航空发动机有哪几类？有什么区别？

安妮 2024-05-14 01:49:17

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活塞式发动机结构和工作原理航空活塞式发动机是依靠活塞在气缸中的往复运动使气质完成热力循环，将燃料的化学能转化为机械能的热力机械，它与一般汽车用的活塞式发动机在结构与工作原理上基本相同，都是由曲轴、连杆、活塞、气缸、进气阀、排气|同等组成。发动机工作时，曲轴做旋转运动，活塞则在连杆的驱动下，在气缸内做上、下移动的往复运动。当曲轴的曲柄(曲轴上拐出的部分)转到最下位置时，相应地活塞在气缸中的位置也处于最下端，此时活塞所处的位置称"下死点";当曲轴的曲柄转到最上的位置时，活塞在气缸中也处于最上端的位置，此处称为"上死点“发动机工作时，曲轴不断地旋转，活塞则在气缸中在上、下死点间来回做往复运动。在气缸头上有一个进气门，一个排气门，两个气门内分别装有可上、下移动的进、排气阀。当进气阀向下移动时，进气门被打开，空气与汽油**进入气缸;同样，当排气阀向下移动时，排气门被打开，气缸内的燃烧过的气体排出缸外。涡轮风扇发动机：空气在风扇中增压后，由风扇出口流出时分为两股向后流:一股流入核心机和带动风扇的低压涡轮，最后由尾喷管流出，这股气流称为内涵气流;另一股则由围绕核心机机匣与外涵机匣间的环形通道中流过，称为外涵气流。由于涡轮风扇发动机中有内、外两个涵道，所以，涡轮风扇发动机有时又称为内外涵发动机。涡轮风扇发动机的工作特点：在涡轮风扇发动机中，由高压涡轮出来的燃气先在低压涡轮中膨胀作功，然后再到尾喷管中膨胀加速，由于在低压涡轮中已将高压涡轮出来的燃气能量用掉很多，因此，由低压涡轮出来的燃气，温度与压强大大降低了。所以，由尾喷管排出的燃气温度(为 300~400°c)、速度(为350~450米/秒)均低于涡喷气发动机由尾喷管排出的燃气温度和速度，因此在涡轮风扇发动机中，尾喷管的排气能量损失小得多。当然，由于排气速度低，由内涵道中流过的气体所产生的推力也就比涡轮喷气发动机的要低些。但是，流过外涵道的空气，在风扇的作用下受到压缩，压强提高了，在尾喷管中膨胀加速，以一定的速度流出喷口，因而外涵道的空气也产生一定的推力。两股气流产生的推力之和，即为涡轮风扇发动机的推力，它大于纯涡轮喷气发动机的推力。涡轮风扇发动机推力大了，而能量损失又降低了，所以它的经济性优于涡轮喷气发动机，其耗油率一般约为涡轮喷气发动机的2/3，说明涡轮风扇发动机的推进效率高，经济性好。涡轮螺旋桨发动机 :在燃气发生器后，加装一套涡轮 (一级或多级)燃气在这后一涡轮(一般称为动力涡轮或低压涡轮)中膨胀，驱动它高速旋转并发出一定功率，动力涡轮的前轴(称动力轴)穿过核心机转子，通过压气机前的减速器驱动螺旋桨，就组成了涡轮螺旋桨发动机。涡轮螺旋桨发动机的主要特点，是将燃气发生器产生的大部分可用能量由动力涡轮吸收并从动力轴上输出，用于带动飞机的螺旋桨旋转;螺旋桨旋转时把空气排向后面，由此产生向前的拉力使飞机向前飞行。涡轮出口的燃气在尾喷管中膨胀加速并喷出，产生反作用推力。由于燃气的温度和速度极低，所产生的反作用力(推力)一般比较少，这个推力转化为推进功率时，仅约占涡轮螺旋桨发动机功率的100/0，正因为排出发动机的能量大大降低了，因此，涡轮螺旋桨发动机的经济性好。与航空活塞式发动机相比，涡轮螺旋桨发动机具有重量轻、振动小等优点，特别是随着飞行高度的增加，其性能更为优越;与涡轮喷气和涡轮风扇发动机相比，它又具有耗油率低和起飞推力大的优点。