《渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)》PPT課件.ppt

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1、第十章渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī) 概 論 基 本 工 作 原 理 和 主 要 參 數(shù) 部 件 特 點(diǎn) 渦 輪 軸 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 燃 氣 發(fā) 生 器 后 的 燃 氣 可 用 能 全 部 用 于 驅(qū) 動(dòng) 動(dòng) 力渦 輪 而 不 在 噴 管 內(nèi) 膨 脹 產(chǎn) 生 推 力 動(dòng) 力 渦 輪 軸 上 輸 出 的 功 率 可 以 用 來 帶 動(dòng) 直 升 機(jī)的 旋 翼 和 尾 槳 第 一 節(jié) 概 論 渦 輪 軸 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 是 直 升 機(jī) 的 動(dòng) 力 裝 置 。 它 的 主 要 特 點(diǎn) 是 燃?xì)?發(fā) 生 器 后 的 燃 氣 所 具 有 的 可 用 能 量 ， 幾 乎 全 部 通 過 渦輪 軸 輸 出 功 率 ， 帶 動(dòng) 直 升

2、機(jī) 的 旋 翼 和 尾 槳 。 與 活 塞 式 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 相 比 ， 主 要 的 優(yōu) 點(diǎn) ：首 先 是 重 量 輕 ， 體 積 小 。 同 樣 功 率 為 600kW左 右 的 發(fā) 動(dòng)機(jī) ， 它 的 重 量 還 不 到 活 塞 式 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 三 分 之 一 。 大 功 率的 發(fā) 動(dòng) 機(jī) ， 它 們 重 量 則 懸 殊 更 大 ， 采 用 渦 輪 軸 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 則更 為 利 。其 次 是 渦 輪 軸 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 沒 有 往 復(fù) 運(yùn) 動(dòng) 的 機(jī) 件 ， 所 以 振 動(dòng) 小 ，噪 音 小 。 但 必 須 指 出 ， 在 單 位 燃 油 消 耗 率 方 面 ， 目 前 與 活 塞 式 發(fā) 動(dòng)

3、 機(jī) 相 比 ， 還 有 一 定 的 差 距 。 第 二 節(jié) 基 本 工 作 原 理 和 主 要 參 數(shù) 一 、 自 由 渦 輪 式 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 燃 氣 發(fā) 生 器 其 中 帶 動(dòng) 壓 氣 機(jī) 的 渦 輪 叫 做 壓 氣 機(jī) 渦輪 。 在 壓 氣 機(jī) 渦 輪 之 后 為 動(dòng) 力 渦 輪 ， 如 果 與 前 面的 渦 輪 在 機(jī) 械 上 沒 有 聯(lián) 系 ， 稱 為 自 由 渦 輪 。 自 由 渦 輪 通 過 輸 出 軸 輸 出 功 率 ， 經(jīng) 減 速 器 (通 常有 體 內(nèi) 減 速 器 和 主 減 速 器 )以 低 轉(zhuǎn) 速 和 大 扭 矩 帶 動(dòng)旋 翼 ， 小 部 分 功 率 通 過 尾 槳 減

4、 速 器 帶 動(dòng) 尾 槳 。 這種 形 式 的 渦 輪 軸 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 有 以 下 幾 方 面 的 優(yōu) 點(diǎn) ： 1 研 制 比 較 方 便 ， 前 后 兩 個(gè) 部 件 可 分 別 進(jìn) 行 ， 特 別 是采 用 現(xiàn) 成 的 渦 輪 噴 氣 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 改 型 時(shí) ， 更 為 有 利 ；2 起 動(dòng) 時(shí) 只 要 帶 動(dòng) 燃 氣 發(fā) 生 器 ， 所 以 所 需 要 的 起 動(dòng) 機(jī)功 率 較 小 ； 3 自 由 渦 輪 的 工 作 對(duì) 燃 氣 發(fā) 生 器 工 作 的 影 響 較 少 ， 燃?xì)?發(fā) 生 器 的 工 作 比 較 穩(wěn) 定 ； 4 燃 氣 發(fā) 生 器 和 旋 翼 以 各 自 不 同 的 轉(zhuǎn) 速

