第三章 飞行器动力系统.docVIP

第3章? 飞行器动力系统 为飞行器提供动力，推动飞行器前进的装置称为动力装置。它由发动机、推进剂或燃料系统以及保证发动机正常有效工作所必需的导管、附件、仪表和在飞行器上的固定装置等组成。为了方便起见，我们把动力系统简称为发动机。 ?? 发动机是飞行器的动力源，相当于飞行器的心脏，它的性能对飞行器的发展有着非常重要的影响。1883年汽油内燃机即活塞式发动机的问世，为第一架飞机的试飞成功创造了条件；空气喷气发动机的出现，使飞机突破声障，并使飞行器的飞行速度达到几倍声速成为可能；火箭发动机的出现，为航天器的发展奠定了基础，使人类冲出地球，飞向宇宙的梦想成为现实。可以说，飞行器的发展是伴随着发动机的发展而发展的，飞行器发展的每一个里程碑都与发动机的发展有着密切的联系。 ?? 3．1? 发动机的分类及特点??? ?? 飞行器发动机的种类很多，其用途也各不相同。通常可以按发动机产生推力原理的不同和发动机工作原理的不同将发动机分为如下4大类，如图3—1所示。 图3-1航空航天发动机的分类 ??? 活塞式发动机是一种把燃料的热能转化为带动螺旋桨转动的机械能的发动机。螺旋桨高速旋转时，使空气加速向后流动，空气对螺旋桨产生反作用力，从而推动飞行器前进。因此活塞式发动机不能直接产生使飞行器前进的推力，而是通过带动螺旋桨转动而产生推力的。 ?? 喷气式发动机可以利用向后喷射高速气流，直接产生向前的反作用力，来推动飞行器前进。空气喷气发动机、火箭发动机和组合发动机都属于这种类型。 ?? 空气喷气发动机是利用大气层中的空气，与所携带的燃料燃烧产生高温气体，它依赖于空气中的氧气作为氧化剂，因此只能作为航空器的发动机。按具体结构的不同，空气喷气发动机又可分为涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺桨发动机、涡轮桨扇发动机、涡轮轴发动机和冲压喷气发动机等类型。 ?? 火箭发动机不依赖于空气而工作，完全依靠自身携带的氧化剂和燃料产生高温、高压气体，因此可以在高空和大气层外使用。若按形成喷气流动能的能源的不同，火箭发动机又可分为化学火箭发动机和非化学火箭发动机。 ?? 组合发动机是指两种或两种以上不同类型发动机的组合，包括空气喷气发动机之间的组合，以及空气喷气发动机与火箭发动机之间的组合等。 ?? 不同类型的发动机由于其结构和产生推力的原理的不同，适合不同的速度和高度范围，如图3—2所示列出了各类发动机的适用范围情况 图3-2不同发动机所适用的速度和高度范围。 ??????????????? 3．2? 活塞式航空发动机 ?? 3．2．1? 活塞式发动机的主要组成 ?? 活塞式航空发动机是一种燃烧汽油的往复式内燃机。它带动螺旋桨高速转动而产生推力，主要由气缸、活塞、连杆、曲轴、进气活门和排气活门等组成，如图3—3所示。 ?? 气缸是发动机的工作腔，油气混合气体在气缸内燃烧，产生高温高压燃气推动活塞作直线运动，并带动曲轴旋转。气缸头部装有保证油气混合气体进入气缸的进气活门和将燃烧后的废气排出缸体的排气活门。 图3-3活塞式发动机结构和工作原理 ? ??? 活塞用于承受油气混合气体在燃烧时所产生的燃气压力，并将燃料燃烧后的内能转变为活塞运动的机械能，活塞在气缸中处于的最上位置，为上死点位置；活塞在气缸中处于的最下位置，为下死点位置。 ?? 连杆将活塞和曲轴连接在——起，用宋传递活塞和曲轴之间的运动。曲轴将活塞的往复运动变成自身的旋转运动，并带动螺旋桨转动，使发动机产生推力。 ? 3．2．2? 活塞式发动机的工作原理 ?? 活塞发动机一般都用汽油作为燃料，它的每一循环包括四个行程(即活塞在气缸中上下运动各两次)，即进气行程、压缩行程、膨胀行程和排气行程，如图3—3所示。 ?? 在进气行程，活塞从上死点运动到下死点，进气活门开放而排气活门关闭，雾化了的汽油和空气的混合气体被下行的活塞吸人气缸内。在压缩行程，活塞从下死点运动到上死点，进气活门和排气活门都关闭，混合气体在气缸内被压缩．在上死点附近，由装在气缸头部的火花塞点火。在膨胀行程，混合气体点燃后，具有高温高压的燃气开始膨胀，推动活塞从上死点向下死点运动。在此行程，燃烧气体所蕴含的内能转变为活塞运动的机械能，并由连杆传给曲轴，成为带动螺旋桨转动的动力。所以膨胀行程也叫做功行程。在排气行程，活塞从下死点运动到上死点，排气活门开放，燃烧后的废气被活塞排出缸外。当活塞到达上死点后，排气活门关闭，此时就完成了四个行程的循环。 ?? 为满足功率的要求，航空发动机一般都是由多气缸组合构成的。活塞式发动机的运转速 度很高，气缸内每秒钟要点火燃烧几十次。高温高压的工作条件使得气缸壁温度很高，因此活塞发动机必须配备冷却系统。最早活塞发动机上采用的是液体冷却，液冷式发动机的气缸直线排列(小型发动机)或V形排列，如图3—4(a)所示，在发动机机