但因螺旋桨特性的限制，装涡轮螺旋桨发动机的飞机的飞行速度一般不超过800千米/小时。所以，在大型远程旅客机和运输机上，它已被高涵道比涡扇发动机所取代，但在中小型运输机和通用飞机上仍有广泛的应用。涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机是一种涡轮发动机。特点是完全依赖燃气流产生推力。通常用作高速飞机的动力。油耗比涡轮风扇发动机高。涡喷发动机分为离心式与轴流式两种，离心式由英国人弗兰克·惠特尔爵士于1930年取得发明专利，但是直到1941年装有这种发动机的飞机才第一次上天，没有参加第二次世界大战，轴流式诞生在德国，并且作为第一种实用的喷气式战斗机me-262的动力参加了1945年末的战斗。相比起离心式涡喷发动机，轴流式具有横截面小，压缩比高的优点，当今的涡喷发动机均为轴流式。　涡轮喷气发动机应用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。涡轮轴发动机: 涡轮轴发动机是航空燃气涡轮发动机中的一种。在核心机或燃气加装一套涡轮(1级或多级) ，燃气在这后一涡轮(一般称为动力涡轮或低压涡轮)中膨胀，驱动它高速旋转并发出一定功率，动力涡轮的前轴(称动力轴)穿过核心机转子，通过压气机前的减速器减速后由输出轴输出功率，就组成了涡轮轴发动机。在涡轮轴发动机中，燃气发生器产生的可用能量基本上全被动力涡轮吸收并从动力轴输出，通过直升机上的主减速器减速后驱动直升机的旋翼和尾桨;由尾喷管中喷射出的燃气的温度和速度极低，基本上不产生推力。大多数的涡轮轴发动机，动力涡轮与核心机的涡轮是分开的，且以不同的转速工作。由于动力涡轮与核心机没有机械地连成一体，因此也称它为自由涡轮，即为这种类型的涡轮轴发动机。在有的涡轮轴发动机中，动力涡轮不是通过前轴穿过燃气发生器向前输出功率，而是由涡轮转子的后轴向后输出功率。少数的涡轮轴发动机，将动力涡轮与核心机的涡轮机械地连接在一起，成为定轴式或单轴式涡轮轴发动机。一般，一架直升机上装有1-3台发动机。由于直升机旋翼的转速极低，约为100转/分，而涡轮轴发动机涡轮轴的转速极高，一般为 10000 - 40000转/分甚至更高(发动机功率越小、输出轴的转速越高) ，因此，在直升机上设有一主减速器，将两台或三台发动机的功率输出轴水平地输入减速器，经减速后旋翼轴垂直向上地驱动旋翼。一般，发动机距主减速器有一段距离，需通过功率输出轴将发动机的功率传至主减速器。为了不使主减速器的减速比太大，增加主减速器的复杂性与重量，一般(除功率高达4000-5000马力以外)不能将涡轮轴直接与主减速器连接，而需在涡轮轴发动机的压气机前装一减速器，先将涡轮轴的转速减速后再通过"功率输出轴"将功率输至主减速器，此减速器称为涡轮轴发动机的"体内减速器"。另外，功率输出轴的转速不能太小也不能太大，太小，功率输出轴的直径将会很大，使重量加大(传动功率一定时，轴的转速低则轴径大，反之转速高则轴径小) ;太大，虽然输出轴直径可以小，但却使直升机主减速器结构变得复杂、重量大，且输出轴的转子动力学问题难以解决。现有的涡轮轴发动机中，大多数的功率输出轴转速为6000转/分，少部分为8000转/分。 20210311

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