5、工 作 ， 比 較 有利 于 選 擇 各 自 合 適 的 轉(zhuǎn) 速 ； 二 、 定 軸 式 渦 輪 軸 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 多 級(jí) 渦 輪 作 為 一 個(gè) 整 體 向 壓 氣 機(jī) 和 減 速 器 輪 出 功 率 ， 相 對(duì)于 自 由 渦 輪 工 它 具 有 以 下 優(yōu) 點(diǎn) ： 主 要 是 便 于 作 前 輸 出 軸 的 結(jié)構(gòu) 上 的 安 排 。 渦 輪 軸 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 與 渦 輪 噴 氣 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 一 樣 ， 主 要 的 過 程 參 數(shù) 仍 然是 渦 輪 前 燃 氣 溫 度 和 壓 氣 機(jī) 增 壓 比 K選 渦 輪 軸 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 不 同于 渦 輪 噴 氣 發(fā) 動(dòng) 機(jī) ， 主 要 有 以 下 五 個(gè)

6、性 能 參 數(shù) 。 1、 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 功 率 Ne2、 單 位 功 率 Ns3、 功 率 重 量 比4、 單 位 燃 油 消 耗 率5、 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 剩 余 推 力 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 轉(zhuǎn) 速 必 需 經(jīng) 過 減 速 器 減 速 后 驅(qū) 動(dòng) 旋 翼 。 直 升 機(jī) 不 同 飛 行 狀 態(tài) 所 要 求 的 不 同 功 率 可 以 通 過改 變 旋 翼 轉(zhuǎn) 速 和 旋 翼 槳 距 實(shí) 現(xiàn) 。 旋 翼 槳 葉 尺 寸 很 大 ， 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 轉(zhuǎn) 速 必 需 經(jīng) 過 減速 器 減 速 后 驅(qū) 動(dòng) 旋 翼 。 旋 翼 轉(zhuǎn) 速 改 變 帶 來 離 心 力 的 很 大 變 化 ， 希 望 旋 翼轉(zhuǎn)

7、速 恒 定 ， 由 自 由 渦 輪 來 驅(qū) 動(dòng) 旋 翼 將 極 為 方 便 。 旋 翼 恒 速 即 自 由 渦 輪 恒 速 ， 功 率 的 改 變 則 靠 槳 距改 變 ， 相 應(yīng) 改 變 燃 氣 發(fā) 生 器 轉(zhuǎn) 速 實(shí) 現(xiàn) 。 第 三 節(jié) 部 件 特 點(diǎn) 一 、 進(jìn) 氣 裝 置 直 升 機(jī) 的 飛 行 速 度 較 低 ， 壓 氣 機(jī) 進(jìn) 口 的 流 速 總 是大 于 飛 行 速 度 。 所 以 進(jìn) 氣 系 統(tǒng) 為 收 斂 管 道 的 進(jìn) 氣系 統(tǒng) 。 直 升 機(jī) 工 作 的 環(huán) 境 ， 起 飛 和 著 陸 一 般 不 在專 門 的 機(jī) 場 上 ， 例 如 在 沙 漠 、 草 原 、 高 山

8、等 地 都有 可 能 ， 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 特 別 容 易 受 到 外 物 的 侵 襲 。 二 、 壓 氣 機(jī) 在 小 型 渦 輪 軸 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 上 采 用 單 級(jí) 離 心 或 雙 級(jí) 離 心 壓氣 機(jī) ， 除 了 在 效 率 方 面 的 考 慮 和 離 心 式 壓 氣 機(jī) 所 固有 的 工 作 比 較 穩(wěn) 定 之 外 ， 還 有 三 方 面 的 優(yōu) 點(diǎn) 值 得 提出 ， 一 是 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 可 降 低 制 造 和 維 護(hù) 成 本 ； 二 是抗 外 特 擊 傷 的 性 能 比 軸 流 式 要 好 得 多 ； 三 是 與 軸 流式 壓 氣 機(jī) 葉 片 相 比 ， 抗 高 頻 疲 勞 性 能

