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喷气式飞机发动机原理是什么?_航空发动机原理

栏目:数码科技

作者:B姐

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时间:2024-02-25 09:51:47

喷气式飞机发动机原理具体如下:

现在的喷气发动机从结构分三大部分。前面是压缩机,有轴流和离心之分,一般都是轴流的。把空气压缩,目的是使密度增大,在有限的容积内增加氧气的质量。

然后压缩空气进入燃烧室,燃油在氧气帮助下燃烧,同时把压缩空气的温度升高,此时的燃烧是在等压状态下。然后高温高压的燃气进入到后面的涡轮部分。

既然是喷气式飞机,那么涡轮的级数很少,只有一两级而已,能够带动一个发电机,给飞机设备供电即可。然后还具有较高压力和温度的燃气经过尾喷管加速,以很高的速度喷射出去。

根据动量定理,飞机获得巨大的向前推力。如果涡轮级数多了,燃气的压力温度降低太多,就不会有太大的尾喷速度了。

喷气式飞机(JetAircraft)是一种使用喷气发动机作为推进力来源的飞机。

螺旋桨飞机是靠螺旋桨旋转时产生的力来使飞机向前飞行的。但是当螺旋桨的转速和飞机的飞行速度达到一定程度时,就无法再靠加快螺旋桨转速使飞机更快了。而喷气式飞机所使用的喷气发动机靠燃料燃烧时产生的气体向后高速喷射的反冲作用使飞机向前飞行,它可使飞机获得更大的推力,飞得更快。特别地在1万─2万米空气比较稀薄的高空,喷气发动机更有着螺旋桨活塞发动机所无法比拟的优越性。

低空低速性能相比螺旋桨的要差,还有最致命的就是发动机了,喷气机的一切性能最根本还是发动机,高空高速情况下对发动机依赖很大。一旦发动机故障了就失去动力,而飞机本身比螺旋桨飞机重多了,滑翔性能差,考验飞行员的时候到了,弄不好就得死。

喷气式战机,单指战机,空中缠斗变成是更困难的一种任务,因为开火的最佳时机变得只在一瞬之间。虽然现在又有了制导导弹,但是制导导弹会被干扰啊,机炮打击也很重要。

飞机发动机原理图

涡轮喷气发动机的原理:涡轮喷气发动机简称涡喷发动机,通常由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成。部分军用发动机的涡轮和尾喷管间还有加力燃烧室。

涡喷发动机属于热机,做功原则同样为:高压下输入能量,低压下释放能量。

工作时,发动机首先从进气道吸入空气。这一过程并不是简单的开个进气道即可,由于飞行速度是变化的,而压气机对进气速度有严格要求,因而进气道必需可以将进气速度控制在合适的范围。

压气机顾名思义,用于提高吸入的空气的的压力。压气机主要为扇叶形式,叶片转动对气流做功,使气流的压力、温度升高。随后高压气流进入燃烧室。燃烧室的燃油喷嘴射出油料,与空气混合后点火,产生高温高压燃气,向后排出。

高温高压燃气向后流过高温涡轮,部分内能在涡轮中膨胀转化为机械能,驱动涡轮旋转。由于高温涡轮同压气机装在同一条轴上,因此也驱动压气机旋转,从而反复的压缩吸入的空气。

从高温涡轮中流出的高温高压燃气,在尾喷管中继续膨胀,以高速从尾部喷口向后排出。这一速度比气流进入发动机的速度大得多,从而产生了对发动机的反作用推力,驱使飞机向前飞行。

涡轮喷气发动机的优缺点:这类发动机具有加速快、设计简便等优点,是较早实用化的喷气发动机类型。但如果要让涡喷发动机提高推力,则必须增加燃气在涡轮前的温度和增压比,这将会使排气速度增加而损失更多动能,于是产生了提高推力和降低油耗的矛盾。因此涡喷发动机油耗大,对于商业民航机来说是个致命弱点。

涡轮风扇喷气发动机的原理:

