一、航空發動機是什么
航(hang)空(kong)(kong)發(fa)動(dong)機(ji)(Aero-engine)是用來(lai)產(chan)生推力使飛機(ji)前(qian)進的發(fa)動(dong)機(ji)設備。先進的飛行器需要強大的心(xin)臟,航(hang)空(kong)(kong)發(fa)動(dong)機(ji)正是飛行器的動(dong)力來(lai)源。航(hang)空(kong)(kong)發(fa)動(dong)機(ji)是非(fei)常(chang)復雜的高(gao)端(duan)機(ji)械,工(gong)作(zuo)(zuo)條件具有“高(gao)溫,高(gao)壓,高(gao)速(su)”的特(te)點:工(gong)作(zuo)(zuo)溫度(du)高(gao),內部各(ge)處的溫度(du)不同且(qie)不斷變化;氣體壓力大,工(gong)作(zuo)(zuo)載荷(he)高(gao);轉(zhuan)子轉(zhuan)速(su)高(gao),以及承(cheng)受環境和機(ji)動(dong)飛行給發(fa)動(dong)機(ji)帶來(lai)的各(ge)種影響。
航空發動機需要在質量和體積受嚴格限制的前提下產生強大的推力,長時間可靠的工作,其性能還要能靈活精確地調節控制,對設計制造工藝提出極高要求。航空發動機集中了機械制造行業幾乎所有的高精尖技術,因此,航空發動機被譽為是(shi)”現代(dai)工(gong)業皇冠(guan)上的(de)明珠“。航空發動機直接影(ying)響(xiang)飛機的(de)性(xing)(xing)能(neng)、可(ke)靠性(xing)(xing)及經濟(ji)性(xing)(xing),是(shi)一個國家科技、工(gong)業和國防實力(li)的(de)重要體(ti)現。
二、航空發動機種類及原理
1、活塞發動機
對航(hang)空發動(dong)機(ji)而言,最先使用的(de)就是活(huo)塞式發動(dong)機(ji),其工(gong)作原理是指活(huo)塞承載燃氣壓力(li),在氣缸中進行反復運動(dong),并(bing)依(yi)據連(lian)桿將這種(zhong)運動(dong)轉(zhuan)(zhuan)變(bian)為曲軸的(de)旋轉(zhuan)(zhuan)活(huo)動(dong)。活(huo)塞式發動(dong)機(ji)主要由(you)氣缸、活(huo)塞、連(lian)桿、曲軸、氣門(men)機(ji)構、螺旋槳減(jian)速器(qi)、機(ji)匣等組(zu)成。
在第二次世界大戰結束后(hou),由(you)于渦輪噴氣(qi)發動(dong)機的發明而開創了噴氣(qi)時代,活塞式發動(dong)機逐步退出主要航(hang)(hang)空領域(yu),但功(gong)率(lv)小于370kW的水平對(dui)缸活塞式發動(dong)機仍(reng)廣(guang)泛應用(yong)在輕(qing)型(xing)(xing)低速飛機和直升機上(shang),如行政(zheng)機、農(nong)林機、勘探機、體育(yu)運(yun)動(dong)機、私人(ren)(ren)飛機和各(ge)種無人(ren)(ren)機,旋轉活塞發動(dong)機在無人(ren)(ren)機上(shang)嶄露(lu)頭角,而且(qie)美國NASA還(huan)正在發展用(yong)航(hang)(hang)空煤(mei)油的新型(xing)(xing)二沖程(cheng)柴油機供下一代小型(xing)(xing)通用(yong)飛機使(shi)用(yong)。
2、渦噴/渦扇發動機
(1)渦輪噴氣發動機
現代渦(wo)輪噴(pen)(pen)氣(qi)發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)結構由進氣(qi)道、壓(ya)氣(qi)機(ji)(ji)(ji)、燃(ran)(ran)燒室、渦(wo)輪和尾(wei)噴(pen)(pen)管組(zu)成,戰斗機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)渦(wo)輪和尾(wei)噴(pen)(pen)管間還有(you)加力(li)燃(ran)(ran)燒室。渦(wo)輪噴(pen)(pen)氣(qi)發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)仍屬于熱(re)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)一(yi)種,就必須遵循熱(re)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)做功原(yuan)則(ze):在高壓(ya)下輸入能(neng)量(liang),低壓(ya)下釋放(fang)能(neng)量(liang)。因此,從(cong)產生輸出能(neng)量(liang)的(de)(de)(de)原(yuan)理(li)上講,噴(pen)(pen)氣(qi)式(shi)發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)和活塞式(shi)發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)是(shi)相同的(de)(de)(de),都需要有(you)進氣(qi)、加壓(ya)、燃(ran)(ran)燒和排氣(qi)這四個階段(duan),不(bu)同的(de)(de)(de)是(shi),在活塞式(shi)發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)中這4個階段(duan)是(shi)分時依(yi)次(ci)進行的(de)(de)(de),但在噴(pen)(pen)氣(qi)發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)中則(ze)是(shi)連(lian)續進行的(de)(de)(de),氣(qi)體依(yi)次(ci)流經噴(pen)(pen)氣(qi)發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)各個部分,就對應著活塞式(shi)發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)四個工作位置(zhi)。