9、比 較 好 ， 可 延長 使 用 壽 命 。 三 、 燃 燒 室 對(duì) 于 小 型 渦 輪 軸 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 燃 燒 室 ， 主 要 存 在 以 下 兩 個(gè) 問 題 ：一 是 供 油 量 小 ， 而 噴 嘴 的 出 口 孔 徑 和 壓 降 都 不 太 小 。 這 就限 制 了 噴 嘴 的 數(shù) 目 ， 因 而 造 成 燃 油 分 布 不 合 要 求 ， 導(dǎo) 致 溫 度場 極 不 均 勻 。 為 此 ， 可 采 取 通 過 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 軸 中 心 甩 盤 供 油 的方 式 。 二 是 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 其 他 各 部 件 尺 寸 按 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 功 率 的 大 小 基 本 上 可成 比 例 的 縮

10、小 ， 而 考 慮 到 燃 燒 完 全 的 程 度 ， 燃 料 在 燃 燒 室中 必 須 有 一 定 的 停 留 時(shí) 間 ， 這 樣 ， 燃 燒 室 的 長 度 就 不 能 成 比例 地 縮 短 。 由 此 而 引 起 對(duì) 燃 燒 室 壁 面 冷 卻 的 負(fù) 擔(dān) 和 渦 輪 軸 的長 度 增 加 ， 使 剛 性 變 差 。 為 此 常 采 用 回 流 式 的 燃 燒 室 。 這 種結(jié) 構(gòu) 還 便 于 檢 查 熱 部 件 工 作 的 情 況 ， 對(duì) 維 護(hù) 工 作 有 利 。 四 、 渦 輪 小 型 渦 軸 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 渦 輪 ， 與 壓 氣 機(jī) 相 似 ， 二 次 流 動(dòng)損 失 大 ， 當(dāng)

11、 前 小 型 軸 流 式 渦 輪 ， 主 要 的 也 是 冷 卻 問題 。 高 壓 級(jí) 葉 片 尺 寸 小 ， 而 冷 卻 流 路 的 縫 隙 不 可 能按 比 例 縮 小 ， 其 結(jié) 果 使 得 占 相 當(dāng) 大 比 例 的 空 氣 流 量不 能 參 加 作 功 ， 用 于 冷 卻 。 這 樣 會(huì) 影 響 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 方 面的 性 能 。 在 這 方 面 當(dāng) 前 努 力 的 方 向 是 在 占 一 定 比 例的 冷 卻 空 氣 流 量 下 ， 提 高 它 的 冷 卻 效 果 ， 從 而 使 渦輪 前 燃 氣 溫 度 有 可 能 作 進(jìn) 一 步 提 高 。 五 、 排 氣 噴 管 動(dòng) 力 渦 輪

12、 后 的 燃 氣 一 般 仍 然 具 有 較 高 的 流 速 ， 而 靜 壓低 于 外 界 大 氣 壓 。 這 是 渦 輪 工 作 的 需 要 ， 可 增 加 軸的 輸 出 功 率 。 氣 流 經(jīng) 過 排 氣 噴 管 ， 其 靜 壓 提 高 ， 流速 降 低 ， 到 噴 管 的 出 口 時(shí) ， 在 靜 壓 等 于 外 界 大 氣壓 的 條 件 下 ， 以 相 當(dāng) 低 的 流 速 排 出 外 界 。 所 以 ， 排氣 噴 管 是 起 擴(kuò) 壓 的 作 用 。 減 少 噴 管 的 擴(kuò) 壓 損 失 ， 也就 意 味 著 力 渦 輪 能 獲 得 更 多 的 功 。 六 、 減 速 器 動(dòng) 力 渦 輪 的

