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涡桨发动机工作原理(涡桨6发动机主要结构)

又到周末分享机械动图的时候了,这次我们通过直观动图讲解下航空发动机。航空发动机是亚搏体育苹果app下载一种高度复杂和精密的热力机械,为航空器提供飞行所需动力的发动机。作为飞机的心脏,被誉为"工业之花",它直接影响飞机的性能、可靠性及经济性,是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。

涡桨发动机工作原理

01 活塞发动机

对航空发动机而言,最先使用的就是活塞式发动机,其工作原理是指活塞承载燃气压力,在气缸中进行反复运动,并依据连杆将这种运动转变为曲轴的旋转活动。

涡桨发动机工作原理

在20世纪初期,莱特兄弟将一台4缸、水平直列式水冷发动机改装后,成功用到了“飞行者一号”飞机上,完成了飞行试验。这也是人类历史上第一次具有动力、可以载人、平稳运行、可操作的飞行器成功飞行。在第二次世界大战中,活塞式发动机得到了技术革新,优化了发动机的性能和运行效率。

涡桨发动机工作原理

活塞式发动机主要由气缸、活塞、连杆、曲轴、气门机构、螺旋桨减速器、机匣等组成。气缸是混合气(汽油和空气)进行燃烧的地方,气缸内容纳活塞做往复运动。发动机工作时气缸温度很高,所以气缸外壁上有许多散热片,用以扩大散热面积。

涡桨发动机工作原理

▲活塞式星型发动机

气缸在发动机壳体(机匣)上的排列形式多为星形或V形。常见的星形发动机有5个、7个、9个、14个、18个或24个气缸不等。在单缸容积相同的情况下,气缸数目越多发动机功率越大。

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▲活塞式星型发动机

在喷气发动机出现之前,活塞式飞机发动机大多采用星型设计,因其曲轴短战场生存性强,结构紧凑占用飞机空间小而被舰载机广泛使用,其余发动机则采用V型设计。

涡桨发动机工作原理

▲星型发动机用于飞机

星型发动机沿轴向放置在机头,输出轴直接连接桨叶,比直列式活塞发动机更合理的利用了空间,省去了减速机构和动力变向传递机构等,利于减轻机身重量,使机体更灵活。

02 涡喷/涡扇发动机

20世纪30年代后期到20世纪40年代初,喷气发动机在英国和德国的诞生,开创了喷气推进新时代和航空事业的新纪元。现代涡轮喷气发动机的结构由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成,战斗机的涡轮和尾喷管间还有加力燃烧室。

涡桨发动机工作原理

涡桨发动机工作原理

涡轮喷气发动机仍属于热机的一种,就必须遵循热机的做功原则:在高压下输入能量,低压下释放能量。喷气式发动机和活塞式发动机都需要有进气、加压、燃烧和排气这四个阶段。

涡桨发动机工作原理

不同的是,在活塞式发动机中这四个阶段是分时依次进行的,但在喷气发动机中则是连续进行的,气体依次流经喷气发动机的各个部分,就对应着活塞式发动机的四个工作位置。

涡桨发动机工作原理

空气首先进入的是发动机的进气道,当飞机飞行时,可以看作气流以飞行速度流向发动机,由于飞机飞行的速度是变化的,而压气机适应的来流速度是有一定的范围的,因而进气道的功能就是通过可调管道,将来流调整为合适的速度。

涡桨发动机工作原理

进气道后的压气机是专门用来提高气流压力的,空气流过压气机时,压气机工作叶片对气流做功,使气流的压力,温度升高。在亚音速时,压气机是气流增压的主要部件。

涡桨发动机工作原理

从燃烧室流出的高温高压燃气,流过同压气机装在同一条轴上的涡轮。燃气的部分内能在涡轮中膨胀转化为机械能,带动压气机旋转,在涡轮喷气发动机中,气流在涡轮中膨胀所做的功正好等于压气机压缩空气所消耗的功以及传动附件克服摩擦所需的功。

涡桨发动机工作原理

经过燃烧后,涡轮前的燃气能量大大增加,因而在涡轮中的膨胀比远小于压气机中的压缩比,涡轮出口处的压力和温度都比压气机进口高很多,发动机的推力就是这一部分燃气的能量而来的。

涡桨发动机工作原理

从涡轮中流出的高温高压燃气,在尾喷管中继续膨胀,以高速沿发动机轴向从喷口向后排出。这一速度比气流进入发动机的速度大得多,使发动机获得了反作用的推力。

03 涡桨/涡轴发动机

涡桨/涡轴发动机是在涡喷发动机诞生、成熟后,将活塞发动机涡轮化而研制发展的新型动力。涡桨发动机代替活塞螺旋桨发动机用于固定翼飞机,涡轴发动机代替活塞轴发动机用于旋翼直升机。

涡桨发动机工作原理

涡桨、涡轴发动机主机结构基本是一样的,只是中间减速传动系统和推进器不同,所以二者有较大的通用性,容易互相改型派生。

涡桨发动机工作原理

涡轮螺旋桨发动机,简称涡桨发动机,由螺旋桨和燃气发生器组成,螺旋桨由涡轮带动。由于螺旋桨的直径较大,转速要远比涡轮低,只有大约1000转/分,为使涡轮和螺旋桨都工作在正常的范围内,需要在它们之间安装一个减速器,将涡轮转速降至十分之一左右后,才可驱动螺旋桨。

涡桨发动机工作原理

这种减速器的负荷重,结构复杂,制造成本高,它的重量一般相当于压气机和涡轮的总重,作为发动机整体的一个部件,减速器在设计、制造和试验中占有相当重要的地位。

涡桨发动机工作原理

涡轮螺旋桨发动机的螺旋桨后的空气流就相当于涡轮风扇发动机的外涵道,由于螺旋桨的直径比发动机大很多,气流量也远大于内涵道,因此这种发动机实际上相当于一台超大涵道比的涡轮风扇发动机。

涡桨发动机工作原理

由于涵道比大,涡轮螺旋桨发动机在低速下效率要高于涡轮风扇发动机,但受到螺旋桨效率的影响,它的适用速度不能太高,一般要小于900km/h。在中低速飞机或对低速性能有严格要求的巡逻、反潜或灭火等类型飞机中的到广泛应用。

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