涡喷、涡扇、涡桨、涡轴的区别
⾃从20世纪初叶徕特兄弟实现⼈类长久以来的飞⾏梦想以来,⼈类对天空的探索从没停⽌过。
最初飞机的动⼒来⾃活塞式发动机;1950年代之后,活塞式发动机逐渐让位于燃⽓涡轮发动机。由于在⾼速飞⾏时,活塞式发动机输出推⼒较⼩,因此在现代飞机中,动⼒装置绝⼤多数为燃⽓涡轮发动机。
航空燃⽓涡轮发动机分为若⼲种:
[涡轮喷⽓发动机]、[分别排⽓涡轮风扇发动机、混合排⽓涡轮风扇发动机]、[涡轮桨发动机]、[涡轮轴发动机]
1. 涡喷发动机
0进⽓道进⽓---1压⽓机增压---2燃烧室加热---3涡轮膨胀作功带动压⽓机---4尾喷管膨胀加速---9排⽓到体外
v10发动机对了,常有航空爱好者觉得燃⽓轮机这东西不可思议,有点像是“永动机”,不然怎么能够⾃⼰(涡轮)带动⾃⼰(压⽓机)转呢?
其实并不是酱紫滴~~
燃⽓涡轮发动机先由辅助动⼒装置(APU)带动,APU就是⼀个⼩型的燃⽓轮机,⽽APU由⼀个⼩电动机带动。发动机转起来之后,压⽓机源源不断地把压缩了的空⽓送到后⾯的燃烧室,在燃烧室⾥空⽓和燃油混合燃烧,向后排出⾼温⾼速⾼压⽓体,这些⽓体带动涡轮旋转,涡轮和压⽓机是⽤轴连在⼀起的,因此涡轮旋转了,压⽓机也跟着旋转,就不断地把空⽓压缩进去了~~
昆仑涡喷发动机
昆仑涡喷发动机是我国第⼀台⾛完⾃⾏设计、试制、试验、试飞全过程的航空发动机,昆仑发动机的军⽤代号是涡喷14。
2. 涡轮风扇发动机
涡轮风扇发动机要⽐涡轮喷⽓发动机更省油,尤其是超过⾳速不太多时。所以民⽤喷⽓飞机⼤多数采⽤的是分别排⽓式涡轮风扇发动机。
我国民⽤分开排⽓涡轮风扇发动机还未研制成功,军⽤混合排⽓涡轮风扇发动机已成功批量⽣产的有:相当于英国60年代的SPEY(斯贝)国内法仿制型号是WS-9,改进型号叫秦岭,⽤于飞豹上。相当于苏27上的AL31的太⾏也研制成功。美国⽤于F22的F-119-PW-100双转⼦加⼒涡扇发动机已能⽆加⼒超⾳速巡航,⽽AL31还不⾏。
2.1分别排⽓涡轮风扇发动机
进⽓道进⽓--风扇增压--⽓流分为两股
内涵⽓流:压⽓机增压--燃烧室加热--涡轮膨胀作功带动风扇和压⽓机--内涵尾喷管膨胀加速--排⽓到体外
外涵⽓流:外涵道--外涵尾喷管膨胀加速--排⽓到体外
我们常见的民航客机所采⽤的发动机,多半是分别排⽓涡轮风扇发动机,⽐如著名的V2500,
这就是著名的V2500发动机“国际航空发动机公司”⽣产的,给A320使⽤的。
MD90,A321飞机都采⽤了这种发动机
V2500发动机是轴流式,双转⼦,⾼涵道⽐(恩,就认为外⾯那圈的⽓流⽐⾥⾯那圈⼤些吧)
涡轮风扇发动机的结构是:
涡轮风扇发动机的结构是:
5级低压压⽓机(包括最前端(最左端)的最⼤的那⼀坨风扇叶⽚)
10级⾼压压⽓机
环型燃烧室
2级⾼压涡轮
5级低压涡轮
混合排⽓涡轮风扇发动机
进⽓道进⽓--风扇增压--⽓流分为两股
