航空涡轮推进技术

daewoo · 发表于 2007-5-26 10:33:42

航空涡轮推进技术

历史

通常认为，利用火箭将物理上的反作用力原理运用到大家伙上，这样的奇思妙想要归功于13世纪的中国人。但是，直到二次大战后，火箭技术才真正成熟起来，使得太空旅行的想法有了实现的可能；这多半是由于战争本身使得火箭技术向前迈进了一大步。
喷气式涡轮发动机的历程与之类似。虽然最早的蒸汽涡轮发动机的原型可追溯到17世纪，涡轮发动机的实际运用却直到20世纪才得以实现；当时活塞发动机占主导地位，涡轮发动机却在与其的竞争中大获全胜。现今，空气涡轮发动机是航空用动力装置中应用范围最广，效率最高的手段；几乎已完全取代了活塞式发动机的位置，后者直至20世纪60年代一直是航空界常用的动力源。空气涡轮发动机有多种类型，包括涡轮喷气发动机，涡轮风扇发动机，涡轮螺浆发动机，涡轮轴发动机；空气涡轮发动机是航空界最重要的成就之一；正是因为它的成功发明，加速了航空事业其他领域的发展。
下面列出的为一些里程碑似的事件，它们标志着涡轮发动机的发展以及空气涡轮发动机在航空动力方面登峰造极的主要历程：
1500-莱昂纳多-达芬奇绘制了由上升热气流驱动，绕一根轴旋转的浆轮
1629年-意大利工程师吉尔瓦尼-布兰卡设计了由蒸汽驱动的汽轮。这是首例轴流冲击式汽轮机（详见第六章）。
1687年-英国哲学家，数学家——埃萨克-牛顿推导了三大力学定理，形成了现代喷气动力的理论基础：
1、物体在不受到外力作用的情况下，保持静止或匀速直线运动
2、作用在物体上的合力等于物体质量与由这些力引起的加速度的乘积；（力=质量*加速度）
3、对于作用在物体上的力而言，物体本身会产生一个大小相等、方向相反的反作用力
为了证明第三定律，他尝试着利用反作用力来推进“牛顿”蒸汽车，但由于蒸汽机的结构质量过大，试验失败了。
1791年-英国人约翰-巴伯获得了一项蒸汽机专利，——他运用了现代涡轮机的热动力循环机理。人们把它作为固定的设备用于工业生产，它由一下几部分组成：带压气机的蒸汽发生器，燃烧室，以及汽轮，这些都是现代发动机的基本组成部分，但是巴伯发动机从未生产下线。
1824年-涡轮机一词首度出现于技术文献中。法国人把他设计的一款水轮机称为涡轮机。
1883年-瑞典工程师帕特里克-德-拉瓦尔成功操作了第一台可用的蒸汽涡轮机，喷嘴的形状特性使得喷口处的速度达到了超音速（详见第7章）
1897年-在英格兰，人们首次对装有蒸汽涡轮机的船舶进行测试。7年后，涡轮驱动的德国巡洋舰鲁贝克首航。
1898年-法国人阿曼高德兄弟成功操作了首台燃气涡轮发动机。采用加热的导线引燃了加压空气与油气的混合物。
1908年-德国人汉斯-霍尔兹沃斯成功运行了首台燃烧室带有控制阀门，电子点火的燃气涡轮发动机。
1913年-法国工程师罗林获得了冲压式喷气设备专利。但在制造过程中由于材料的选用不当，导致了失败。
1918年-美国通用电气的萨恩福德-莫斯在活塞式航空发动机上设计了废气涡轮增压器。这是涡轮发动机在飞机推进系统上的首例应用。
1930年-大不列颠的弗兰克-怀特尔进行专利申请，他申报的项目是“有关飞机及其它运载工具的推进系统改造”；他把喷气式发动机的组成描述成为一个多级轴流压气机，加上离心压气机，环形燃烧室，单级轴系涡轮以及一个喷口。基于此专利（大不列颠 347，206）研制的首部怀特尔发动机，于1937年4月成功运行。发动机所采用的是液体燃料。
1937年-德国工程科学家，汉高飞机公司员工，帕布斯特-冯-奥海因成功运行了一部推力可达250daN（550lb）的喷气式发动机。与怀特尔的设计相类似，奥海因的He S-1号发动机也带有一个离心式压气机。发动机所采用的燃料为气态氢，以避免燃烧问题。
1939年-奥海恩发动机的改进型燃汽油版发动机He S-3B，可生成500daN（1100lb）的推力，其自重360daN(795lb)，装载在汉高He 178型喷气试验飞机上进行了世界首次以喷气涡轮发动机作为动力的飞行。
1940年-容克-尤莫004轴流喷气发动机在德国容克发动机公司进行运行。安塞尔姆-弗兰兹率先涉足轴流发动机流域，这与怀特以及奥海恩发动机的离心流设计相背。
1941年-大不列颠，格罗斯特 E28/29喷气式试验飞机进行飞行试验，所搭载的怀特W1A发动机，自重280daN（623lb），产生推力400daN（850lb）
1941年-美国通用电气受信于美国空军，着手研制怀特型喷气发动机，后期发展成为J33离心压气发动机。贝尔则获授权，着手设计XP-59A验证机。
1942年-德国梅塞施密特Me-262双引擎战斗机，采用尤莫004A发动机，在42年7月进行了首飞。截至1945年三月，生产了近6000台尤莫004A喷气发动机。
1943年-罗尔斯-罗伊斯承担了大不列颠的怀特发动机研制与生产任务。格罗斯特-流星1型战机，由两台怀特型罗-罗-维尔兰德发动机驱动；此型战机于1944年始服役于皇家空军。

