【簡介:】渦扇發(fā)動機和窩噴發(fā)動機雖然只有一字之差,但卻有明顯的區(qū)別。
渦輪風扇發(fā)動機是由渦輪噴氣式發(fā)動機發(fā)展而來。
它們最主要的差別就是渦輪風扇發(fā)動機里在燃燒室前邊有很多
渦扇發(fā)動機和窩噴發(fā)動機雖然只有一字之差,但卻有明顯的區(qū)別。
渦輪風扇發(fā)動機是由渦輪噴氣式發(fā)動機發(fā)展而來。
它們最主要的差別就是渦輪風扇發(fā)動機里在燃燒室前邊有很多級壓氣風扇葉片,可以提高進氣量和壓力,從而提高發(fā)動機燃燒效率提高推力和節(jié)省燃油。
渦噴是將壓縮空氣全部推進加力室內(nèi)燃燒噴出 而渦扇則是將部分推進燃燒室 部分壓縮空氣直接噴出 因為渦扇噴口溫度低 所以熱利用較高 省油造價相對便宜而且工作壽命長,但推重比不如渦噴
航空發(fā)動機有哪幾類?有什么區(qū)別?
活塞式發(fā)動機
結(jié)構(gòu)和工作原理 航空活塞式發(fā)動機是依靠活塞在氣缸中的往復(fù)運動使氣體工質(zhì)完成熱力循環(huán),將燃料的化學能轉(zhuǎn)化為機械能的熱力機械,它與一般汽車用的活塞式發(fā)動機在結(jié)構(gòu)與工作原理上基本相同,都是由曲軸、連桿、活塞、氣缸、進氣閥、排氣|同等組成。
發(fā)動機工作時,曲軸做旋轉(zhuǎn)運動,活塞則在連桿的驅(qū)動下, 在氣缸內(nèi)做上、下移動的往復(fù)運動。當曲軸的曲柄(曲軸上拐出的 部分)轉(zhuǎn)到最下位置時,相應(yīng)地活塞在氣缸中的位置也處于最下端,此時活塞所處的位置稱下死點;當曲軸的曲柄轉(zhuǎn)到最上的位置時, 活塞在氣缸中也處于最上端的位置,此處稱為上死點“發(fā)動機工作時,曲軸不斷地旋轉(zhuǎn),活塞則在氣缸中在上、下死 點間來回做往復(fù)運動。在氣缸頭上有一個進氣門,一個排氣門,兩個氣門內(nèi)分別裝有可上、下移動的進、排氣閥。當進氣閥向下移動時, 進氣門被打開,空氣與汽油的混合物進入氣缸;同樣,當排氣閥向下 移動時,排氣門被打開,氣缸內(nèi)的燃燒過的氣體排出缸外。
渦輪風扇發(fā)動機:空氣在風扇中增壓后,由風扇出口流出時分為兩股向后流:一股流入核心機和帶動風扇的低壓渦輪,最后由尾噴管流出,這股氣流稱為內(nèi)涵氣流;另一股則由 圍繞核心機機匣與外涵機匣間的環(huán)形 通道中流過,稱為外涵氣流。由于渦輪風扇發(fā)動機中有內(nèi)、外兩個涵道, 所以,渦輪風扇發(fā)動機有時又稱為內(nèi)外涵發(fā)動機。
渦輪風扇發(fā)動機的工作特點: 在渦輪風扇發(fā)動機中,由高壓渦輪出來的燃氣先在低壓渦輪中膨脹作功,然后再到尾噴管中膨脹加速,由于在低壓渦輪中已將高壓渦輪出來的燃氣能量用掉很多,因此,由低壓渦輪出來的燃氣,溫度與壓強大大降低了。所以,由尾噴管排出的燃氣溫度(為 300~400°C)、速度(為350~450米/秒)均低于渦噴氣發(fā)動機由尾噴管排出的燃氣溫度和速度, 因此在渦輪風扇發(fā)動機中,尾噴管的排氣能量損失小得多。當然,由于排氣速度低,由內(nèi)涵道中流過的氣體所產(chǎn)生的推力也就比渦輪噴氣發(fā)動機的要低些。但是,流過外涵道的空氣,在風扇的作用下受到壓縮,壓強提高了,在尾噴管中膨脹加速,以一定的速度流出噴口,因而外涵道的空氣也產(chǎn)生一定的推力。兩股氣流產(chǎn)生的推力之和,即為渦輪風扇發(fā)動機的推力,它大于純渦輪噴氣發(fā)動機的推力。渦輪風扇發(fā)動機推力大了,而能量損失又降低了,所以它的經(jīng)濟性優(yōu)于渦輪噴氣發(fā)動機,其耗油率一般約為渦輪噴氣發(fā)動機的2/3,說明渦輪風扇發(fā)動機的推進效率高,經(jīng)濟性好。
