详解航空涡轮发动机

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详解航空涡轮发动机

详解航空涡轮发动机

详解航空涡轮发动机(一)【字体大小:大中小】引言古往今来,人类飞上天空的梦想从来没有中断过。

古人羡慕自由飞翔的鸟儿,今天的我们却可以借助飞机来实现这一理想。

鸟儿能在天空翻飞翱翔,靠的是有力的翅膀;而飞机能够呼啸驰骋云端,靠的是强劲的心脏——航空涡轮发动机。

航空涡轮发动机,也叫喷气发动机,包括涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机等几大类,是由压气机、燃烧室和涡轮三个核心部件以及进气装置、涵道、加力燃烧室、喷管、风扇、螺旋桨和其它一些发动机附属设备比如燃油调节器、起动装置等组成的。

其中,压气机、燃烧室和涡轮这三大核心部件构成了我们所说的"核心机"。

每个部件的研制都要克服巨大的技术困难,因而航空涡轮发动机是名副其实的高科技产品,是人类智慧最伟大的结晶,其研制水平是一个国家综合国力的集中体现。

目前世界上只有美、俄、法、英等少数几个国家能独立制造拥有全部自主知识产权的航空涡轮发动机。

2002年5月,中国自行研制的第一台具有完全自主知识产权、技术先进、性能可靠的航空涡轮发动机——"昆仑"涡喷发动机正式通过国家设计定型审查,它标志着我国一跃成为世界第五大航空发动机设计生产国。

"昆仑"及其发展型完全可以满足今后若干年内我军对中等偏大推力涡喷发动机的装机要求,将来在其基础上发展起来的小涵道比涡扇发动机还可以满足我国未来主力战机的动力要求,是我国航空涡轮发动机发展史上的里程碑。

要了解航空涡轮发动机,首先要从它的最关键部分--核心机开始。

核心机包括压气机、燃烧室和涡轮三个部件,它们都有受热部件,工作条件极端恶劣,载荷大,温度高,容易损坏,因此航空涡轮发动机的设计重点和瓶颈就在于核心机的设计。

详解航空涡轮发动机(二)【字体大小:大中小】压气机压气机的作用是将来自涡轮的能量传递给外界空气,提高其压力后送到燃烧室参与燃烧。

因为外界空气的单位体积含氧量太低,远小于燃烧室中的燃油充分燃烧所需的含氧量。

航空航天工程师的工作中的涡轮机械

航空航天工程师的工作中的涡轮机械

航空航天工程师的工作中的涡轮机械涡轮机械是航空航天工程师工作中至关重要的一部分。

涡轮机械是实现飞机、火箭等航空航天器推进动力的关键组件。

在航空航天工程师的工作中,涡轮机械的设计、制造和维护是必不可少的。

本文将从涡轮机械的原理、设计以及工程师的角色等方面进行探讨。

一、涡轮机械原理涡轮机械是一种能够将流体(通常为空气或燃料)的动能转化为机械能的装置。

涡轮机械的基本原理是通过叶片的旋转来吸入、压缩、燃烧和排出气流。

它包括涡轮和压气机两部分,通过涡轮的旋转驱动压气机工作。

其中,涡轮是由叶片组成的转子,而压气机则是由叶片组成的定子。

涡轮机械的工作原理十分精密复杂,需要航空航天工程师具备深厚的专业知识和技术。

二、涡轮机械的设计涡轮机械的设计是航空航天工程师的核心任务之一。

在涡轮机械设计过程中,工程师需要考虑许多因素,如气体流动特性、材料选型、叶片形状和尺寸等。

为了使涡轮机械在高温、高压和高速条件下保持稳定和可靠的工作,工程师需要使用先进的计算机辅助设计软件,以模拟和优化设计方案。

此外,工程师还需要进行实验验证和不断改进,以确保设计的性能和可靠性能够满足工程需求。

三、涡轮机械的制造涡轮机械的制造是航空航天工程师的关键任务之一。

制造涡轮机械需要高精密的加工技术和设备。

在制造过程中,工程师需要确保叶片的形状和尺寸准确无误,并保证各个部件的装配精度。

由于涡轮机械通常是高温、高压和高速的工作环境,所以材料的选择和处理也是关键。

工程师需要根据实际工程需求选择合适的金属合金,并采取适当的热处理和表面处理措施,以提高涡轮机械的性能和寿命。

四、航空航天工程师的角色航空航天工程师在涡轮机械的设计、制造和维护中扮演着至关重要的角色。

他们需要运用先进的科学和工程知识,将理论知识转化为实际应用。

工程师需要与其他领域的专家密切合作,如材料科学家、计算机工程师和机械工程师等。

在设计和制造过程中,工程师需要解决各种技术难题和工程挑战,并确保涡轮机械的性能和可靠性能够满足航空航天需求。

民航客机发动机种类

民航客机发动机种类

民航客机发动机种类
民航客机发动机是支撑飞机飞行的核心部件之一,其种类不同,具有的性能也各有千秋。

本文将就民航客机发动机的种类进行介绍,为广大航空爱好者提供指导意义。

1.涡轮风扇发动机
涡轮风扇发动机是民航客机常用的一种发动机,也是当今最为先进的民航客机发动机。

它采用了涡轮增压技术,以大量的冷气流与少量的燃料混合燃烧,使发动机的输出功率大大提高。

同时,涡轮风扇发动机的效率高、噪音小,成为现代民航客机的主流发动机。

2.涡轮螺旋桨发动机
涡轮螺旋桨发动机是一种将涡轮增压技术应用到螺旋桨发动机上的发动机。

它提高了螺旋桨发动机的输出功率和运转效率,使得速度和燃油效率都比常规螺旋桨发动机有所提高。

由于涡轮螺旋桨发动机的体积相对小,噪音较低,被广泛应用于地区性运输、通勤型客机等领域。

3.涡喷发动机
涡喷发动机是一种依靠高速喷射气流来推动飞机前进的发动机。

它采用涡轮增压和高速喷射气流的组合,具有噪音小、动力强、维修简单等特点,被广泛应用于军用和商业航空领域。

4.活塞发动机
活塞发动机是一种通过往复活塞运动将化学能转化为机械能的发动机。

虽然它的体积相对较大,噪音较高,但它具有结构简单、可靠性高的优点,被广泛应用于私人飞机和轻型运输飞机等领域。

综上所述,不同种类的民航客机发动机各具特点,应根据航空器的类型、任务和运营环境来选择适合的发动机。

在选择之前,需要对各类发动机的性能进行全面比较和评估,以确保飞行的安全和效率。

航空科普知详解航空涡轮发动机(4)