13、 轉(zhuǎn) 速 較 高 ， 而 旋 翼 的 轉(zhuǎn) 速 較 低 ， 相 差 近百 倍 ， 因 而 就 要 有 減 速 器 。 由 于 減 速 比 大 ， 要 有 多級(jí) 減 速 ， 才 能 實(shí) 現(xiàn) 功 率 的 傳 遞 。 在 結(jié) 構(gòu) 上 ， 通 常 分體 內(nèi) 減 速 器 和 主 減 速 器 。 前 者 被 認(rèn) 為 是 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 一個(gè) 組 成 部 件 ， 后 者 被 認(rèn) 為 是 獨(dú) 立 于 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 一 個(gè) 部件 。 對(duì) 于 多 發(fā) 裝 置 ， 則 多 個(gè) 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 共 同 合 用 一 個(gè) 主減 速 器 。 對(duì) 減 速 器 ， 除 了 工 作 可 靠 之 外 ， 主 要 的 要求 是 重 量

14、輕 和 效 率 高 。 要 求 減 輕 減 速 器 的 重 量 非 常 重 要 的 問 題 之 一 。 七 、 調(diào) 節(jié) 規(guī) 律1 自 由 渦 輪 式 對(duì) 渦 輪 軸 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 最 大 工 作 狀 態(tài) 的 調(diào) 節(jié) ， 如 果 采 用 燃?xì)?發(fā) 生 器 轉(zhuǎn) 速 N1作 為 被 調(diào) 參 數(shù) ， 則 可 取 供 油 量 Gf作 為 調(diào) 節(jié) 作 用 量 。 供 油 量 增 加 ， 意 味 著 渦 輪 前 燃 氣 溫 度 增 加 ， 燃 氣 發(fā)生 器 轉(zhuǎn) 速 N1上 升 ， 這 時(shí) 候 自 由 渦 輪 轉(zhuǎn) 速 也 相 應(yīng) 上 升 。當(dāng) 旋 翼 的 槳 距 角 增 大 時(shí) ， 旋 翼 上 的 氣 動(dòng) 扭

15、矩 增 加 。若 要 維 持 轉(zhuǎn) 速 N2不 變 ， 則 所 需 功 率 也 要 增 大 。 實(shí) 際 情 況 ， 兩 個(gè) 參 數(shù) 相 互 間 是 有 牽 連 的 。 所 以 ， 一般 說 一 個(gè) 調(diào) 節(jié) 作 用 量 只 能 調(diào) 節(jié) 一 個(gè) 被 調(diào) 參 數(shù) 。 七 、 調(diào) 節(jié) 規(guī) 律1 自 由 渦 輪 式 對(duì) 渦 輪 軸 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 最 大 工 作 狀 態(tài) 的 調(diào) 節(jié) ， 如 果 采 用 燃 氣 發(fā) 生 器轉(zhuǎn) 速 N1作 為 被 調(diào) 參 數(shù) ， 則 可 取 供 油 量 Gf作 為 調(diào) 節(jié) 作 用 量 。 供 油 量 增 加 ， 意 味 著 渦 輪 前 燃 氣 溫 度 增 加 ， 燃 氣 發(fā) 生