渦輪螺旋槳發(fā)動機 :在燃氣發(fā)生器后,加裝一套渦輪 (一級或多級)燃氣在這后一渦輪(一般稱為動力渦輪或低壓渦輪)中膨脹,驅(qū)動它高速旋轉(zhuǎn)并發(fā)出一定功率,動力渦輪的前軸(稱動力軸)穿過核心機轉(zhuǎn)子,通過壓氣機前的減 速器驅(qū)動螺旋槳,就組成了渦輪螺旋槳發(fā)動機。渦輪螺旋槳發(fā)動機的主要特點,是將燃氣發(fā)生器產(chǎn)生的大部分可用能量由動力渦輪吸收并從動力軸上輸出,用于帶動飛機的螺旋槳旋轉(zhuǎn);螺旋槳旋轉(zhuǎn)時把空氣排向后面,由此產(chǎn)生向前的拉力使飛機向前飛行。渦輪出口的燃氣在尾噴管中膨脹加速并噴出,產(chǎn)生反作用推力。由于燃氣的溫度和速度極低,所產(chǎn)生的反作用力(推力)一般比較少,這個推力轉(zhuǎn)化為推進功率時,僅約占渦輪螺旋槳發(fā)動機功率的100/0,正因為排出發(fā)動機的能量大大降低了,因此,渦輪螺旋槳發(fā)動機的經(jīng)濟性好。 與航空活塞式發(fā)動機相比,渦輪螺旋槳發(fā)動機具有重量輕、振動小等優(yōu)點,特別是隨著飛行高度的增加,其性能更為優(yōu)越;與渦輪噴氣和渦輪風扇發(fā)動機相比,它又具有耗油率低和起飛推力大的優(yōu)點。 但因螺旋槳特性的限制,裝渦輪螺旋槳發(fā)動機的飛機的飛行速度一般 不超過800千米/小時。所以,在大型遠程旅客機和運輸機上,它已被高涵道比渦扇發(fā)動機所取代,但在中小型運輸機和通用飛機上仍有廣泛的應(yīng)用。
渦輪噴氣發(fā)動機
渦輪噴氣發(fā)動機是一種渦輪發(fā)動機。特點是完全依賴燃氣流產(chǎn)生推力。通常用作高速飛機的動力。油耗比渦輪風扇發(fā)動機高。渦噴發(fā)動機分為離心式與軸流式兩種,離心式由英國人弗蘭克·惠特爾爵士于1930年取得發(fā)明專利,但是直到1941年裝有這種發(fā)動機的飛機才第一次上天,沒有參加第二次世界大戰(zhàn),軸流式誕生在德國,并且作為第一種實用的噴氣式戰(zhàn)斗機Me-262的動力參加了1945年末的戰(zhàn)斗。相比起離心式渦噴發(fā)動機,軸流式具有橫截面小,壓縮比高的優(yōu)點,當今的渦噴發(fā)動機均為軸流式。
渦輪噴氣發(fā)動機應(yīng)用噴氣推進避免了火箭和沖壓噴氣發(fā)動機固有的弱點。因為采用了渦輪驅(qū)動的壓氣機,因此在低速時發(fā)動機也有足夠的壓力來產(chǎn)生強大的推力。渦輪噴氣發(fā)動機按照“工作循環(huán)”工作。它從大氣中吸進空氣,經(jīng)壓縮和加熱這一過程之后,得到能量和動量的空氣以高達2000英尺/秒(610米/秒)或者大約1400英里/小時(2253公里/小時)的速度從推進噴管中排出。在高速噴氣流噴出發(fā)動機時,同時帶動壓氣機和渦輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn),維持“工作循環(huán)”。渦輪發(fā)動機的機械布局比較簡單,因為它只包含兩個主要旋轉(zhuǎn)部分,即壓氣機和渦輪,還有一個或者若干個燃燒室。然而,并非這種發(fā)動機的所有方面都具有這種簡單性,因為熱力和氣動力問題是比較復(fù)雜的。這些問題是由燃燒室和渦輪的高工作溫度、通過壓氣機和渦輪葉片而不斷變化著的氣流、以及排出燃氣并形成推進噴氣流的排氣系統(tǒng)的設(shè)計工作造成的。