航空科普知详解航空涡轮发动机(4)

详解航空涡轮发动机(四)涡轮经过了这么多"热身",高温高压气流终于可以大显身手,进入涡轮做功了。

不过,在"工作"之前。

先要排好队--在燃烧室中产生的高温高压燃气首先要经过一道燃气导向叶片,高温高压燃气在经过燃气导向叶片时会被整流并通过在收敛管道中将部分压力能转化为动能而加速,最后被赋予一定的角度以更有效地冲击涡轮叶片。

从"航空涡轮发动机"这个称呼上,就可以看出涡轮在发动机里的重要性。

涡轮实际上是一个"风车",在燃烧室来流的冲击下转动。

涡轮的作用就是将一部分高温高压燃气的能量通过传动轴传递给前面的压气机,使其能够正常工作。

在涡扇/涡桨发动机中,涡轮还要驱动风扇和螺旋桨叶片。

涡轮是航空涡轮发动机三大核心部件中的"苦力",它"干的活最重"、"自身压力最大"而且"工作环境最差"。

说它"干的活最重",是指每级涡轮要发出很大的功率,在现代航空涡轮发动机上,通常只有不超过三级的涡轮,可是就这么几级的涡轮却要发出上万匹马力的功率;"自身压力最大"是说涡轮叶片在高速旋转时由于其本身的重量,会受到相当大的离心力,大到涡轮全速旋转时其离心力相当于在每个叶片上吊挂了一辆5吨卡车;说它"工作环境最差"则是指,涡轮的工作条件可以用"高温"、"高压"、 "高速"三个"高"来形容。

现代航空涡轮发动机的涡轮进口温度最高达到1800K甚至2000K(约1727摄氏度,超过大多数金属材料的熔点);涡轮进口气压高达几十个大气压;在涡轮叶片边缘的气流速度通常可以接近甚至超过音速,只有这样的气流冲击到涡轮上,才能使涡轮发出足够大的功率。

换句话说,能在 "三高"条件下稳定工作就是现代航空涡轮发动机对涡轮性能提出的最基本要求。

1航空燃气涡轮发动机概述

1航空燃气涡轮发动机概述
燃料使用效率高,噪声小,能获得较大加力比。
(3)涡轮螺旋浆发动机
涡轮螺旋桨发动机
由燃气涡轮发动机和螺旋桨组成,在它们之间还安 排了一个减速器
涡轮螺旋桨发动机的工作原理
螺旋桨产生拉力 气体流过发动机时产生反作用推力
在较低的飞行速度下,具有较高的推进效率, 所以 它在低亚音速飞行时的经济性较好
发动机损失的能量:
N

Np

Ga
c52
c02 2
Ga (c5
c0 )c0
每公斤气流损失的能量:
c52
c02 2
(c5
c0 )c0

(c5
c0 )2 2
排气速度与飞行速度相差越大,动能损失越多
三、总效率
定义:加入燃烧室的燃油完全燃烧时放出 的热量,有多少转变为推进功。
0
摩擦降低了总压,热阻损失降低了总温
第三节 涡轮喷气发动机推力和 效率(*)
一、推力的产生
气流流过发动机时,发动机的内壁及各部件对气体 施加作用力,使其动量发生变化,而气体必然同时 给予发动机及各部件以反作用力。这些反作用力在 轴向分力的合力,即推力。
推力:提供给飞机,克服飞机前进阻力或使飞机 加速而作功的力。
sfc 3600G f 3600G f
F
Ga Fs
HuG f Gaqs
Hu为燃油的热值(kJ/kg)
qs

Fs c0
0
sfc 3600c0
Hu0
Sfc与总效率、飞行速度有关
(三)使用性能指标
发动机的可靠性 起动迅速可靠
从静止加速到慢车状态的过程 加速性
从慢车加速到最大转速所需的时间 发动机的寿命

