渦輪發(fā)動機(jī)的工作原理、特點

1、一.渦輪發(fā)動機(jī)的工作原理、特點答:1.燃?xì)鉁u輪噴氣發(fā)動機(jī)工作原理:航空燃?xì)鉁u輪噴氣發(fā)動機(jī)是一種熱機(jī),將燃油燃燒釋放出的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榱鹘?jīng)發(fā)動機(jī)氣流的動能。由于氣流的速度增加而直接產(chǎn)生反作用推力,因此,這種發(fā)動機(jī)既是熱機(jī)也是推進(jìn)器特點:與航空活塞發(fā)動機(jī)相比,燃?xì)鉁u輪噴氣發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,重量輕,推力大,推進(jìn)效率高,而且在很大的飛行速度范圍內(nèi),發(fā)動機(jī)的推力隨飛行速度的增加而增加,然而其較高的耗油率逐漸被渦扇發(fā)動機(jī)所替代。2.渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)組成:進(jìn)氣道、風(fēng)扇、低壓壓氣機(jī)、高壓壓氣機(jī)、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪和噴管工作原理:渦扇發(fā)動機(jī)內(nèi)路的工作情形與渦噴發(fā)動機(jī)相同。即流入內(nèi)含的空氣通過高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇,低壓

2、壓氣機(jī)和高壓壓氣機(jī)對空氣做功,壓縮空氣,提高空氣壓力。高壓空氣在燃燒室內(nèi)和燃?xì)饣旌?燃燒,將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?形成高溫高壓的燃?xì)?。高溫高壓燃?xì)馐紫仍诟邏簻u輪內(nèi)膨脹,推動高壓渦輪旋轉(zhuǎn),去帶動高壓壓氣機(jī),然后再低壓渦輪內(nèi)膨脹,推動低壓渦輪旋轉(zhuǎn),去帶動低壓壓氣機(jī)和風(fēng)扇,最后燃?xì)馔ㄟ^噴管排入大氣產(chǎn)生反作用推力。特點:與渦噴發(fā)動機(jī)相比,渦扇發(fā)動機(jī)具有推力大,推進(jìn)效率高,噪音低,在一定的飛行速度范圍內(nèi)燃油消耗率低等優(yōu)點。但渦扇發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,速度特性差。目前民航干線飛機(jī)大多裝配渦扇發(fā)動機(jī)。二.軸流式壓氣機(jī)的基元增壓原理答:軸流式壓氣機(jī)主要是利用擴(kuò)散增壓的原理來提高空氣壓力的。(根據(jù)氣動知識得知亞音速氣流流

3、過擴(kuò)張形通道時速度降低,壓力升高。參數(shù)分析?；壗M成:由工作葉柵和整流器葉柵組成,兩處葉柵通道均是擴(kuò)形的三.壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式分析圖3-40答:(圖3-40為CFM56發(fā)動機(jī)風(fēng)扇后增壓級轉(zhuǎn)子,鼓筒靠精密螺栓固定于風(fēng)扇輪盤后端,其外圓上作出三道凸緣,用拉刀一次拉出三級燕尾形榫槽,因此三級葉片數(shù)目相同,雖然對性能有一定影響,但加工卻大大地簡化軸流式壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的基本結(jié)構(gòu)型式有三種:鼓式盤式鼓盤式特點鼓式:結(jié)構(gòu)簡單、零件數(shù)目少、加工方便、有較高的抗彎剛度,但由于受到強(qiáng)度的限制,目前在實際中應(yīng)用的不廣泛。盤式:強(qiáng)度好,但抗彎剛性差,并容易發(fā)生振動。目前這種簡單的盤式轉(zhuǎn)子只用于單盤或小流量的壓氣機(jī)上。

4、鼓盤式:這種轉(zhuǎn)子兼有鼓式轉(zhuǎn)子抗彎性好和盤式轉(zhuǎn)子強(qiáng)度高的優(yōu)點在發(fā)動機(jī)廣泛應(yīng)用。四.燃燒室的分類工作過程優(yōu)缺點分類:管型燃燒室,環(huán)型燃燒室,管環(huán)型燃燒室。工作過程:發(fā)動機(jī)工作時,被壓氣機(jī)壓縮的空氣,進(jìn)入燃燒室,它一邊向后流動,一邊與噴嘴噴出的燃油混合,組成混合氣。發(fā)動機(jī)起動時,混合氣由點火裝置產(chǎn)生的火花點燃:起動后,點火裝置不再產(chǎn)生火花,新鮮混合氣全靠已燃混合氣的火焰引火而燃燒?；旌蠚庠谌紵覂?nèi)燃燒時,噴嘴噴出的燃油與燃燒室中流動的空氣不斷混合組成新的混合氣,以供連續(xù)不斷的燃燒之用,這樣就形成了燃邊油與空氣混合邊燃燒的連續(xù)不斷的燃燒過程。(特點:a 燃油是在高速氣流中進(jìn)行燃燒的:b 燃燒室出口燃?xì)?/p>

