1、第二章第二章 民用航空器民用航空器第四節第四節 飛機的動力裝置飛機的動力裝置航空發動機被譽為航空發動機被譽為“工業之花工業之花” 動力裝置是飛機的核心部分，是飛機的心臟。動力裝置是指為飛機飛行提供動力的整個系統，包括發動機、輔助動力裝置及其他附件，其中最主要的是發動機。發動機的功用：w給飛機提供推力w驅動附件：油泵、發電機等w提供氣源：供給空調和增壓等 自從飛機問世以來的幾十年中，發動機得到了迅速的發展:w早期的低速飛機上使用的活塞式發動機活塞式發動機w可以推動飛機以超音速飛行的噴氣式發動機噴氣式發動機w運載火箭上可以在外太空工作的火箭發動機火箭發動機發動機的分類一、活塞式發動機主要由氣缸、活

2、塞、連桿、曲軸、氣門機構、螺旋槳減速器、機匣等組成。 航空活塞發動機航空活塞發動機基本組成基本組成活塞式發動機原理活塞式航空發動機大多是四沖程發動機，即一個氣缸完成一個工作循環，活塞在氣缸內要經過四個沖程，依次是進氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程。u進氣過程中，活塞下移，進氣門打開，油氣混合氣吸入汽缸；u接著活塞上移，進氣門關閉，壓縮氣體；u在壓縮行程末期，電咀跳電火花點火，混合氣很快燃燒，開始膨脹行程，推動活塞向下移動，從而通過連桿帶動曲軸旋轉，輸出功率。u最后，在排氣行程中，活塞上移，排氣門打開，廢氣排出外界。工作原理工作原理活塞式發動機-工作原理航空活塞式發動機是利用汽油與空氣混合，

3、在密閉的容器（氣缸）內燃燒，膨脹作功的機械。活塞式發動機必須帶動螺旋槳，由螺旋槳產生推（拉）力。所以，作為飛機的動力裝置時，發動機與螺旋槳是不能分割的。常見的星形發動機有5個、7個、9個、14個、18個或24個氣缸不等。在單缸容積相同的情況下，氣缸數目越多發動機功率越大。氣缸安排形式氣缸安排形式螺旋槳 活塞式發動機不能單獨驅動飛機，它必須驅動螺旋槳使其相對空氣運動產生拉力從而使飛機運動。 螺旋槳由葉片組成，葉片的橫斷面相當于機翼的翼型，它相對于空氣運動時，把空氣向后排開，空氣的反作用力給它一個向前的拉力，從而推動飛機運動。螺旋槳變距螺旋槳變距變距目的 ：根據需要改變槳葉角,以保持或改變螺旋槳轉

4、速，保證較高得螺旋槳效率,防止飛行中產生負拉力。 螺旋槳變距包括自動變距和操縱變距桿人工變距。螺旋槳順槳、回槳和反槳順槳順槳:當雙發（或多發）飛機一發失效后，為減小螺旋槳的飛行阻力，使槳葉角增加到90度左右。回槳回槳：順槳反過程，一般在發動機重新啟動時用。反槳反槳：使槳葉角減小到出現負槳葉迎角，產生負拉力，縮短著陸滑跑距離。螺旋槳特點葉尖速度最高n接近音速，產生激波，阻力大增螺旋槳飛機的最高速度n800公里/小時以下n200到700公里/小時范圍內w螺旋槳推進效率很高w產生推力的效率比噴氣飛機大特點特點：耗油低，經濟性好結構簡單，維護簡單，可靠性好適于低速小型飛機用途：小型飛機和輕型直升機用途

5、：小型飛機和輕型直升機二、空氣噴氣式發動機 1. 噴氣發動機的原理噴氣發動機的推力n依靠內部氣體的排出n與外部介質基本無關螺旋槳的推力n外部介質（空氣）產生推力螺旋槳推進和噴氣推進螺旋槳推進和噴氣推進2. 噴氣發動機的類型（1 1）渦輪噴氣發動機）渦輪噴氣發動機 （1）與活塞發動機相比結構簡單，重量輕，推力大，（2）推進效率高，主要適用于超音速飛行（3）耗油率大，噪聲大渦噴發動機剖視示意圖渦噴發動機剖視示意圖 （2 2）渦輪螺旋槳發動機）渦輪螺旋槳發動機 螺旋槳螺旋槳減速器減速器（2 2）渦槳發動機特點）渦槳發動機特點 （1）渦輪輸出的功率大于壓氣機所消耗的功率,大出的部分傳給螺旋槳（2）在一