航空燃气涡轮发动机原理

航空燃气涡轮发动机原理

航空燃气涡轮发动机原理
航空发动机是飞机的心脏,它直接影响着飞机的性能和安全。

它是利用燃气产生的推力来使活塞做往复运动,从而产生升力和推力。

航空发动机按工作原理可分为压气机、燃烧室、涡轮、喷管和尾喷管等部分,下面就来介绍一下航空发动机的基本工作原理。

1.压气机
压气机是用来产生空气动力的机械,通常在飞机中扮演着压缩空气的角色。

与飞机其他机械相比,发动机具有体积小、重量轻、推力大、推重比高等特点。

1.燃烧室
燃烧室是用来引燃燃料和空气以产生高温高压燃气的部分。

燃烧室是发动机的核心部件,其容积大小直接决定着发动机的最大推力。

1.涡轮
涡轮是航空发动机中转动部件之一,它将发动机排出的高温高压气体做功,使之变成具有一定速度的高压气体。

在航空发动机中,涡轮又是推动活塞运动的动力装置。

涡轮是由电动机或燃气轮机驱动的,其传动方式有齿轮传动和齿轮-轴传动两种。

涡轮旋转时带动轴旋转,产生一个与轴方向相反的推力,这就是推力矢量控制技
— 1 —
术(IFCV)。

— 2 —。

航空小知识——飞机的心脏:航空发动机

航空小知识——飞机的心脏:航空发动机
涡轮与压气机不同,静子部分在前,转子部分在后。如上图为PW4000发动机的涡轮部分分布,两级高压涡轮和四级低压涡轮。
尾喷管
尾喷管安装在涡轮的后部,也是发动机的重要部件之一。主要作用是将从涡轮流出的燃气膨胀加速,将燃气部分的焓转变为动能,提高燃气速度,使燃气以很大的速度排出,产生较大的推力。
GEnx
GEnx发动机是由GE公司研制生产的高涵道比双转子轴流式涡扇发动机,最大推力63800磅。核心机主要部件(详见示意图):轴流式压气机(包括1级风扇、4级低压压气机和10级高压压气机 )、环形燃烧室和轴流式涡轮(包括2级高压涡轮和7级低压涡轮 )。GEnx发动机现用于Boeing 787和Boeing747-8飞机,未来将用于A350等飞机。
航空发动机的五大部件
航空发动机主要分为五大部件,分别是进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管,下文将对各大部件逐一进行介绍:
进气道
航空发动机进气道主要的作用是在各种工作状态下,能够将足够量的空气,以最小的流动损失,引入压气机。进气道可分为亚音速进气道和超音速进气道,民航发动机的进气道多为亚音速进气道。
TrentXWB
TrentXWB发动机是罗罗公司正在研制的高涵道比三转子轴流式涡扇发动机,未来将用于A350飞机。设计推力分别为75,000磅(适用于A350-800)、84,000磅(适用于A350-900)及97,000磅(适用于A350-1000)。
CFM56系列
CFM56系列发动机是由美国的GE公司和法国的斯纳克玛公司组成的CFM国际公司研制生产的高涵道比双转子轴流式涡扇发动机。于1974年6月投入使用,发动机的推力为18,000至34,000磅。主要型号有CFM56-3、CFM56-5B和CFM56-7B分别用于Boeing 737-300/400/500;A320系列;Boeing737-700/800/900。

介绍各类型飞机发动机

介绍各类型飞机发动机

介绍各类型飞机发动机各类型飞机发动机的介绍一、涡轮螺旋桨发动机涡轮螺旋桨发动机是一种常见的飞机发动机类型,主要用于小型飞机和地区航班。

它结合了涡轮和螺旋桨的特点,可以提供较大的推力和较低的燃油消耗。

涡轮螺旋桨发动机的工作原理是通过燃烧燃料产生高温高压气体,然后推动涡轮旋转,最后通过传动系统将动力传递给螺旋桨,产生推力。

二、涡喷发动机涡喷发动机是现代飞机中最常见的发动机类型之一。

它利用喷气原理产生推力,适用于各种类型的飞机。

涡喷发动机通过压缩空气、燃烧燃料并排出高速喷气流来产生推力。

它具有高推力、高效率和较低的燃油消耗等特点,被广泛应用于商用飞机和军用飞机。

三、涡扇发动机涡扇发动机是一种性能优越的发动机类型,常用于中大型喷气客机。

它结合了涡轮和喷气原理,具有高推力、低噪音和较低的排放等特点。

涡扇发动机通过压缩空气、燃烧燃料并排出高速喷气流产生推力,同时通过涡轮驱动风扇产生附加推力。

它的高效率和低噪音使其成为现代喷气客机的首选发动机。

四、涡桨发动机涡桨发动机是一种结合了涡轮和螺旋桨的特点的发动机类型,主要用于直升机和小型飞机。

涡桨发动机通过压缩空气、燃烧燃料并排出高速喷气流来产生推力,同时利用传动系统驱动螺旋桨产生附加推力。

涡桨发动机具有高推力、灵活性和良好的低速性能等特点,适用于垂直起降和短距离起降的飞机。

五、火箭发动机火箭发动机是一种产生巨大推力的发动机类型,主要用于航天器和导弹。

火箭发动机通过燃烧燃料和氧化剂产生高温高压气体,并将其排出产生推力。

火箭发动机具有高推力、高速度和短时间内产生大量推力的能力,但燃料消耗量较大。

它被广泛应用于航天领域,推动着人类探索太空的脚步。

六、活塞发动机活塞发动机是一种传统的内燃机发动机类型,主要用于小型飞机和私人飞机。

活塞发动机通过往复运动的活塞产生推力,通过连杆和曲轴传递动力。

它的工作原理类似于汽车发动机,通过燃烧燃料产生高温高压气体来推动活塞运动。

活塞发动机具有结构简单、维护容易和燃料适应性强等特点,但推力较小,燃油消耗较高。

飞机发动机维护—涡轮风扇发动机的简介

飞机发动机维护—涡轮风扇发动机的简介

2 涡轮风扇发动机的适用范围
涡轮风扇发动机(简称涡扇)
➢ 内涵气流 ➢ 外涵气流 ➢ 发动机的推力是内、外涵道气
流反作用力的总和。 ➢ 外涵道空气质量流量与内涵道
空气质量流量之比称为流量比, 又称涵道比,用B 表示。 (Bypass Ratio)
涡轮风扇发动机
➢ 排气方式
✓ 分开排气 ✓ 混合排气
分开排气 混合排气
涡轮风扇发动机的适用范围
•航空涡轮发动机(M5)
•涡轮风扇发动机的简介
1
涡轮风扇发动机的组成
2 涡轮风扇发动机的适用范围
涡轮风扇发动机(简称涡扇)
➢ 涡轮风扇发动机,又称内外涵 发动机。
➢ 由两个同心圆筒的内涵道和外 涵道组成,
➢ 在内涵道中装有涡轮喷气发动 机的部件——压气机,燃烧室 和涡轮,
➢ 在外涵道中装有由内涵转子带 动的风扇
➢ 涡扇发动机的性能随涵道比的不同而差异很大, ➢ 总的说来,在亚音速段较之涡喷发动Байду номын сангаас具有更好的经济性,综合性能好。
➢ 高涵道比涡扇发动机(B=4-10)适宜作高亚音速大、中型民航机,运输机 的动力装置;
➢ 低涵道比涡扇发动机(B=0.2-0.6)适宜作超音速战斗机的动力装置。
1
涡轮风扇发动机的组成