渦輪軸發(fā)動機: 渦輪軸發(fā)動機是航空燃氣渦輪發(fā)動機中的一種。在核心機或燃氣加裝一套渦輪(1級或多級) ,燃氣在這后一渦輪(一般稱為動力渦輪或低壓渦輪)中膨脹,驅(qū)動它高速旋轉(zhuǎn)并發(fā)出一 定功率,動力渦輪的前軸(稱動力軸)穿過核心機轉(zhuǎn)子,通過壓氣機前的減速器減速后由輸出軸輸出功率,就組成了渦輪軸發(fā)動機。在渦輪軸發(fā)動機中,燃氣發(fā)生器產(chǎn)生的可用能量基本上全被動力 渦輪吸收并從動力軸輸出,通過直升機上的主減速器減速后驅(qū)動直升機的旋翼和尾槳;由尾噴管中噴射出的燃氣的溫度和速度極低,基本上不產(chǎn)生推力。大多數(shù)的渦輪軸發(fā)動機,動力渦輪與核心機的渦輪是分開的,且以不同的轉(zhuǎn)速工作。由于動力渦輪與核心機沒有機械地連成一體,因此也稱它為自由渦輪,即為這種類型的渦輪軸發(fā)動機。在有的渦輪軸發(fā)動機中,動力渦輪不是通過前軸穿過燃氣發(fā)生器向前輸出功率,而是由渦輪轉(zhuǎn)子的后軸向后輸出功率。
少數(shù)的渦輪軸發(fā)動機,將動力渦輪與核心機的渦輪機械地連接在一起,成為定軸式或單軸式渦輪軸發(fā)動機。
一般,一架直升機上裝有1-3臺發(fā)動機。由于直升機旋翼的轉(zhuǎn)速極低,約為100轉(zhuǎn)/分,而渦輪軸發(fā)動機渦輪軸的轉(zhuǎn)速極高,一般為 10000 - 40000轉(zhuǎn)/分甚至更高(發(fā)動機功率越小、輸出軸的轉(zhuǎn)速越 高) ,因此,在直升機上設(shè)有一主減速器,將兩臺或三臺發(fā)動機的功 率輸出軸水平地輸入減速器,經(jīng)減速后旋翼軸垂直向上地驅(qū)動旋翼。 一般,發(fā)動機距主減速器有一段距離,需通過功率輸出軸將發(fā)動機的 功率傳至主減速器。為了不使主減速器的減速比太大,增加主減速器 的復(fù)雜性與重量,一般(除功率高達4000-5000馬力以外)不能將渦輪 軸直接與主減速器連接,而需在渦輪軸發(fā)動機的壓氣機前裝一減速器,先將渦輪軸的轉(zhuǎn)速減速后再通過功率輸出軸將功率輸至主減 速器,此減速器稱為渦輪軸發(fā)動機的體內(nèi)減速器。另外,功率輸出軸的轉(zhuǎn)速不能太小也不能太大,太小,功率輸出軸的直徑將會很 大,使重量加大(傳動功率一定時,軸的轉(zhuǎn)速低則軸徑大,反之轉(zhuǎn)速 高則軸徑小) ;太大,雖然輸出軸直徑可以小,但卻使直升機主減速器結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜、重量大,且輸出軸的轉(zhuǎn)子動力學問題難以解決。現(xiàn)有的渦輪軸發(fā)動機中,大多數(shù)的功率輸出軸轉(zhuǎn)速為6000轉(zhuǎn)/分,少部分為8000轉(zhuǎn)/分。