涡轮轴发动机
燃气涡轮发动机
在工作和构造上,涡轮轴发动机同涡轮螺桨发动机根相近。它们都是由涡轮风扇发动机的原理演变而来,只不过后者将风扇变成了螺旋桨,而前者将风扇变成了直升机的旋翼。除此之外,涡轮轴发动机也有自己的特点:它一般装有自由涡轮(即不带动压气机,专为输出功率用的涡轮),而且主要用在直升机和垂直/短距起落飞机上。
应用
在带有压气机的涡轮发动机这一类型中,涡轮轴发动机出现得较晚,但已在直升机和垂直/短距起落飞机上得到了广泛的应用。
涡轮轴发动机于1951年12月开始装在直升机上,作第一次飞行。那时它属于涡轮螺桨发动机,并没有自成体系。以后随着直升机在军事和国民经济上使用越来越普遍,涡轮轴发动机才获得独立的地位。
构造原理
在构造上,涡轮轴发动机也有进气道、压气机、燃烧室和尾喷管等燃气发生器基本构造,但它一般都装有自由涡轮,如图所示,前面的是两级普通涡轮,它带动压气机,维持发动机工作,后面的二级是自由涡轮,燃气在其中作功,通过传动轴专门用来带动直升机的旋翼旋转,使它升空飞行。此外,从涡轮流出来的燃气,经过尾喷管喷出,可产生一定的推力,由于喷速不大,这种推力很小,如折合为功率,大约仅占总功率的十分之一左右。有时喷速过小,甚至不产生什么推力。为了合理地安排直升机的结构,涡轮轴发动机的喷口,可以向上,向下或向两侧,不像涡轮喷气发动机那样非向后不可。这有利于直升机设计时的总体安排。
涡轮轴发动机是用于直升机的,它与旋翼配合,构成了直升机的动力装置。按照涡轮风扇发动机的理论,从理论上讲,旋翼的直径愈大愈好。同样的核心发动机,产生同样的循环功率,所配合的旋翼直径愈大,则在旋翼上所产生的升力愈大。事实上,由于在能量转换过程中有损失,旋翼也不可能制成无限大,所以,旋翼的直径是有限制的。一般说,通过旋翼的空气流量是通过涡轮轴发动机的空气流量的500-1000倍。
同涡轮轴发动机和直升机常用的另一种动力装置——活塞发动机采相比,涡轮轴发动机的功率重量比要大得多,在2.5以上。而且就发动机所产生的功率来说,涡轮轴发动机也大得多,目前使用中的涡轮轴发动机所产生的功率,最高可达6000马力甚至10000马力,活塞发动则相差很远。在经济性上,涡轮轴发动机的耗油率略高于最好的活塞式发动机,但它所用的航空煤油要比前者所用的汽油便宜,这在一定程度上得到了弥补。当然,涡轮轴发动机也有其不足之处。它制造比较困难,制造成本也较高。特别是由于旋翼的转速更低,它需要比涡轮螺旋桨发动机更重更大的减速系统,有时它的重量竟占发动机总重量一半以上。
主要参数
1.发动机功率
作为涡轮轴发动机,通常是把体内减速器视为它的一个部件,所以发动机功率是指经体内减速器输出的功率。对于有些大型的涡轮轴发动机,发动机作为一个部件,其中并不包括体内减速器。所指的功率就是涡轮轴的输出功率。作为性能指标,一般指的是最大起飞功率。与涡轮喷气发动机的推力大小一样,功率大小也不能体现发动机的好坏。但必须注意到,对于现有正在使用的发动机,只要它还有改型的价值,提高最大起飞功率,往往是一个机种改进改型的一个方面。这样,可在不花费过多财力物力的条件下,提高飞机的性能,扩大使用领域,或改善飞机的性能。
2.单位功率
3.功率重量比
大型的涡轮轴发动机,如功率为7000kw,这一指标可达7kw/kg以上,而小型的,如功率为200kw的,仅为3kw/kg左右。但必须指出,前者是没有体内减速器的,后者是包括体内减速器的。所以,在评价这一性能指标时,这一点是必须注意的。一般说大型的和小型的不应当在一起比较,用以评价它们的好坏。
4.单位燃油消耗率
在最大起飞功率状态,大型的涡轮轴发动机,可达0.270kg/kw*h左右,小型的约在0.400kg/kw*h左右
5.发动机剩余推力
一般情况,排气速度很低,可忽略这部分推力的作用,排气方向也不一定与飞机前进方向相反。为了结构上的方便,可任意安排排气方向。个别情况,排气速度较高,例如120m/s以上,对于功率为1000kw的发动机,在起飞状态约可获得60daN的推力,这是不可忽视的。当然,在巡航状态,飞机有前进的速度,推力要小得多。为了使这部分推力起作用,在总体安排时应采用前输出轴,使排气的方向与前进方向相反。
参考资料
最新修订时间:2024-08-22 07:33
目录
概述
应用
构造原理
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