5、的溫度受到渦輪葉片的材料的限制優(yōu)缺點管型:便于單獨實驗、試驗時需要的氣量小、便于檢查更換、火焰筒結(jié)構(gòu)簡單、環(huán)形面積利用率低、迎風(fēng)面積大、重量大、點火性能較差、總壓損失大、出口溫度分布不均勻。管環(huán)型:便于實驗、試驗時需要的氣量較小、較便于檢查更換、火焰筒結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、環(huán)形面積利用率較高、迎風(fēng)面積較大、重量較大、點火性能較差、總壓損失較大、出口溫度分布較不均勻。環(huán)型:不便于單獨實驗、試驗時需要的氣量大、不便于檢查更換、火焰筒結(jié)構(gòu)簡單、環(huán)形面積利用率高、迎風(fēng)面積小、重量輕、點火性能好、總壓損失較小、出口溫度分布均勻。五.用短螺栓連接的可拆卸轉(zhuǎn)子圖3124JT3D發(fā)動機(jī)盤軸用短螺栓連接答:如圖,為JT3

6、D發(fā)動機(jī)單級高壓渦輪轉(zhuǎn)子采用的短螺栓連接機(jī)構(gòu)?？勘P與軸間壓緊的圓柱面保證裝配時的定心,采用24個精密螺栓連接,保證工作時定心并傳遞負(fù)荷。輪盤前端伸出一段較長的薄壁筒,上面開有冷卻空氣通氣孔,可以減少盤向軸的傳熱量。軸承內(nèi)環(huán)內(nèi)表面開有軸向槽?；蛷拇瞬壑幸霛櫥屠鋮s軸承。它不僅可減少向軸承傳熱,還可以改善軸承的冷卻效果。渦輪軸后端壁向盤方向凹入,可以縮短盤與軸間的距離,但軸的受力狀態(tài)不好,因此軸做得較厚些。精密螺栓保證工作定心的原理是強(qiáng)迫盤軸連為一體而不產(chǎn)生相互移動。工作狀態(tài)下,盤軸變形相差很大時,螺栓及孔邊有較大的附加應(yīng)力,加上孔邊本來應(yīng)力集中嚴(yán)重,就有可能使孔產(chǎn)生塑性變形,以致影響定心精度

7、。因此,在圖中使螺栓所在的盤軸連接面遠(yuǎn)離輪盤,安裝邊的變形受輪盤影響小,溫度也較盤身低,這樣不會造成連接處有很大的變形差,工作時也較可靠。在有的發(fā)動機(jī)中,將精密螺栓做成錐形六.噴管的功用噴管安裝在渦輪后面,也是燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的一個重要部件。噴管主要功用:是將從渦輪流出的燃?xì)馀蛎浖铀?將燃?xì)庖徊糠譄犰兽D(zhuǎn)變?yōu)閯幽?提高燃?xì)馑俣?使燃?xì)庖院艽笏俣扰懦?這樣可以產(chǎn)生很大反作用推力;其次是通過反推力裝置改變噴氣方向,使向后的噴氣變?yōu)橄蛐鼻胺降膰姎?產(chǎn)生反推力,以迅速降低飛機(jī)落地的滑跑的速度,縮短飛機(jī)的滑跑距離;第三是降低發(fā)動機(jī)的排氣噪音最后是可通過調(diào)節(jié)噴管的臨界面積來改變發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)(噴管分為亞音速

8、噴管和超音速噴管。亞音速噴管是收斂形的管道,而超音速噴管是先收斂后擴(kuò)張形的管道七.如何保證穩(wěn)態(tài)下的共同工作飛行高度升高時,由于大氣密度減小,進(jìn)入發(fā)動機(jī)的空氣流量減少,壓氣機(jī)功率和渦輪功率都隨之減小,這時若供油量保持不變,則由于空氣流量的減小,還要引起渦輪前燃?xì)饪倻氐纳?使渦輪功增大,渦輪功率就會比壓氣機(jī)功率減少的少一些,因此渦輪功率大于壓氣機(jī)功率,發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速就會增大,為了保持發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速不變,隨著飛行高度的升高,應(yīng)該適當(dāng)?shù)販p少供油量來控制渦輪前燃?xì)饪倻?使渦輪功率等于壓氣機(jī)功率。八.滑油系統(tǒng)的功用發(fā)動機(jī)滑油系統(tǒng)提供滑油潤滑,冷卻和清潔發(fā)動機(jī)軸承和齒輪潤滑:減少摩擦力,減小摩擦損失;其原理是相互