航空燃气涡轮发动机工作原理

航空燃气涡轮发动机工作原理

2020年4月25日
9
二、推力公式推导
• 推力 • 附加阻力 • 压差阻力 • 摩擦阻力
F qmgV9 qmaV0 (p9 p0 )A9
01
Xa (p p0 )dA
0
9
X p (p p0 )dA 01
Xf
2020年4月25日
10
二、推力公式推导
• Feff与F
F FX X X
2020年4月25日
20
一、性能指标
1、推力 发动机推力大小仅仅反映飞机的推力需求, 不能反映不同推力级发动机之间的性能优劣 例如: GE90(BY777) F=392000N, qma=1420kg/s
D=3.524m wp-11(无人机) F=8500N, qma=13kg/s
D=0.3m
2020年4月25日
Fp
2020年4月25日
15
一、性能指标
1、推力(动量变化) • 空气:Fa qma (V9 V0 ) • 燃油: Ff qmf (V9 0)
Fm Fa Ff qmgV9 qmaV0
qma qmf 排出燃气流量 排出进口空气流量 • 大涵道比(民用)涡扇 燃油/空气 几/ ‰ • 小涵道比(军用)涡扇 燃油/空气 几/%
2020年4月25日
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二、推力公式推导
• Feff
Feff Fin Fout
01
9
qmgV9 qmaV0 p0 A0 pdA p9 A9 pdA X f
0
01
9
p0dA p0 A9 p0 A0
0
9
p0 A0 = p0dA p0 A9
0
2020年4月25日
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二、推力公式推导

航空涡轮发动机的设计原理

航空涡轮发动机的设计原理

航空涡轮发动机的设计原理第一章涡轮发动机概述航空涡轮发动机是飞机所必需的装置之一,是飞机动力源的核心。

涡轮发动机采用空气压缩、燃烧和推力产生机械能的原理,是现代飞机所必不可少的驱动装置。

本章将简单介绍涡轮发动机的历史、分类、结构及工作原理。

1.1 涡轮发动机的历史涡轮发动机是机械工程领域的瑰宝。

早在20世纪20年代,涡轮发动机的理论框架已具备,但随着半导体和计算机技术的进步,涡轮发动机的实际发展也随之加速。

20世纪50年代,涡轮发动机在航空工业中被广泛运用,其中以喷气发动机为主。

喷气发动机具有较高的推力、高可靠性和出色的维修性能,成为现代商用和军用飞机的首选发动机。

1.2 涡轮发动机的分类涡轮发动机有许多种分类方式。

按照化学能源来源可分为化石能源发动机和非化石能源发动机;按照结构类型可分为涡轮喷气发动机(Turbojet)、涡扇发动机(Turbofan)、涡桨发动机(Turboprop)等多种类型。

1.3 涡轮发动机结构涡轮发动机由压气机、燃烧室和涡轮三部分组成。

压气机负责将空气压缩,燃烧室中的燃料被点燃并在高压下燃烧,推动压缩机和涡轮工作。

涡轮又驱动飞机的叶轮运转。

不同类型的发动机在结构上差异较大,但都包含这三个主要组成部分。

1.4 涡轮发动机的工作原理涡轮发动机工作原理是将空气经过压缩机加压、通过燃烧室中的燃料进行燃烧,从而获得高温高压气流,进一步通入涡轮组,将能量转化为机械动能。

涡轮组通过转动飞机进气口处的风扇或者透过尾喷口产生的后向推力,实现对飞机的推进作用。

第二章涡轮喷气发动机设计原理涡轮喷气发动机是将高速喷射的燃料和空气经过燃烧室燃烧产生高温高压气流,从而推动涡轮组运转,并输出高速气流来推进飞机的喷气发动机。

本章将介绍涡轮喷气发动机的设计原理,包括压气机、燃烧室和涡轮组的结构设计和性能优化。

2.1 压气机设计原理涡轮喷气发动机的压气机是空气压缩的核心。

通过对压气机位置、尺寸、叶片设计及几何学形状优化,可实现较高的效率和稳定的工作性能。

航空燃气涡轮发动机概述

航空燃气涡轮发动机概述
§ 气流膨胀过程中有流动损失。
§ 定压放热过程只有热损失,没有流动损失,所 以,实际的放热过程与理想循环的放热过程相 同。
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航空燃气涡轮发动机概述
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航空燃气涡轮发动机概述
•摩擦降低了总压,热阻损失降低了总

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航空燃气涡轮发动机概述
第三节 涡轮喷气发动机推力和 效率(*)
航空燃气涡轮发动机概述
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航空燃气涡轮发动机概述
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航空燃气涡轮发动机概述
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航空燃气涡轮发动机概述
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航空燃气涡轮发动机概述
喷气发动机的分类
§ 发动机:将燃油燃烧释放出的热能转变为机 械能的装置
§ 喷气发动机:把燃料的化学能转化为发动机 高速喷出燃气的动能,从而获得反作用力, 推进飞行器飞行的发动机。
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航空燃气涡轮发动机概述
一、推力的产生
气流流过发动机时,发动机的内壁及各部件对气体 施加作用力,使其动量发生变化,而气体必然同时 给予发动机及各部件以反作用力。这些反作用力在 轴向分力的合力,即推力。
§ 推力:提供给飞机,克服飞机前进阻力或使飞机 加速而作功的力。
§ 有效推力=发动机内推力 - 短舱的阻力
航空燃气涡轮发动机概述
§ 燃气涡轮喷气发动机的理想化条件
Ø 假设工质完成的是一个封闭的热力循环
Ø 略去压缩与膨胀过程中工质与各部件之间的热量交换, 忽 略实际过程中的摩擦, 假设在燃烧室中进行的燃油燃烧释 放出热能的化学反应过程为外部热源对工质加热的过程, 并且忽略由流动阻力和加热所引起的压力降低, 从而用定 压加热过程代替之

航空发动机原理知识点精讲

航空发动机原理知识点精讲

航发原理1、燃气涡轮发动机工作原理1.1、航空发动机概述活塞、涡喷、涡扇、涡轴、涡桨、桨扇,短距离垂直起降动力装置。

1.2、燃气涡轮发动机的工作原理空气连续不断地被吸入压气机,并在其中压缩增压后,进入燃烧室中喷油燃烧成为高温高压燃气,再进入涡轮中膨胀做功。

燃烧的膨胀功必然大于空气在压气机中被压缩所需要的压缩功,使得有部分富余功可以被利用。

燃气涡轮发动机的膨胀功可以分为两部分:一部分膨胀功通过传动轴传给压气机,用以压缩吸入燃气涡轮发动机的空气;另一部分膨胀功则对外输出,作为飞机、舰船、车辆或发电机等的动力装置。