(2)渦輪風扇發動機
這(zhe)種發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)在渦(wo)輪(lun)(lun)(lun)噴氣(qi)(qi)(qi)發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)的(de)(de)基礎(chu)上增(zeng)加了(le)幾級渦(wo)輪(lun)(lun)(lun),并由(you)這(zhe)些渦(wo)輪(lun)(lun)(lun)帶動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)一(yi)排(pai)或(huo)幾排(pai)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)扇(shan)(shan)(shan)(shan)(shan),風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)扇(shan)(shan)(shan)(shan)(shan)后(hou)(hou)的(de)(de)氣(qi)(qi)(qi)流分(fen)為兩部分(fen),一(yi)部分(fen)進(jin)入壓(ya)氣(qi)(qi)(qi)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(內涵道),另一(yi)部分(fen)則不(bu)經過燃燒,直接排(pai)到空(kong)氣(qi)(qi)(qi)中(外涵道)。由(you)于(yu)(yu)(yu)渦(wo)輪(lun)(lun)(lun)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)扇(shan)(shan)(shan)(shan)(shan)發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)一(yi)部分(fen)的(de)(de)燃氣(qi)(qi)(qi)能量(liang)被用(yong)來(lai)帶動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)前端(duan)的(de)(de)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)扇(shan)(shan)(shan)(shan)(shan),因此降低(di)了(le)排(pai)氣(qi)(qi)(qi)速(su)度(du),提高了(le)推進(jin)效率(lv),而(er)且,如果為提高熱效率(lv)而(er)提高渦(wo)輪(lun)(lun)(lun)前溫(wen)度(du)后(hou)(hou),可以通(tong)過調整渦(wo)輪(lun)(lun)(lun)結(jie)(jie)(jie)構參數和(he)增(zeng)大(da)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)扇(shan)(shan)(shan)(shan)(shan)直徑(jing),使(shi)更(geng)多的(de)(de)燃氣(qi)(qi)(qi)能量(liang)經風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)扇(shan)(shan)(shan)(shan)(shan)傳遞到外涵道,就不(bu)會增(zeng)加排(pai)氣(qi)(qi)(qi)速(su)度(du)。這(zhe)樣,對于(yu)(yu)(yu)渦(wo)輪(lun)(lun)(lun)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)扇(shan)(shan)(shan)(shan)(shan)發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)來(lai)講,熱效率(lv)和(he)推進(jin)效率(lv)不(bu)再矛盾,只要(yao)結(jie)(jie)(jie)構和(he)材料(liao)允許(xu),提高渦(wo)輪(lun)(lun)(lun)前溫(wen)度(du)總是有利的(de)(de)。