内涵⽓流:压⽓机增压--燃烧室加热--涡轮膨胀作功带动风扇和压⽓机--混合器
外涵⽓流:外涵道--混合器
两股⽓流在混合器中掺混--尾喷管膨胀加速--排⽓到体外
秦岭涡扇发动机
太⾏发动机
太⾏⼤推⼒涡轮风扇发动机就是⽹上所说的WS10/10A、B、C、D系列发动机,推⽐8左右。太⾏发动机的研制始于上世纪⼋⼗年代末,2005年12⽉28⽇完成设计定型审查考核,历时18年。太⾏发动机是中国⾸个具有⾃主知识产权的⾼性能、⼤推⼒、加⼒式涡轮风扇发动机,它结束了国产先进涡扇发动机的空⽩。太⾏发动机由中国606所研制,是国产第三代⼤型军⽤航空涡轮风扇发动机。采⽤⼤推⼒函⽐及全⾃动数字化控制系统,最⼤推⼒不超过12000公⽄。
太⾏发动机和它的总设计师张恩和
涡轮轴发动机
航空涡轮轴发动机,或简称为涡铀发动机,是⼀种输出轴功率的涡轮喷⽓发动机。法国是最先研制涡轴发动机的国家。50年代初,透博梅卡公司研制成⼀种只有⼀级离⼼式叶轮压⽓机、两级涡轮的单转于、输出轴功率的直升机⽤发动机,功率达到了 206kW(280hp),成为世界上第⼀台直升机⽤航空涡轮轴发动机,定名为“阿都斯特—l”(Artouste—1)。⾸先装⽤这种发动机的直升机是美国贝尔直升机公司⽣产的Bell 47(编号为XH—13F),于1954年进⾏了⾸飞。
涡轴发动机的主要机件与⼀般航空喷⽓发动机⼀样,涡轴发动机也有进⽓装置、压⽓机、燃烧室、涡轮及排⽓装置等五⼤机件,涡轴发动机典型结构如下图所⽰。
压⽓机
压⽓机的主要作⽤是将从进⽓道进⼊发动机的空⽓加以压缩,提⾼⽓流的压强,为燃烧创造有利条件。根据压⽓机内⽓体流动的特点,可以分为轴流式和离⼼式两种。轴流式压⽓机,⾯积⼩、流量⼤;离⼼式结构简单、⼯作较稳定。涡轴发动机的压⽓机,其结构形式⼏经演变,从纯轴流式、单级离⼼、双级离⼼到轴流与离⼼混装⼀起的组合式压⽓机。当前,直升机的涡轴发动机⼤多采⽤的是若⼲级轴流加⼀级离⼼所构成的组合压⽓机。例如,国产涡轴6、涡轴8发动机为l级轴流加1级离⼼构成的组合压⽓机;“⿊鹰”直升机上的T700发动机其压⽓机为5级轴流加上l级离⼼。压⽓机部件主要由进⽓导流器、压⽓机转⼦、压⽓机静⼦及防喘装置等组成。压⽓机转⼦是⼀个⾼速旋转的组合件,轴流式转⼦叶⽚呈叶栅排列安装在⼯作叶轮周围,离⼼式转⼦叶⽚则呈辐射形状铸在叶轮外部,见下图。压⽓机静于由压⽓机壳体和静⽌叶⽚组成。转于旋转时,通过转⼦叶⽚迫使空⽓向后流动,不仅加速了空⽓,⽽且使空⽓受到压缩,转于叶⽚后⾯的空⽓压强⼤于前⾯的压强。⽓流离开转于叶⽚后,进⼊起扩压作⽤的静于叶⽚。在静于叶⽚的通道、空⽓流速降低,压强升⾼,得到进⼀步压缩。⼀个转⼦加⼀个静于称为⼀级。衡量空⽓经过压⽓机被压缩的程度,常⽤压缩后与压缩前的压强之⽐,即增压⽐来表⽰。
增压⽐是评估压⽓机性能的重要指标。现代直升机装⽤的涡轴发动机,要求压⽓机的总增压⽐越来越⾼,有的已使增压