1.3、喷气发动机热力循环(P123)涡喷发动机的理想循环:(p-v 、压力-比体积)等熵压缩:进气道、压气机(0、2、3,特征截面)等压加热:燃烧室(3、4)等熵膨胀:涡轮、喷管(4、5、9)等压放热:大气环境(9、0)(P125)理想循环功L id =q 1−q 2=C p (T t4−T t3)−C p (T 9−T 0)=C p T 0(e −1)(∆e −1)T t4T 0=∆ 加热比 (P t3P 0)k−1k =e P t3P 0=π 总增压比 加热比增加,理想循环功增加。

总增压比为1,理想循环功为0;总增压比为最大,理想循环功为0;存在使理想循环功最大的最佳增压比πopt 。

从物理意义分析,影响理想循环功L id 的是加热量q 1和热效率两个因素。

当π从1.0开始增加时,热效率急剧增加,使L id 增加,一直达到其最大值;此后π继续增加则q 1的减小起了主导作用,使L id 下降。

e opt =√∆πopt =∆k2(k−1)L id =C p T 0(√∆−1)2ηti =1−1πk−1k 只与总增压比有关对应于有效功最大值的最佳增压比πopt 远小于对应于最大热效率的增压比πopt ′。

1.4、喷气发动机的推力(P13)F eff =F −X d −X p −X fX d :进气道附加阻力X p :短舱压差阻力X f:摩擦阻力F=W9c9+(p9−p0)A9−W a c0 1.5、涡喷发动机的总效率、热效率及推进效率η0=ηtηpηp=21+c9c0=推进功循环有效功遗留在空中的动能损失,称为离速损失,排气速度和飞行速度差别越大,动能损失越多。

航空发动机涡轮叶片的结构分析与优化研究

航空发动机涡轮叶片的结构分析与优化研究

航空发动机涡轮叶片的结构分析与优化研究航空发动机作为现代飞机的重要组成部分,其性能和质量直接关系到飞机的安全和经济性。

而涡轮叶片作为航空发动机中最重要的部件之一,其结构的合理性和优化设计对于提高发动机的性能和可靠性至关重要。

一、航空发动机涡轮叶片的结构分析1. 涡轮叶片的基本结构和分类涡轮叶片由外科面、内科面、轮辐和尾端构成。

根据涡轮叶片的工作环境和受力情况的不同,可将其分为静叶和动叶两大类。

静叶是指安装在燃气轮机进气口和出气口之间的叶片,其主要作用是改变气流的方向和速度。

动叶则是指安装在涡轮盘上的叶片,既负责受到高温高压气流的推动,又产生剩余动量来带动涡轮盘旋转。

2. 涡轮叶片的受力情况和失效模式涡轮叶片在工作中受到的主要力有离心力、往复力和惯性力等,同时还受到高温气流的侵蚀和热膨胀的影响。

因此,涡轮叶片的失效模式主要包括疲劳断裂、高温烧蚀和氧化、拉伸和压缩变形等。

3. 涡轮叶片的材料和制造工艺为了满足高强度、高刚度、高温抗氧化能力等要求,涡轮叶片通常采用高温合金材料,例如镍基合金和钴基合金。

制造工艺则包括铸造、锻造、粉末冶金等。

二、航空发动机涡轮叶片优化设计的研究1. 涡轮叶片的结构参数优化涡轮叶片的结构参数包括厚度、角度、流线型等多个方面,其优化设计的目的是使得叶片在受到高温高压气流的推动时能够更好地减小气动损失和机械损失,从而提高发动机的效率和可靠性。

