统和交流电源系统的优点:效率高,重量轻,并联和配电简便,易实现不中断供电,抗干扰能力强,不需要恒速传动装置,因而简单、经济、维护方便,但电路开关器件、电能变换装置、功率转换装置及无刷直流电动机比较复杂。

编辑本段电源功率选择 飞机用电设备并不是在整个飞机过程中都同时工作的。

飞机任务不同或同一任务的不同飞行阶段使用的设备也不相同。

不同设备对电能种类、质量和功率要求各不相同,而且工作时间也有差异。

因此飞机电源系统的功率是按用电功率最大的飞行任务和飞行阶段设计的。

从供电可靠出发,民航飞机的电源功率比要求的功率大得多;军用飞机为了减轻重量,电源功率仅略大于要求功率。

对于起动/发电机,电机功率必须满足起动发动机的要求。

在多发电机飞机上,若有一台或若干台发电机发生故障,飞行控制系统、电动军械等安全飞行和完成特定飞行任务所需的主要用电设备仍应正常工作,但必须切断某些照明、加温等次要用电设备的电源。

在主电源全部损坏的危急情况下,陀螺地平仪、超短波电台等确保飞机安全返航或就近着陆的重要设备立即由应急电源供电。

应急电源功率稍大于重要用电设备所需要的总功率(见飞机发电机、飞机蓄电池)。

二、航空发动机的结构和工作原理

1、APU启动,一般在大型飞机上使用,大飞机尾部有APU(辅助动力系统)装置。比如波音737有1个,安-124有2个。APU是一个结构简单的离心式涡喷发动机可以在地面带动主发动机里的涡轮转动(这中间有个复杂的过程,其实驱动的是启动发动机,然后通过传动装置带动涡轮),涡轮带动压缩机吸入气体。可以把飞机的发动机缓慢的开到慢车工作状态,这样就可以完成启动。

2、气体启动,一般用于小型的飞机,使用高压空气瓶带动涡轮转动到慢车即可。但是功率小,只适合于小飞机。

3、电源启动。这个是大多数战斗机的启动方式,包括苏-27,米格-25和歼-8等。具体就是由地面大功率电源车提供电源,驱动一个大功率发动机带动涡轮旋转至慢车即可。这种方法启动效率高,时间短。但是有一个重大缺陷:地面电源车尺寸重量相当大,一般无法空运。

三、航空发动机的结构组成

  发动机是按照顺时针方向运转的。  发动机(Engine)是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机器,包括如内燃机(汽油发动机等)、外燃机(斯特林发动机、蒸汽机等)、电动机等。如内燃机通常是把化学能转化为机械能。发动机既适用于动力发生装置,也可指包括动力装置的整个机器(如:汽油发动机、航空发动机)。发动机最早诞生在英国,所以,发动机的概念也源于英语,它的本义是指那种“产生动力的机械装置”。  技术特点  

1、发动机气门驱动机构采用液压支承滚珠摇臂式结构,  与现在一般汽油机上普遍采用的液压挺杆式气门驱动机构相比,这种新颖的气门驱动机构具有摩擦扭矩相对较小的优点,因此所需的驱动力亦小,从而可有效减小发动机功耗,降低油耗。  

2、为有效地减轻整车重量,1.4升汽油机采用铝合金缸体,取得了十分明显的轻量化效果。  

3、采用专用材料和经特殊工艺加工的塑料进气管代替传统金属进气管,不仅收到轻量化效果,而且可以有效地减小进气管壁阻力,提高进气效率,增大发动机功率。  

4、采用先进工艺加工的涨断式连杆,利用专用涨断设备将加工完毕的连杆大头孔涨断,而不是原先采用的锯开,磨削工艺。这样可利用涨断连杆锯齿状“哈夫”面,确保绝对准确的紧固定位,从而减小摩擦力和延长连杆使用寿命。  

5、采用热套式凸轮轴,与原凸轮轴相比,不仅可以使凸轮轴重量减轻,  还可以达到更高的凸轮型线精度和更精确的配气正时。  

6、油门采用电子控制装置,亦称E-GAS电子油门,这种控制装置能统一协调并合理管理汽车各工况对发动机扭矩和输出功率的瞬时要求,如驾驶员加速行驶、超车、启动空调等,可使得发动机在每一工况点的运转状态始终处于最佳范围,既能满足低排放、低油耗要求,又可使整车行驶性能实现优化。  