航空(kong)用(yong)渦(wo)輪(lun)(lun)(lun)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)扇(shan)(shan)(shan)(shan)(shan)發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)主(zhu)(zhu)要(yao)分(fen)兩類,即(ji)不(bu)加力(li)式渦(wo)輪(lun)(lun)(lun)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)扇(shan)(shan)(shan)(shan)(shan)發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)和(he)加力(li)式渦(wo)輪(lun)(lun)(lun)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)扇(shan)(shan)(shan)(shan)(shan)發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)。前者主(zhu)(zhu)要(yao)用(yong)于(yu)(yu)(yu)高亞音速(su)運輸(shu)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji),后(hou)(hou)者主(zhu)(zhu)要(yao)用(yong)于(yu)(yu)(yu)殲擊機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji),由(you)于(yu)(yu)(yu)用(yong)途(tu)不(bu)同,這(zhe)兩類發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)結(jie)(jie)(jie)構參數也大(da)不(bu)相同。
3、渦槳/渦軸發動機
渦(wo)(wo)輪(lun)螺(luo)旋(xuan)槳發(fa)(fa)動(dong)機,簡稱渦(wo)(wo)槳發(fa)(fa)動(dong)機,由螺(luo)旋(xuan)槳和(he)燃(ran)氣(qi)(qi)發(fa)(fa)生(sheng)器組成,螺(luo)旋(xuan)槳由渦(wo)(wo)輪(lun)帶動(dong)。由于(yu)(yu)(yu)螺(luo)旋(xuan)槳的(de)(de)(de)(de)直徑較大(da),轉速(su)(su)要(yao)遠(yuan)比(bi)渦(wo)(wo)輪(lun)低,只(zhi)有(you)(you)大(da)約1000轉/分,為使渦(wo)(wo)輪(lun)和(he)螺(luo)旋(xuan)槳都工(gong)作在(zai)正(zheng)常的(de)(de)(de)(de)范圍內,需要(yao)在(zai)它(ta)們之(zhi)間安裝一(yi)(yi)個(ge)減速(su)(su)器,將渦(wo)(wo)輪(lun)轉速(su)(su)降至十分之(zhi)一(yi)(yi)左右后(hou),才可驅動(dong)螺(luo)旋(xuan)槳。這(zhe)種(zhong)減速(su)(su)器的(de)(de)(de)(de)負荷重,結(jie)構復雜,制(zhi)造成本高,它(ta)的(de)(de)(de)(de)重量一(yi)(yi)般相當于(yu)(yu)(yu)壓(ya)氣(qi)(qi)機和(he)渦(wo)(wo)輪(lun)的(de)(de)(de)(de)總(zong)重,作為發(fa)(fa)動(dong)機整(zheng)體的(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)個(ge)部件(jian),減速(su)(su)器在(zai)設計、制(zhi)造和(he)試驗中(zhong)占有(you)(you)相當重要(yao)的(de)(de)(de)(de)地(di)位。渦(wo)(wo)輪(lun)螺(luo)旋(xuan)槳發(fa)(fa)動(dong)機的(de)(de)(de)(de)螺(luo)旋(xuan)槳后(hou)的(de)(de)(de)(de)空氣(qi)(qi)流就相當于(yu)(yu)(yu)渦(wo)(wo)輪(lun)風(feng)扇發(fa)(fa)動(dong)機的(de)(de)(de)(de)外涵道(dao),由于(yu)(yu)(yu)螺(luo)旋(xuan)槳的(de)(de)(de)(de)直徑比(bi)發(fa)(fa)動(dong)機大(da)很多,氣(qi)(qi)流量也遠(yuan)大(da)于(yu)(yu)(yu)內涵道(dao),因此這(zhe)種(zhong)發(fa)(fa)動(dong)機實際上(shang)相當于(yu)(yu)(yu)一(yi)(yi)臺(tai)超大(da)涵道(dao)比(bi)的(de)(de)(de)(de)渦(wo)(wo)輪(lun)風(feng)扇發(fa)(fa)動(dong)機。由于(yu)(yu)(yu)涵道(dao)比(bi)大(da),渦(wo)(wo)輪(lun)螺(luo)旋(xuan)槳發(fa)(fa)動(dong)機在(zai)低速(su)(su)下(xia)效率要(yao)高于(yu)(yu)(yu)渦(wo)(wo)輪(lun)風(feng)扇發(fa)(fa)動(dong)機,但受到螺(luo)旋(xuan)槳效率的(de)(de)(de)(de)影(ying)響,它(ta)的(de)(de)(de)(de)適用(yong)速(su)(su)度不能太高,一(yi)(yi)般要(yao)小(xiao)于(yu)(yu)(yu)900km/h。在(zai)中(zhong)低速(su)(su)飛(fei)機或(huo)對低速(su)(su)性能有(you)(you)嚴格要(yao)求的(de)(de)(de)(de)巡邏、反潛(qian)或(huo)滅火等類型飛(fei)機中(zhong)的(de)(de)(de)(de)到廣泛應(ying)用(yong)。