2. 涡轮叶片的材料和制造工艺优化涡轮叶片的材料和制造工艺直接关系到其性能和寿命。

因此,在优化设计过程中需要考虑材料的力学性能、抗氧化性能、加工难度等因素,并选择适当的制造工艺。

3. 涡轮叶片的仿真分析和试验验证为了验证涡轮叶片结构的优化设计是否合理,可以进行数值仿真分析和试验验证。

通过计算流体力学仿真、热力学仿真和力学仿真等多个方面的测试,可以评估涡轮叶片的性能和寿命,并优化设计方案。

三、结论航空发动机涡轮叶片作为核心组件,其性能和质量直接关系到飞机的安全和经济性。

航空发动机涡轮冷却原理分析

航空发动机涡轮冷却原理分析

航空发动机涡轮冷却原理分析摘要:在航空发动机涡轮运行过程中,需要全面考虑涡轮的气动设计、传热分析、冷却技术等,以提高涡轮的高温强度和运行效率。

为此,航空发动机配备涡轮冷却系统,根据具体需要提供或去除用于冷却涡轮的额外气流处理,以避免涡轮运转异常故障。

本文主要分析航空发动机涡轮冷却原理。

关键词:航空;发动机;涡轮冷却原理引言航空发动机是飞机最重要的部件之一,能够为飞机的升降和飞行提供足够的能量。

起初飞机上使用的发动机是活塞发动机但是,这种发动机不仅重量大,输出功率也严重不足因此活塞发动机最终不能满足飞机所需的动力[1]。

为了更好地满足飞机的推力需求,工程师们还相继引进了水冷发动机和空气冷发动机。

尽管上述航空发动机允许飞机起飞和飞行,但由于飞机输出功率低,不可能实现快速飞行。

随着科技的飞速发展,工程师们逐渐发明了涡轮发动机这种发动机主要通过涡轮叶片快速旋转实现空气压缩,有效提高内燃机车燃料燃烧效率。

1、发动机涡轮冷却方式目前,燃气轮机最常用的冷却技术包括:冲击冷却、对流冷却膜冷却和某些复合冷却方法。

一种气膜冷却方法,气膜冷却方法,气膜冷却方法,气膜冷却方法,气膜冷却方法。

对流冷却的主要工作原理是允许冷却气流以一定的速度穿过冷却物体的加热表面,并通过用冷却气体和气体之间的气体对流取代本应传递给物体加热表面的热量来保护加热表面。

与气膜冷却相比,对流冷却效果较低,最大冷却效果仅为250℃。

冲击式冷却或注射式冷却通常类似于对流式冷却,它通过冷却器将高速垂直注射冲击发送到物体的加热表面,形成气体对流并去除热量。

此方法比传统对流冷却效率高出好几倍,因为它可以显着提高对流冷却气体的速度。

它主要用于高温但冷却条件极差的工作环境。

2、涡轮冷却系统工作原理当电机的转速和温度参数达到一定的区域参数时,电机控制器开始向喷嘴调节器的电磁阀发送电流信号。

然后,压力电磁阀作用于涡轮冷却控制附件的压力控制室,内部压力迫使活塞向下,从而切断换热器和空气控制压力之间的气流。

1航空燃气涡轮发动机概述

1航空燃气涡轮发动机概述

1航空燃气涡轮发动机概述航空燃气涡轮发动机是一种常用于商用飞机、军用飞机和直升机的发动机类型。

它的核心部件是一个由高速旋转的轴上的叶片构成的压气机和一个由燃烧室和涡轮组成的烟尘,以及用于传递动力给飞机的推力装置。

下面将对航空燃气涡轮发动机的工作原理、组成部分和应用进行详细的概述。

航空燃气涡轮发动机的工作原理基于牛顿第三定律,即每个动作都有一个相等且相反的反作用力。

在航空燃气涡轮发动机中,空气经过压气机被压缩,然后与燃料混合并点燃,产生高温高压的气流。

这个气流推动涡轮旋转,在经过燃气涡轮之后,一部分动能被传递给了高速旋转的轴,使得轴和涡轮一起旋转。

最后,涡轮的旋转运动转化为向后的推力,推动飞机前进。

航空燃气涡轮发动机通常由几个主要组成部分组成。

首先是压气机,它由多个叶片组成,旋转时将空气压缩,增加了气体的压力和密度。

接着是燃烧室,它是一个容纳燃料和空气混合物并进行燃烧的区域。

在燃烧室中,燃料通过喷嘴喷入,并在点燃器的作用下点燃。

燃烧的产物是高温高压的气流。

这个气流通过与旋转的涡轮接触,使得涡轮旋转并将动能传递给后方的轴。

最后,涡轮的旋转运动产生的推力由推力装置传递给飞机。

航空燃气涡轮发动机具有许多优点,使其成为航空领域中最常用的发动机类型之一、首先,它具有较高的功率密度,可以为飞机提供足够的推力,以实现高速飞行。

其次,它的反应速度非常快,能够迅速响应飞行任务的要求。

此外,航空燃气涡轮发动机还具有良好的可靠性和耐久性,能够在艰苦的环境条件下进行长时间的工作。

航空燃气涡轮发动机主要应用于商业航空和军事航空中。

在商业航空领域,它被广泛用于大型客机和货机,为它们提供强大的动力和较高的巡航速度。

在军事航空领域,航空燃气涡轮发动机被用于战斗机、轰炸机和直升机等各种类型的飞机上,以提供超音速飞行和快速加速的能力。

总而言之,航空燃气涡轮发动机是一种在航空领域中广泛应用的发动机类型。

它的工作原理基于牛顿第三定律,通过利用空气的压缩和燃烧产生的气流来产生推力,驱动飞机飞行。

航空航天工程师的工作中的涡轮机械

航空航天工程师的工作中的涡轮机械

航空航天工程师的工作中的涡轮机械航空航天工程师在航空航天领域中扮演着重要的角色,其中涡轮机械是他们工作中的关键技术之一。

涡轮机械是航空发动机和飞机系统中不可或缺的组成部分,它们的设计、制造和维护都需要航空航天工程师的精湛技术和专业知识。

本文将从涡轮机械的基本原理、应用领域以及航空航天工程师在涡轮机械方面的工作中发挥的作用等方面进行探讨。

一、涡轮机械的基本原理涡轮机械是一种利用流体动能转换为机械转动能的设备。

其基本原理是通过流体对叶轮的冲击和反作用力来实现能量转换。

航空发动机中最常见的涡轮机械是涡轮增压器和涡轮风扇。

涡轮增压器利用发动机排出的废气驱动叶轮转动,从而提高发动机的进气压力,提高发动机的功率性能。

涡轮风扇则是航空发动机的核心组件之一,通过高速旋转的气流产生推力,推动飞机前进。

二、涡轮机械的应用领域涡轮机械广泛应用于航空航天工程中的多个领域。

首先,涡轮机械在航空发动机中起到了提高性能和效率的关键作用。

通过合理设计和精确制造涡轮机械,可以提高航空发动机的功率输出和燃烧效率,使得飞机可以获得更大的推力并提高燃油利用率。

其次,涡轮机械也广泛应用于航空航天领域中的飞机气动力学研究和飞行控制系统中。

通过涡轮机械的精确控制,可以实现飞机在飞行中的姿态调整和舵面的操控,使得飞机具有更好的飞行稳定性和机动性能。

三、航空航天工程师在涡轮机械方面的工作中的作用航空航天工程师在涡轮机械方面的工作包括涡轮机械的设计、制造和维护。

首先,航空航天工程师负责涡轮机械的设计和优化。

他们需要根据航空发动机或飞机的要求,进行涡轮机械的结构设计和参数优化,以确保涡轮机械具有良好的性能和可靠性。

其次,航空航天工程师负责涡轮机械的制造和装配。

他们需掌握先进的加工工艺和设备,确保涡轮机械的制造精度和装配质量。

最后,航空航天工程师还负责涡轮机械的维护和检修。

他们需对涡轮机械进行定期的检查和维护,以确保其正常运行并提供技术支持。

总之,涡轮机械是航空航天工程师工作中的重要领域之一。

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详解航空涡轮发动机(一)【字体大小:大中小】引言古往今来,人类飞上天空的梦想从来没有中断过。