增压⽐是评估压⽓机性能的重要指标。现代直升机装⽤的涡轴发动机,要求压⽓机的总增压⽐越来越⾼,有的已使增压⽐达到20,以使发动机获取尽可能⾼的热效率和轴功率。
燃烧室
燃烧室是发动机内燃油与空⽓混合、燃烧的地⽅。燃烧室⼀般由外壳、⽕焰筒组成,⽓流进⼝处还设有燃油喷嘴,起动时⽤的喷油点⽕器也装在这⾥。燃烧室的⼯作条件⼗分恶劣,由于⽓体流速很⾼(⼀般流速为50⼀100m/s之间),混合⽓燃烧如⼤风中点⽕,因此保持燃烧稳定⾄关重要。为了保证稳定燃烧,在燃烧室结构设计上采取⽓流分流和⽕焰稳定等措施。
经过压⽓机压缩后的⾼压空⽓进⼊燃烧室,被⽕焰筒分成内、外两股,⼤部分空⽓在⽕焰筒外部,沿外部通道向后流动,起着散热、降温作⽤;⼩部分空⽓进⼊⽕焰筒内与燃油喷嘴喷出(或者甩油盘甩出)的燃油混合形成油⽓混合⽓,经点⽕燃烧成为燃⽓,向后膨胀加速,然后与外部渗⼊⽕焰筒内的冷空⽓掺合,燃⽓温度平均可达 1500℃,流速可达230m/s,⾼温、⾼速的燃⽓从燃烧室后部喷出冲击涡轮装置。
⼯作时,先靠起动点⽕器点燃⽕焰筒内的混合⽓,正常⼯作时靠⽕焰筒内的燃⽓保持稳定燃烧。由于燃烧室的零件⼯作在⾼温、⾼压下,⼯作中常出现翘曲、变形、裂纹、过热烧穿等故障,为此燃烧室采⽤热强度⾼、热塑性好的耐⾼温合⾦。
按照燃⽓在燃烧室的流动路线,燃烧室可分为直流和回流式两种。直流燃烧室形状细且长,燃⽓流动阻⼒⼩,回流燃烧室燃⽓路线回转,燃⽓流动阻⼒⼤,但可使发动机结构紧凑,缩短转于轴的长度,使发动机获得较⼤的整体刚度。图2.2—34为国产祸轴8发动机的燃烧室,是介于以上两者之间的⼀种折流燃烧室,使燃⽓折流适应甩油盘甩出燃油的⽅向,以提⾼燃油雾化质量及燃烧室⼯作效率。
涡轮
涡轮的作⽤是将⾼温、⾼压燃⽓热能转变为旋转运动的机械能。它是涡抽发动机的主要机件之⼀,要
求尺⼨⼩、效率⾼。涡轮通常由静⽌的导向叶⽚和转动的⼯作叶轮组成。和压⽓机恰好相反,祸轮的导向叶⽚在前,⼯作叶⽚在后。从燃烧室来的燃⽓,先经过导向叶⽚、由于叶⽚间收敛形通道的作⽤,提⾼速度、降低压强,燃⽓膨胀并以适当的⾓度冲击⼯作叶轮,使叶轮⾼速旋转。现代涡轴发动机进⼊涡轮前的温度可⾼达1500℃,涡轮转速超过50000r/min。由于涡轮⼯作时要承受巨⼤的离⼼⼒和热负荷,所以涡轮⼀般选⽤耐⾼温的⾼强度合⾦钢,此外,还要为祸轮的散热和轴承的润滑进⾏周密设计。
与⼀般涡轮喷⽓发动机不同,直升机⽤涡轴发动机的涡轮既要带动压⽓机转动,⼜要带动旋翼、尾桨⼯作。现在⼤多数涡轴发动机将涡轮分为彼此⽆机械连接的前、后两段,见上图。前段带动压⽓机⼯作,构成发动机的燃⽓发⽣器转⼦;后段作为动⼒轴,即⾃由涡轮,输出铀功率带动旋翼、尾桨等部件⼯作。前、后两段虽不发⽣机械连接关系,却有着⽓体动⼒上的联系,可以使得燃⽓发⽣器涡轮与⾃由涡轮在⽓体热能分配上随飞⾏条件改变作适当调整,这样就能使涡轴发动机性能与直升机旋翼性能在较宽裕的范围内得到优化组。