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航天动画分享--飞机涡轮发动机工作原理,真是难得一见!

2021-03-06 15:09 阅读 30074

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。

涡轮风扇发动机用途广泛、市场巨大,对国民经济发展、国防建设和科技进步具有重大推动作用和战略意义。涡轮风扇发动机(简称涡扇发动机)的优点是推力大、推进效率高、噪音低、燃油消耗率低、飞机航程远。尤其大涵道比涡扇发动机,其性能与适航要求更高、经济性与环保性更好。

一.涡扇发动机工作原理

空气经过风扇后分成两路:一路是内涵气流进入发动机经压气机压缩,对气体做功使气体的压力升高、容积减小,空气被压缩的越厉害会使发动机产生的热效率越高。如果是两级压缩机的高压压气机,其压缩进入核心发动机的空气,在燃油被加入到核心发动机后与核心发动机的压缩空气混合,同时被点燃并燃烧。混合气体燃烧过程中温度升高,压力基本不变,体积迅速增大,产生的燃气进入涡轮中持续膨胀,膨胀的气体到达喷管后继续膨胀。在整个气体膨胀过程中,涡轮要从燃气中提取部分能量,剩下的热能一部分转化为动能,使燃气高速喷出,还有一部分热能随燃气排掉,这一过程中的压力和温度下降,体积不断增加。另一路是外涵气流,风扇后空气经外涵道直接排入大气或同内涵燃气一起在喷管排出。涡扇发动机的推力就是利用从尾喷口出来时的气体完全膨胀的情况获得的。

风扇的转速提供N1发动机参数,高压转子的转速提供N2发动机参数(如果是三个压气机的N2代表中压转子转速,N3代表高压转子转速),其中N1和N2参数以百分比显示当先转速。

.涡扇发动机主要组成

涡扇发动机包括风扇、进气道、低压压气机、高压压气机燃烧室、驱动压气机的高压涡轮、驱动风扇的低压涡轮、尾喷管(见图2~3)、附件传动系统、燃油系统、点火和起动系统、滑油系统、全权数字发动机控制FADEC、空气系统、反推系统等。

图:罗罗三转子的涡扇发动机示意图

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。

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。

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。

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。

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。