古人羡慕自由飞翔的鸟儿,今天的我们却可以借助飞机来实现这一理想。

鸟儿能在天空翻飞翱翔,靠的是有力的翅膀;而飞机能够呼啸驰骋云端,靠的是强劲的心脏航空涡轮发动机。

航空涡轮发动机,也叫喷气发动机,包括涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机等几大类,是由压气机、燃烧室和涡轮三个核心部件以及进气装置、涵道、加力燃烧室、喷管、风扇、螺旋桨和其它一些发动机附属设备比如燃油调节器、起动装置等组成的。

其中,压气机、燃烧室和涡轮这三大核心部件构成了我们所说的”核心机"。

每个部件的研制都要克服巨大的技术困难,因而航空涡轮发动机是名副其实的高科技产品,是人类智慧最伟大的结晶,其研制水平是一个国家综合国力的集中体现。

目前世界上只有美、俄、法、英等少数几个国家能独立制造拥有全部自主知识产权的航空涡轮发动机。

2002年5月,中国自行研制的第一台具有完全自主知识产权、技术先进、性能可靠的航空涡轮发动机一一”昆仑"涡喷发动机正式通过国家设计定型审查,它标志着我国一跃成为世界第五大航空发动机设计生产国。

”昆仑"及其发展型完全可以满足今后若干年内我军对中等偏大推力涡喷发动机的装机要求,将来在其基础上发展起来的小涵道比涡扇发动机还可以满足我国未来主力战机的动力要求,是我国航空涡轮发动机发展史上的里程碑。

要了解航空涡轮发动机,首先要从它的最关键部分--核心机开始。

核心机包括压气机、燃烧室和涡轮三个部件,它们都有受热部件,工作条件极端恶劣,载荷大,温度高,容易损坏,因此航空涡轮发动机的设计重点和瓶颈就在于核心机的设计。

详解航空涡轮发动机(二)【字体大小:大中小】压气机压气机的作用是将来自涡轮的能量传递给外界空气,提高其压力后送到燃烧室参与燃烧。

因为外界空气的单位体积含氧量太低,远小于燃烧室中的燃油充分燃烧所需的含氧量。

所以如果外界空气不经过压缩,那么发动机的热力循环效率就太低了。

在航空涡轮发动机上使用的压气机按其结构和工作原理可以分为两大类,一类是离心式压气机,一类是轴流式压气机。

离心式压气机的外形就像是一个钝角的扁圆锥体。

由于其迎风面积大,现在已经不在主流航空涡喷/涡扇发动机中使用了,仅在涡轴发动机中有一些应用。

轴流式压气机因其中主流的方向与压气机轴平行而得名,它是靠推动气流进入相邻叶片间的扩压信道来实现气流增压的。

轴流式压气机具有体积小、流量大、效率高的特点,虽然轴流式压气机单级增压比不大(约 1.3〜1.5),但是可以将很多级压气机叶片串联起来,一级一级增压,其乘积就是总的增压比。

轴流式压气机的这些优点,使其成为现代航空涡轮发动机的首选。

压气机的主要设计难点在于要综合保证效率、增压比和喘振裕度者三大主要性能参数满足发动机的要求。

压气机效率是衡量压气机性能好坏的重要指标,它反映了气流增压过程中产生能量损失的大小,如果效率太低,能量损失过大,压气机就是岀力不讨好。

增压比是指压气机岀口气压与进口气压之比,这个参数决定了压气机给后面的燃烧室提供的”服务质量"的好坏以及整个发动机的热力循环效率。

目前人们的目标是提高压气机的单级增压比。

比如在GE公司的J-79涡喷发动机上用的压气机风扇有17级之多,平均单级增压比为1.16,这样17级叶片的总增压比大约在12.5左右;而F-22的F-119涡扇发动机的压气机中,3级风扇和6级高压压气机的总增压比就达到了25左右,平均单级增压比为 1.43。

但随着压气机的增压比越来越高,压气机喘振的问题凸显了岀来。

喘振是发动机的一种不正常的工作状态,是由压气机内的空气流量和压气机转速偏离设计状态过多而引发的。

喘振是发动机的致命故障,严重时可能导致发动机空中停车甚至发动机致命损坏。

衡量发动机喘振性能的指标叫做”喘振裕度",就是说发动机的进气口流量变化多少会引发喘振,这个值一般都要求达到15 %甚至20 %以上。

航空涡轮发动机性能要先进,稳定工作范围宽,首先要求喘振裕度要大,压气机工作点距离喘振边界远。

其次,发动机抗畸变能力要强。

进气口的气有时是不均匀的,尤其是飞机做大机动动作时,进气道唇口气流发生分离,造成压气机进口畸变,气流不均匀。

这时发动机的喘振裕度就会减小,加减速又会把一部分喘振裕度消耗掉,也可能造成停车,所以喘振裕度必须足够,对畸变不敏感。

导弹的尾焰也容易造成温度场畸变,使发动机停车,所以要有武器发射防喘自动控制系统。

早期的轴流式压气机多数为单转子轴流式压气机,即各级压气机是装在同一根传动轴上、由同一个涡轮驱动并以相同转速工作的。

这种压气机结构比较简单,但是当单转子的发动机在工作中转速突然下降时(比如猛收小油门),气流容积容量过大而形成堵塞,从而导致前面各级(低压压气机)叶片处于小流量大攻角的工作状态。

这时,就像飞机在大攻角飞行时出现失速一样,气流在压气机叶片后面开始分离,这种分离严重到一定程度,就会岀现喘振。

在单转子轴流式压气机中,为了降低低压部分在这种情况下的攻角,只好在压气机前加装可调导流叶片以降低气流攻角,或者在压气机的中间级上进行放气,即空防掉一部分已经增压的空气来减少压气机低压部分的攻角。

为了提高压气机的工作效率并增加发动机喘振裕度,人们想到了用双转子来解决问题,即让发动机的低压压气机和高压压气机工作在不同的转速之下,这样低压压气机与低压涡轮联动形成低压转子,高压压气机与高压涡轮联动形成高压转子。