涡桨发动机的推力有限,同时影响飞机提高飞行速度。因此必需提高喷气发动机的效率。发动机的效率包括热效率和推进效率两个部分。提高燃气在涡轮前的温度和压气机的增压比,就可以提高热效率。因为高温、高密度的气体包含的能量要大。但是,在飞行速度不变的条件下,提高涡轮前温度,自然会使排气速度加大。而流速快的气体在排出时动能损失大。因此,片面的加大热功率,即加大涡轮前温度,会导致推进效率的下降。要全面提高发动机效率,必需解决热效率和推进效率这一对矛盾。

活塞式航空发动机的工作原理

原理

1、单转子涡轮喷气发动机是由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和喷管五大部件组成。

2、工作原理:足够量的空气,通过进气道以最小的流动损失顺利地引入压气机;压气机以高速旋转的叶片对空气作功压缩空气,提高空气的压力;高压空气在燃烧室内和燃油混合,燃烧,将化学能转变为热能,形成高温高压的燃气;高温高压的燃气首先在涡轮内膨胀,推动涡轮旋转,去带动压气机;然后燃气在喷管内继续膨胀,加速燃气,提高燃气的速度,使燃气以较高的速度喷出,产生推力。

3、几个重要的参数:

1)涡轮前燃气总温:这是个关键的参数,也是一个受限制的参数。它的高低表示了发动机性能的高低,在使用过程中它不应超过允许的最高值,否则要对发动机进行检查和维修。

2)发动机排气温度:EGT,它是发动机重要的监控参数,它的高低反映了涡轮前燃气总温的高低。

3)发动机的压力比:EPR,是指低压涡轮后的总压与低压压气机进口处的总压之比,对同一类型的发动机来说,EPR高,表明发动机的推力就大。

飞机发动机工作原理

活塞式航空发动机是一种 4冲程、电嘴点火的汽油发动机。曲轴转动2圈,每个活塞在汽缸内往复运动4次,每次称1个冲程。

4个冲程依次为吸气、压缩、膨胀和排气,合起来形成1个定容加热循环(见工程热力学)。发动机热效率与压缩比和燃烧后工质(工作介质)温度有关。过大的压缩比会使工质的压力和温度过高,燃油可能在未被电嘴点火前就自动燃烧并形成爆震波(见燃烧学),引起汽缸局部过热和增大零件负荷,降低发动机的可靠性。提高汽油的辛烷值(见航空燃油)是提高压缩比、防止爆震的有效措施。航空汽油的辛烷值一般在 100以上。每个汽缸能发出的功率受到工质温度的限制。每升活塞排量发出的功率称为升功率,一般为22~44千瓦(30~60马力),个别发动机可达59千瓦(80马力),活塞排量是指活塞在汽缸内自最下端移至最上端所扫过的容积。

飞机现在都采用什么发动机?工作原理是什么?

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。在超音速飞行时,在进气道前和进气道内气流速度减至亚音速,此时气流的滞止可使压力升高十几倍甚至几十倍,大大超过压气机中的压力提高倍数,因而产生了单靠速度冲压,不需压气机的冲压喷气发动机。

进气道后的压气机是专门用来提高气流的压力的,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

飞机是由动力装置产生前进动力,由固定机翼产生升力,在大气层中飞行的重于空气的航空器。它比空气重,又不能像鸟那样扇动翅膀,但是飞机却能升入空中。原来飞机机翼并不是平平伸展的,而是向上凸起一些,这样当飞机水平前进时,迎面而来的气流就在机翼上产生向上的升力,使飞机升入空中。飞机飞行速度越快、机翼面积越大,所产生的升力就越大,所以飞机在起飞前需要在机场跑道上行进一段距离才能升空,而且飞机不能飞到没有空气的地方。

早期的飞机靠机身前端的螺旋桨旋转产生牵引力向前运动。螺旋桨产生的牵引力不大,飞机飞行的速度也不快。

1939年8月27日,第一架喷气式飞机飞行成功,大大提高了飞机的飞行速度。喷气发动机是把吸入的空气压缩,再与燃料混合燃烧,形成高温高压气体向后喷出,产生强大的推动力,使飞机高速飞行。