这些早期阶段的努力奠定了现代大推力喷气发动机的基础。

发动机的分类

根据不同的任务，出现了不同种类的发动机。区别发动机的设计特性相关，例如转子数量，压气原理，发动机内的分流方式，尾气的利用，等。
一般说来，飞机上使用的发动机有四类：涡喷发动机、涡扇发动机、涡桨发动机、涡轴发动机。
涡喷发动机、涡扇发动机直接依靠排出气体的反作用力来产生推力。但是涡扇发动机分类的标准又有所区别——根据流经主通道周围涵道的气流比例来分类。典型的是称之为低涵道比或高涵道比发动机。
对于涡桨发动机而言，热气流的能量用于驱动一个附加的独立涡轮，以使产生轴力使螺旋桨工作。当气流由喷口排出时，大多数能量已传递给涡轮，只有一小部分剩余用作产生推力。
对于涡轴发动机来说，所有的可用燃气都通过附加的（自由）涡轮转换为轴力。这种形式的引擎通常用于直升机，但也同样可用于轴力部件用于为飞机提供地面的充气及电力服务。
1.2.1 涡喷发动机
涡喷发动机是最早出现的涡轮喷气式发动机。虽然设计简单，但在技术的飞速发展中遭到大量的淘汰，涡喷发动机由以下部件组成（图1-2）：
多级压气机-燃烧室-单/多级涡轮
为正常工作以提供推力，必须添加进其与排气系统来推动气流的运动。
气流首先进入进气道部分，进气道的作用在于为压气机提供平滑规整的气流。压气机是快速旋转的机械装置，或可把其称之为“气泵”，它的任务在于提升气流的压力。经过压气机的气流不仅仅在压力上得到了提升，其密度和温度也上升了。

离开压气机后，经升压的气流进入燃烧室，在其间注入燃料，与气流混合进行燃烧

a.sendoh · 发表于 2007-5-27 08:44:32

不错不错啊

lijava · 发表于 2007-5-27 22:56:24

多谢daewoo，祝每天都有好心情

001 · 发表于 2007-5-30 21:58:30

不错不错不错啊不错啊

boshao · 发表于 2007-5-31 23:55:58

学习啦
THANK YOU+++

feiyu · 发表于 2007-6-1 09:37:33

多谢

fphoenix · 发表于 2007-8-19 14:09:13

不错不错啊

林中的风 · 发表于 2007-8-20 10:16:00

顶~~~
谢谢呵呵

stmm2001 · 发表于 2007-8-30 21:39:29

太难了，看不懂。

小糊涂仙 · 发表于 2008-10-27 19:11:46

好强大啊！

hyjw流云 · 发表于 2008-12-24 13:07:17

感谢，知识越学越觉得自己微薄。

逆风~飞扬 · 发表于 2009-2-5 16:55:36

先行谢过

angelo · 发表于 2010-10-14 14:53:22

很基础性的东西

zhangkimi · 发表于 2010-10-14 21:54:20

多谢了！！！

tkhunter · 发表于 2013-2-8 14:23:44

这个这个我是学这个，感觉蛮平常的。

lanjun · 发表于 2013-2-8 17:57:59

回顾发展史，挺好

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