由于低压压气机和高压压气机分别装在两个同心的传动轴上,当压气机的空气流量和转速前后矛盾时,它们就可以自动调节,推迟了前面各级叶片上的气流分离,从而增加了喘振裕度。

然而双转子结构的发动机也并不是完美的。

在双转子结构的涡扇发动机上,由于风扇通常和低压压气机联动,风扇为了迁就压气机而必须在高转速下运行,高转速带来的巨大离心力就要求风扇的叶片长度不能太大,涵道比自然也上不去,而涵道比越高的发动机越省油。

低压压气机为了迁就风扇也不得不降低转速和单级增压比,单级增压比降低的后果就是不得不增加压气机的级数来保持一定的总增压比。

这样一来压气机的重量就难以下降。

为了解决压气机增压比和风扇转速的矛盾,人们很自然的想到了三转子结构。

所谓三转子就是在双转子发动机上又多了一级风扇转子。

这样,风扇、低压压气机和高压压气机都自成一个转子,各自都有各自的转速。

因此,设计师们就可以相对自由地设计发动机风扇转速、风扇直径以及涵道比。

而低压压气机的转速也就可以不再受风扇的掣肘。

但和双转子发动机相比,三转子发动机的结构进一步变得复杂。

三转子发动机有三个相互套在一起的共轴转子,支撑结构更加复杂,轴承的润滑也更加困难。

三转子发动机比双转子发动机多了很多工程上的难题,可是英国的罗尔斯•罗伊斯公司还是对它情有独钟。

罗•罗公司的RB-211涡扇发动机上用的就是三转子结构,转子数量的增加带来了风扇、压气机和涡轮的优化。

该型发动机装备在许多型号的客机上。

三转子的RB-211与同一技术时期推力同级的波音747用双转子JT9D涡扇发动机相比,JT9D的风扇叶片有46片,而RB-211只有33片;压气机、涡轮的总级数JT9D为22级,而RB-211只有19级;压气机叶片JT9D有1486片,RB-211只有826片;涡轮转子叶片RB-211是522片,而JT9D多达708 片;但从支撑轴承上看,RB-211有8个轴承支承点,而JT9D只有4个。

为了千方百计提高压气机的喘振裕度,除了采用双转子压气机外,中间级放气以及机匣处理等措施已逐渐被广泛运用。

在很多现代化的发动机上人们都保留了放气活门以备不时之需。

比如在JT9D涡扇发动机上,普拉特•惠特尼公司就分别在高、低压压气机的第4、9、15级上保留了三个放气活门。

”昆仑"发动机也采用了先进的机匣处理措施,以及数字式防喘控制系统。

详解航空涡轮发动机(三)【字体大小:大中小】燃烧室压气机后面紧跟的是燃烧室。

经过压气机压缩后的高压空气与燃料混合之后将在燃烧室中燃烧,产生高温高压燃气来推动燃气涡轮运转并从尾喷口高速喷岀从而产生推力。

航空发动机对燃烧室的要求是:第一,燃烧室单位容积的发热量或者说是热容强度要很高。

通俗的说,就是要燃烧室在尽可能小的容积里完成高压空气与燃料的混合与充分燃烧。

第二,要保证足够高的燃烧效率。

第三,保证经过燃烧室后的气体达到所需的温度并要求岀口温度场相当均匀。

燃烧室的后面是涡轮,如果气流温度不均匀,有的地方特别热,有的地方特别冷(相对的冷,温度仍在千度左右),涡轮就会受不了--同一个涡轮叶片,转到热的地方就膨胀,转到冷的地方就收缩,一来二去,叶片很快就会发生金属疲劳,降低了使用寿命。

燃烧室的设计难点在于,油气二相混合物的流动特性既不同于液态,又不同于气态,这种流场很难建立精确的数学模型。

所以,燃烧室的设计过程很大程度上是通过实验来进行的,需要完善的试验设备和较长的试验时间。

这也是我们为"昆仑"发动机走完全设计过程而额手称庆的原因之一--这说明我们的发动机试验和测试技术装备有了很大进步。

在喷气发动机上最常用的燃烧室有两种,一种是环管燃烧室,一种是环形燃烧室。

早期的航空涡轮发动机上还采用过单管燃烧室。

环管燃烧室是很常见的设计。

这种设计中,燃烧室被分割成在垂直于发动机轴向的平面内环形布置的若干个火焰筒,燃烧就被限制在这个空间内进行。

为了满足发动机对燃烧室的要求,火焰筒进行了巧妙的设计。

火焰筒面向压气机来流方向的顶端安装了扰流器,燃油通过供油系统从火焰筒顶端的喷油嘴雾化喷岀。

高压气流分两股进入燃烧室:第一股气流通过扰流器进入火焰筒与雾化燃油混合直接参与燃烧,而大量的(约占总流量60%〜70%)第二股气流则进入火焰筒与燃烧室外壳之间的空腔。

这股气流有两个作用,其一是冷却、隔热;其二是通过火焰筒壁上经过精心设计角度的大量小孔以特定的速度和方向,分批分期地进入火焰筒补充燃烧并控制燃烧区域长度和燃烧室岀口温度场,从而确保燃气以相当均匀的温度场进入涡轮部件。

各火焰筒之间装有联焰管,用来传播火焰以减少所需的点火装置,还起到连通各个火焰筒,保证各火焰筒压力大致相等的作用。

环形燃烧室是由两个与发动机同轴的套筒组成,原先火焰筒的功能则由内套筒代替完成。

环形燃烧室的气流分布类似于环管燃烧室,一股气流进入内套筒参与燃烧,另一股气流则进入内外套筒之间的空腔,然后再分期分批进入内套筒,同样起到补充燃烧并控制燃烧区域长度和燃烧室岀口温度场的作用。

环形燃烧室不像环管燃烧室那样由多个火焰筒组成,而是一个整体,因此环形燃烧室的岀口燃气场的温度要比环管燃烧室均匀,而且环形燃烧室所需的燃油喷嘴也比环管燃烧室少一些。

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