现在,飞机的飞行速度可以几倍于声音在空气中传播的速度(每秒340米),驾驶这样的飞机,只需十几个小时就能环绕地球赤道一周,这样的飞机叫做超音速飞机。制造超音速飞机不仅需要先进的喷气发动机,还需要在飞机的制造材料、飞机的外形设计等方面达到很高的要求,是一项非常复杂的技术。现在,除了先进的战斗机、侦察机外,一些大型的客机也是超音速飞机。不过,螺旋桨飞机并没有被淘汰,在许多不需要高速度飞行的工作中(如喷洒农药、森林防火),螺旋桨飞机仍发挥着重要的作用 。

喷气发动机原理及若干工作方式

喷气推进原理

气推进是伊萨克·牛顿(Isaac Newton)爵士的第三运动定律的实际应用。该定律表述为:“作用在一物体上的每一个力都有一方向相反大小相等的反作用力。”就飞机推进而言,“物体”是通过发动机时受到加速的空气。产生这一加速度所需的力有一大小相等方向相反的反作用力作用在产生这一加速度的装置上。喷气发动机用类似于发动机/螺旋桨组合的方式产生推力。二者均靠将大量气体向后推来推进飞机,一种是以比较低速的大量空气滑流的形式,而另一种是以极高速的燃气喷气流形式。

这一同样的反作用原理出现于所有运动形式之中,通常有许多应用方式。喷气反作用最早的著名例子是公元前120年作为一种玩具生产的赫罗的发动机。这种玩具表明从喷嘴中喷出的水蒸气的能量能够把大小相等方向相反的反作用力传给喷嘴本身,从而引起发动机旋转。类似的旋转式花园喷灌器是这一原理更为实用的一个例子。这种喷灌器借助于作用于喷水嘴的反作用力旋转。现代灭火设备的高压喷头是“喷流反作用”的一个例子。由于水喷流的反作用力,一个消防员经常握不住或控制不了水管。也许,这一原理的最简单的表演是狂欢节的气球,当它放出空气或气体时,它便沿着与喷气相反的方向急速飞走。

喷气反作用绝对是一种内部现象。它不象人们经常想象的那样说成是由于喷气流作用在大气上的压力所造成的。实际上,喷气推进发动机,无论火箭、冲压喷气、或者涡轮喷气,都是设计成加速空气流或者燃气流并将其高速排出的一种装置。当然,这样做有不同的方式。但是,在所有例子中,作用在发动机上的最终的反作用力即推力是与发动机排出的气流的质量以及气流的速度成比例的。换言之,给大量空气附加一个小速度或者给少量空气一个大速度能提供同样的推力。实用中,人们喜欢前者,因为降低喷气速度能得到更高的推进效率。

喷气推进的几种方式

不同类型的喷气发动机,无论冲压喷气、脉冲喷气、燃气轮机、涡轮/冲压喷气或者涡轮-火箭,其差别仅在于“推力提供者”即发动机供应能量并将能量转换成飞行动力的方式。

冲压喷气发动机实际上是一种气动热力涵道。它没有任何主要旋转零件,只包含一个扩张形进气涵道和一个收敛形或者收敛-扩张形出口。当由外部能源强迫其向前运动时,空气被迫进入进气道。当它流过这一扩散形涵道时,其速度或动能降低,而压力能增加。尔后,靠燃油的燃烧来增加其总能量,膨胀的燃气通过出口涵道高速排入大气。冲压喷气发动机常作为导弹和靶机的动力装置,但单纯的冲压喷气发动机不适于作为普通飞机动力装置,因为在它产生推力前,要求向它施加向前的运动。

脉冲喷气发动机采用间歇燃烧原理。与冲压喷气发动机不同,它能在静止状态工作。这种发动机是由类似冲压喷气发动机的一种空气动力涵道构成。它的压力较高,结构比较坚实。进气涵道有许多进气“活门”,在弹簧拉力作用下处于打开位置,通过打开的活门空气进入燃烧室,并靠燃烧喷入燃烧室中去的燃油得到加热,由此引起的膨胀使压力升高,迫使活门关闭,然后膨胀的燃气向后喷出;排气造成降压,使活门重新开启。这种过程周而复始。脉冲喷气发动机曾经被设计成直升机旋翼的推进装置,有的还通过精心设计涵道来控制共振循环的压力变化而省去了进气活门。但脉冲喷气发动机不适于作为飞机动力装置,因为它的油耗高,又无法达到现代燃气涡轮发动机的性能。

火箭发动机虽然也属于喷气发动机,但它们有重大区别。即火箭发动机不用大气作为推进流体,而用它携带的液态燃料或化学分解而形成的燃料与氧气剂的燃烧来产生它自己的推进流体,从而能在地球大气层外工作,但因此它也只适用工作时间很短的情况.