7、改进发动机进气系统的布置位置,可有效地降低充入发动机的进气温度和提高进气密度,使发动机在充气效率得以提高的基础上输出更大功率。具体改进是将发动机的进气管路布置在发动机前端模块左侧,冷却水箱之上。  

8、为提高冷却水箱的防腐能力,延长水箱的使用寿命,布置在发动机前端模块中的冷却水箱散热片均包覆塑料。  

9、为防止发动机油底壳底部与高低不平路面发生碰撞、摩擦而损伤发动机,专门在油底壳下面可选装一块金属防护板。  

10、为有效地隔热、隔声、隔震,使其不传入乘员厢内影响乘坐舒适性,POLO轿车在排气管部位加装了一块隔热屏蔽板。

四、航空发动机由哪些部件组成

  飞机上的材料大部分是合金材料。主要有以下几种。

  1、铝合金。铝是一种轻金属,比重2.7左右。由于地球的吸引力的作用,要求飞机质量越轻越好。飞机越轻,飞的越高、越快、越远,装载量越大。但是铝的强度低,好在飞机不是拖拉机,它在空中飞行,不会碰到别的物体,所以,飞机的蒙皮大部分是用铝合金压制的,还有前机匣,飞机框架,肋条等。铝合金材料占飞机用料50%--70%左右。

  2、镁合金。镁比铝更轻,比重2.1--2.3左右,熔点300度左右。强度更低。用来制造不承重的部件、壳体。例如各种活门壳体,油泵壳体等。镁合金材料占飞机用料5%--10%左右。

  3、钛合金。钛也是一种轻金属,比重4.5左右,比铝重,但是强度很高,很耐高温,熔点1660多度,钛是造飞机的理想材料,飞机发动机,防弹部位,强化部位,加固部位,燃烧室,涡轮轴,涡轮盘,喷口等,大多数是用钛合金材料制造的。现代化的飞机,钛合金的用量比重越来越大。

  4、镊钼钨合金。是造发动机的理想材料。飞机发动机的温度高达2000多度。一般的材料是不行的。只有钛钨钼合金才能胜任。

  飞机发动机装在飞机上时,用石棉布隔热,石棉是良好的隔热材料。把石棉做成板或做成布,把发动机包起来。发达的国家用强化石膏,陶瓷做隔热材料。

  我国已经用复合材料隔热(一层籽饰粉,一层钛钨合金板压制成型材)。

五、航空发动机主要分为五大部件

螺旋桨飞机按发动机类型不同分为活塞式螺旋桨飞机和涡轮螺旋桨飞机。人力飞机和太阳能飞机通常都用螺旋桨推进, 也属于螺旋桨飞机的范围。涡轮螺旋桨发动机的功率重量比,比活塞式发动机大2~3倍,在相同的重量下可提供更大的功率,燃油消耗率在速度较高时比活塞式发动机小,且可使用价格较低的航空煤油,故在600~800千米/时速度范围内的旅客机、运输机等大多为涡轮螺旋桨飞机。

螺旋桨飞机

按螺旋桨与发动机相对位置的不同,又分为拉进式螺旋桨飞机和推进式螺旋桨飞机。前者的螺旋桨装在发动机前面,"拉"着发动机前进;后者螺旋桨装在发动机之后,"推"着发动机前进。早期的飞机中曾有不少是推进式的,这种型式的缺点较多,螺旋桨效率不如拉进式高,因拉进式螺旋桨前没有发动机短舱的阻挡。此外在推进式螺旋桨飞机上难于找到发动机和螺旋桨的恰当位置,特别是装在机身上更困难。相反,在拉进式螺旋桨飞机上,发动机无论是装在机身头部或是装在机翼短舱前面都很方便。当装在机翼上时,螺旋桨后面的高速气流还可用来增加机翼升力,改善飞机起飞性能,因此拉进式飞机遂占据了统治地位。在少数大型飞机和水上飞机上,发动机多至8~12台以上,将发动机前后串置在短舱上,形成拉进和推进的混合型式。