6、定亞音速范圍內，具有較好的經濟性， 發動機工作效率比渦輪噴氣發動機高的多（4）與渦噴不同之處是渦輪帶動螺旋槳（5）渦槳是對大量大量的空氣施加相對小小的加速產生拉力拉力； 渦噴是對較小量較小量的空氣施加相對大大的加速產生推力推力。渦輪螺旋槳發動機產生的全部動力n螺旋槳拉力為主，90%n噴氣產生推力只占10%飛行速度n800公里/小時以下（2 2）渦輪螺旋槳發動機）渦輪螺旋槳發動機 優點：優點：w使用航空煤油w功率遠比活塞式大(載客量大）用途：中速客機和支線客機用途：中速客機和支線客機（3 3）渦輪風扇發動機）渦輪風扇發動機 渦扇發動機組合了渦輪噴氣和渦輪螺槳發動機的優點。 主要機件CFM56-7

7、發動機發動機（3 3）渦輪風扇發動機）渦輪風扇發動機 當空氣流經渦輪風扇發動機渦輪風扇發動機的前端風扇后，分為兩個部分：一路是內涵氣流一路是內涵氣流，空氣繼續經壓氣機壓縮，在燃燒室和燃油混合燃燒，燃氣經渦輪和噴管膨脹，燃氣以高速從尾噴口排出，產生推力；另一路是外涵氣流另一路是外涵氣流，流經風扇后的空氣直接通過管道排到機外（短外涵）或者一直流到尾噴口同內涵氣流混合或分別排出（長外涵）外涵道與內涵道的流量之比，叫做涵道比，也叫流量比。vm ma a大：涵道比越大，流量越大大：涵道比越大，流量越大v起飛、復飛推力大起飛、復飛推力大v效率高，適合高亞音速（效率高，適合高亞音速（M=0.8-0.9M=0

8、.8-0.9）飛行）飛行 v噴氣噪音低，風扇噪音大噴氣噪音低，風扇噪音大v推力由內涵和外涵共同產生，風扇是產生正推力的主要部推力由內涵和外涵共同產生，風扇是產生正推力的主要部件。件。目前目前,民航運輸機廣泛采用高涵道比的渦扇發動機，保證足民航運輸機廣泛采用高涵道比的渦扇發動機，保證足夠的推力和良好的經濟性。夠的推力和良好的經濟性。渦扇式發動機特點渦扇式發動機特點（4 4）渦輪軸發動機）渦輪軸發動機 渦輪軸發動機包括：燃氣發生器和自由渦輪。自由渦輪和燃氣發生器渦輪只有氣動聯系，即流過燃氣發生器渦輪的燃氣再驅動自由渦輪，自由渦輪輸出軸功率。 現代飛機上的輔助動力裝置（APU）也是一臺小型燃氣渦輪發

9、動機，結構簡單，功能單一。（4 4）渦輪軸發動機）渦輪軸發動機 3. 噴氣發動機的組成發動機各個部件功用如下發動機各個部件功用如下：進氣道：進氣道：恢復盡可能多的自由氣流的總壓，以最小的紊流輸送空氣到壓氣機并保持飛機阻力最小。壓氣機：壓氣機：通過旋轉的葉片對空氣做功，壓縮空氣提高空氣的壓力。燃燒室：燃燒室：空氣和燃油混合、燃燒，將燃料化學能轉變成熱能，生成高溫燃氣。渦輪：渦輪：燃氣在渦輪內膨脹做功，渦輪功驅動壓氣機和附件。噴管：噴管：燃氣通過噴管繼續膨脹，將燃氣以一定的速度和要求的方向排入大氣，提供推力。壓氣機、燃燒室、渦輪壓氣機、燃燒室、渦輪稱為：燃氣發生器燃氣發生器。燃氣發生器是各種發動機