涡轮喷气式发动机应用于喷气推进避免了火箭和冲压喷气发动机固有的弱点,因为采用了涡轮驱动的压气机,因此在低速时发动机也有足够的压力来产生强大的推力。涡轮喷气发动机按照“工作循环”工作。它从大气中吸进空气,经压缩和加热这一过程之后,得到能量和动量的空气以高达2000英尺/秒(610米/秒)或者大约1400英里/小时(2253公里/小时)的速度从推进喷管中排出。在高速喷气流喷出发动机时,同时带动压气机和涡轮继续旋转,维持“工作循环”。涡轮发动机的机械布局比较简单,因为它只包含两个主要旋转部分,即压气机和涡轮,还有一个或者若干个燃烧室。然而,并非这种发动机的所有方面都具有这种简单性,因为热力和气动力问题是比较复杂的。这些问题是由燃烧室和涡轮的高工作温度、通过压气机和涡轮叶片而不断变化着的气流、以及排出燃气并形成推进喷气流的排气系统的设计工作造成的。

飞机速度低于大约450英里/小时(724公里/小时)时,纯喷气发动机的效率低于螺旋桨型发动机的效率,因为它的推进效率在很大程度上取决于它的飞行速度;因而,纯涡轮喷气发动机最适合较高的飞行速度。然而,由于螺旋桨的高叶尖速度造成的气流扰动,在350英里/小时(563公里/小时)以上时螺旋桨效率迅速降低。这些特性使得一些中等速度飞行的飞机不用纯涡轮喷气装置而采用螺旋桨和燃气涡轮发动机的组合 -- 涡轮螺旋桨式发动机。

螺旋桨/涡轮组合的优越性在一定程度上被内外涵发动机、涵道风扇发动机和桨扇发动机的引入所取代。这些发动机比纯喷气发动机流量大而喷气速度低,因而,其推进效率与涡轮螺旋桨发动机相当,超过了纯喷气发动机的推进效率。

涡轮/冲压喷气发动机将涡轮喷气发动机(它常用于马赫数低于3的各种速度)与冲压喷气发动机结合起来,在高马赫数时具有良好的性能。这种发动机的周围是一涵道,前部具有可调进气道,后部是带可调喷口的加力喷管。起飞和加速、以及马赫数3以下的飞行状态下,发动机用常规的涡轮喷气式发动机的工作方式;当飞机加速到马赫数3以上时,其涡轮喷气机构被关闭,气道空气借助于导向叶片绕过压气机,直接流入加力喷管,此时该加力喷管成为冲压喷气发动机的燃烧室。这种发动机适合要求高速飞行并且维持高马赫数巡航状态的飞机,在这些状态下,该发动机是以冲压喷气发动机方式工作的。

涡轮/火箭发动机与涡轮/冲压喷气发动机的结构相似,一个重要的差异在于它自备燃烧用的氧。这种发动机有一多级涡轮驱动的低压压气机,而驱动涡轮的功率是在火箭型燃烧室中燃烧燃料和液氧产生的。因为燃气温度可高达3500度,在燃气进入涡轮前,需要用额外的燃油喷入燃烧室以供冷却。然后这种富油混合气(燃气)用压气机流来的空气稀释,残余的燃油在常规加力系统中燃烧。虽然这种发动机比涡轮/冲压喷气发动机小且轻,但是,其油耗更高。这种趋势使它比较适合截击机或者航天器的发射载机。这些飞机要求具有高空高速性能,通常需要有很高的加速性能而无须长的续航时间。

喷气式飞机发动机原理是什么?_航空发动机原理