9、運動部件表面的有一層一定厚度的油膜所覆蓋,金屬與金屬不接觸,而是油膜與油膜相接觸,這就是相互運動中減少了摩擦冷卻:降低溫度,帶走熱量;其原理是滑油從軸承和其它溫度高的部件吸引了熱量,在散熱器又將熱量傳遞給燃油或空氣,從而達(dá)到了冷卻的目的。清潔:滑油在流過軸承或其它部件時將磨損下來的金屬微粒帶走,在滑油濾中將這些金屬微粒從滑油中分離出來,達(dá)到清潔的目的。防腐:其原理在金屬部件表面有一層一定厚度的油膜所覆蓋,將金屬與空氣隔離開,使金屬不直接與空氣接觸,從而防止氧化和腐蝕。除此之外,滑油系統(tǒng)還為其它系統(tǒng)提供工作介質(zhì)、封嚴(yán)、并是發(fā)動機(jī)狀態(tài)的載體九.起動過程的定義和過程定義:使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速由零增加到

10、慢車轉(zhuǎn)速的過程稱為起動過程過程:第一個階段帶動發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子加速的驅(qū)動力來自起動機(jī),也就是由起動機(jī)單獨帶動發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子加速。其轉(zhuǎn)速由零增加到噴油點火時的轉(zhuǎn)速第二個階段帶動發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子加速的驅(qū)動力來自起動機(jī)和渦輪轉(zhuǎn)子,也就是起動機(jī)和渦輪轉(zhuǎn)子共同帶動發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子加速。其轉(zhuǎn)速由噴油點火時的轉(zhuǎn)速增加到起動機(jī)脫開時的轉(zhuǎn)速。第三個階段帶動發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子加速的驅(qū)動力來自渦輪轉(zhuǎn)子,也就是由渦輪轉(zhuǎn)子單獨帶動發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子加速。其轉(zhuǎn)速由起動機(jī)脫開時的轉(zhuǎn)速增加到慢車轉(zhuǎn)速。十.單元體結(jié)構(gòu)答:單元體設(shè)計概念是將發(fā)動機(jī)分成若干個結(jié)構(gòu)上獨立的能在外場甚至在飛機(jī)上拆換的單元體。單元體結(jié)構(gòu)容易分解,預(yù)裝配,平衡、安裝、便于維修。這使得有單元體更

11、換能力的車間可以進(jìn)行單元體的更換而不必完全分解發(fā)動機(jī)。單元體結(jié)構(gòu)設(shè)計可是發(fā)動機(jī)被分解成一定數(shù)量的大組件,意味著不給出整臺發(fā)動機(jī)的壽命,而只給出發(fā)動機(jī)某些零件的壽命,適合于視情維修。十一.轉(zhuǎn)子支承方案表達(dá)答:發(fā)動機(jī)中,轉(zhuǎn)子采用幾個支承結(jié)構(gòu)(支點,安排在何處,稱為轉(zhuǎn)子支承方案。轉(zhuǎn)子支承方案表示方法:轉(zhuǎn)子支點的數(shù)目與位置,常用轉(zhuǎn)子支承方案代號來表示。兩條前后排列的橫線分別代表壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子和渦輪轉(zhuǎn)子,兩條橫線前后及中間的數(shù)字表示支點的數(shù)目。單轉(zhuǎn)子支承方案1.四支點支承方案2.三支點支承方案3.兩支點支承方案(雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)相比于單轉(zhuǎn)子的優(yōu)點1.雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)具有相同設(shè)計增壓比的單轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)相比,可以使壓氣機(jī)在更廣闊的轉(zhuǎn)速相似參數(shù)范圍內(nèi)穩(wěn)定工作,是防止壓氣機(jī)喘振的有效措施之一。2.雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)與單轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)相比,可以產(chǎn)生更大的推力,這是因為雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的壓氣機(jī)具有更高的增壓比3.雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)在低轉(zhuǎn)速下具有較高的壓氣機(jī)效率和