16、器 轉(zhuǎn) 速N1上 升 ， 這 時(shí) 候 自 由 渦 輪 轉(zhuǎn) 速 也 相 應(yīng) 上 升 。 當(dāng) 旋 翼 的 槳 距角 增 大 時(shí) ， 旋 翼 上 的 氣 動(dòng) 扭 矩 增 加 。 若 要 維 持 轉(zhuǎn) 速 N2不 變 ， 則 所 需 功 率 也 要 增 大 。 實(shí) 際 情 況 ， 兩 個(gè) 參 數(shù) 相 互 間 是 有 牽 連 的 。 所 以 ， 一 般 說 一 個(gè)調(diào) 節(jié) 作 用 量 只 能 調(diào) 節(jié) 一 個(gè) 被 調(diào) 參 數(shù) 。2 定 軸 式 功 率 匹 配 ： 直 升 機(jī) 大 多 采 用 多 臺(tái) 發(fā) 動(dòng) 機(jī) ， 它 們 驅(qū) 動(dòng) 共 同 的 旋 翼 。 所 以 希 望 每 臺(tái) 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 輸 出 功 率

17、相 同 即 功 率 匹 配 ， 這對(duì) 直 升 機(jī) 的 強(qiáng) 度 是 有 利 的 。 匹 配 最 大 原 理 ： 如 果 使 用 兩 臺(tái) 發(fā) 動(dòng) 機(jī) ， 將 兩 臺(tái) 發(fā) 動(dòng) 機(jī)的 扭 矩 做 比 較 。 輸 出 扭 矩 大 的 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 不 做 改 變 ， 輸 出扭 矩 小 的 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 將 增 加 燃 油 流 量 ， 增 大 輸 出 扭 矩 ， 直到 與 扭 矩 大 的 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 相 等 。 這 稱 為 匹 配 最 大 原 理 ， 它可 以 防 止 扭 矩 負(fù) 載 分 配 回 路 將 好 的 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 功 率 減 少 去匹 配 功 率 受 到 限 制 的 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 。 為 直 升 機(jī)

18、提 供 動(dòng) 力 的 多 臺(tái) 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 輸 出 扭 矩 相 加 ，并 且 與 預(yù) 定 的 扭 矩 限 制 值 比 較 。 如 果 總 扭 矩 超限 ， 將 同 時(shí) 減 少 各 臺(tái) 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 燃 油 流 量 減 少 輸出 扭 矩 。自 由 渦 輪 （ 動(dòng) 力 渦 輪 ） 轉(zhuǎn) 速 調(diào) 節(jié) 器 ， 始 終 保 持動(dòng) 力 渦 輪 轉(zhuǎn) 速 等 于 選 的 基 準(zhǔn) 值 ， 用 于 保 持 旋 翼轉(zhuǎn) 速 恒 定 。排 氣 溫 度 限 制 器 保 持 渦 輪 溫 度 不 超 限 。 可 用 功 率 軸 （ 功 率 桿 ） 和 負(fù) 載 要 求 軸 （ 槳 距 桿 ） 直 升 機(jī) 有 可 用 功 率 軸 和

19、 負(fù) 載 要 求 軸 ， 形 式 上 類 似 于 一般 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 功 率 桿 和 停 車 桿 ， 但 功 能 不 同 。 直 升 機(jī) 的 可 用 功 率 軸 或 者 說 功 率 桿 給 出 燃 氣 發(fā) 生 器 可以 提 供 的 最 大 功 率 。 該 桿 控 制 啟 動(dòng) 、 停 車 、 燃 氣 發(fā) 生 器 轉(zhuǎn) 速 等 。 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 實(shí) 際 發(fā) 出 的 功 率 則 由 負(fù) 載 要 求 軸 即 槳 距 桿 確定 。 負(fù) 載 要 求 軸 與 總 距 調(diào) 節(jié) 相 連 。 采 用 電 子 控 制 裝 置 的 發(fā) 動(dòng) 機(jī) ， 旋 翼 恒 速 、 負(fù) 載 分 配 、超 溫 限 制 、 超 扭 限 制 等 功 能 易 于 實(shí) 現(xiàn) ， 自 動(dòng) 地 精 確 調(diào)準(zhǔn) 保 證 旋 翼 轉(zhuǎn) 速 下 的 功 率 要 求 。