10、的核心。3. 噴氣發動機的組成（1）進氣道 在各種狀態下, 將足夠量的空氣, 以最小的流動損失, 順利地引入壓氣機,并在壓氣機進口形成均勻的流場以避免壓氣機葉片的振動和壓氣機失速. （2）壓氣機 功能：對氣體進行壓縮, 提高空氣的壓力, 為燃氣膨脹作功創造條件。次要功能：供應高壓引氣，冷卻熱部件；熱空氣用于防冰；引氣用于機艙增壓、空調、燃油系統。 工作原理工作原理（1）轉子由渦輪帶動高速旋轉，空氣被連續不斷地吸入壓氣機；（2）旋轉的轉子的葉片使空氣加速，增加能量使壓力升高；（3）在隨后的靜子通道中減速（擴壓）并將動能轉換成壓力。（2）壓氣機 離心式壓氣機離心式壓氣機 軸流式壓氣機軸流式壓氣機

11、v定義定義 當發動機工作狀態嚴重偏離了設計值，氣流在葉片通道內發生嚴重的氣流分離，引起氣流在壓氣機中忽斷忽續的、軸向的、周期性的，低頻高幅的振蕩現象。v危害危害 輕微的喘振對飛行安全不會有影響，但會影響發動機壽命。 嚴重的喘振會使性能惡化、振壞、燒壞機件，引起發動機熄火、停車，甚至直接使發動機報廢，危及飛行安全。壓氣機喘振壓氣機喘振（3）燃燒室 將噴嘴供應的燃油和壓氣機供應的空氣混合燃燒釋放熱量，供給渦輪所需的均勻加熱的平穩高溫高壓燃氣流。燃燒室的類型：w多個單管燃燒室w環管形燃燒室w環形燃燒室 環管形燃燒室 環形燃燒室 （4）渦輪 高溫高壓燃氣膨脹，將熱能轉換成渦輪的機械能，同時驅動壓氣機和

12、附件提供功率。 在渦輪螺旋槳和渦輪軸發動機它還為螺旋槳和旋翼提供軸功率。（5）尾噴管 主要功用：使從渦輪流出的燃氣膨脹，加速，以一定的速度和要求的方向排入大氣，得到需要的推力。 也可通過反推力裝置改變噴氣方向，產生反推力，縮短飛機的滑跑距離。反推 反推反推4.渦輪噴氣發動機-優點和不足優點：n噴氣發動機重量輕、推力大，適用于高速飛行不足：n耗油大（噴出氣體的速度和溫度）n經濟性差波音747-400飛機和協和式飛機四、發動機性能參數1.發動機壓力比 發動機壓力比是指低壓渦輪的出口總壓與低壓壓氣機進口總壓之比，同氣流通過發動機的加速成比例，對于軸流式壓氣機的渦扇發動機它表征推力，用用 EPR EP

13、R 表示表示2.發動機涵道比 發動機涵道比：渦扇發動機通過外涵的空氣質量流量質量流量與通過內涵的空氣質量流量質量流量之比。涵道比為：1 左右是低涵道比； 2-3 左右是中涵道比；4 以上是高涵道比。 四、發動機性能參數3.排氣溫度 排氣溫度：渦輪進口總溫是發動機最重要、最關鍵的一個參數， 也是渦輪發動機的重要限制參數，用用EGTEGT表示表示。4.風扇轉速 高涵道比渦扇發動機，常用風扇轉速n1n1表征推力表征推力。四、發動機性能參數推進效率：發動機產生的動能有多少用于推動飛機。推進效率：發動機產生的動能有多少用于推動飛機。五、發動機的安裝位置a 安裝在機翼上b 吊裝在機翼下（翼吊布局）c 安裝在機身尾部（尾吊布局）機身吊裝機身吊裝大翼吊裝大翼吊裝翼下和機尾安裝翼下和機尾安裝六、輔助動力裝置 機載輔助動力裝置（APU）用于各類運輸機上，是建立在一臺小型渦輪發動機上的，裝在飛機機身尾部。 基于它的能力限制一般在地面工作時，可以提供電源和氣源，用于啟動主發動機及飛機空調用氣，以使飛機減少對地面設備的依賴。 在空中一定高度以后，可以提供電源、氣源。如果飛行高度繼續增