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第139章 渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)

  • 我是魔王別惹我
  • 云陌JUN
  • 2023字
  • 2021-11-18 13:54:25

頭部裝有機(jī)槍的拉進(jìn)式戰(zhàn)斗機(jī)需要采用協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu),以保證子彈從旋轉(zhuǎn)著的螺旋槳槳葉中間發(fā)射出去。

有的飛機(jī)將機(jī)炮炮管裝在螺旋槳軸內(nèi),炮彈由槳軸內(nèi)的炮管射出。螺旋槳旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)反作用扭矩,大功率發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)常用較大的垂直尾翼或偏置垂直尾翼產(chǎn)生的力矩來加以平衡,也可以采用反向旋轉(zhuǎn)的同軸螺旋槳來抵消反作用扭矩,如蘇聯(lián)的安22飛機(jī)。

現(xiàn)代的螺旋槳飛機(jī)多采用槳葉角可調(diào)的變距螺旋槳,這種螺旋槳可根據(jù)飛行需要調(diào)整槳葉角,提高螺旋槳的工作效率。

由于螺旋槳在旋轉(zhuǎn)時(shí),槳根和槳尖的圓周速度不同,為了保持槳葉各部分都處于最佳氣動(dòng)力狀態(tài),所以把槳根的槳葉角設(shè)計(jì)成最大,依次遞減,槳尖的槳葉角最小工作狀態(tài)的槳葉是一根懸壁梁受力態(tài)勢(shì),為了增加槳根的強(qiáng)度,槳根的截面積設(shè)計(jì)為最大。

一架飛機(jī)上槳葉數(shù)目根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率而定,有2葉、3葉和4葉的,也有5葉、6葉的。

裝于飛機(jī)頭部的螺旋槳為拉力式螺旋槳,裝于飛機(jī)后部的螺旋槳為推力式螺旋槳,還有既裝有拉力式螺旋槳又裝有推力式螺旋槳的飛機(jī)。

活塞式飛機(jī)“活塞式螺旋槳飛機(jī)”。以活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力,通過螺旋槳產(chǎn)生推進(jìn)力的飛機(jī)。

由于活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)功率的限制和螺旋槳在高速飛行時(shí)效率下降,只適用于低速飛行。大多應(yīng)用于輕型飛機(jī)和超輕型飛機(jī)等·不適合用于軍事行動(dòng)。活塞式飛機(jī)大多數(shù)服役于20世紀(jì)50年代以前,僅有少量小型飛機(jī),超輕型飛機(jī),無人機(jī)等采用此種發(fā)動(dòng)機(jī)。

渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是一種渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)。特點(diǎn)是完全依賴燃?xì)饬鳟a(chǎn)生推力。通常用作高速飛機(jī)的動(dòng)力,但油耗比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)高。

渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)分為離心式與軸流式兩種,離心式由英國(guó)人弗蘭克·惠特爾爵士于1930年發(fā)明,但是直到1941年裝有這種發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)才第一次上天,也沒有參加第二次世界大戰(zhàn);軸流式誕生在德國(guó),并且作為第一種實(shí)用的噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)Me-262的動(dòng)力于1944年夏投入戰(zhàn)場(chǎng)。

相比起離心式渦噴發(fā)動(dòng)機(jī),軸流式具有橫截面小,壓縮比高的優(yōu)點(diǎn),當(dāng)今的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)大多為軸流式。

現(xiàn)代渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)由進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪和尾噴管組成,戰(zhàn)斗機(jī)的渦輪和尾噴管間還有加力燃燒室。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)仍屬于熱機(jī)的一種,就必須遵循熱機(jī)的做功原則。

在高壓下輸入能量,低壓下釋放能量。因此,從產(chǎn)生輸出能量的原理上講,噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)和活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)是相同的,都需要有進(jìn)氣、加壓、燃燒和排氣這四個(gè)階段,不同的是,在活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)中這4個(gè)階段是分時(shí)依次進(jìn)行的,但在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中則是連續(xù)進(jìn)行的,氣體依次流經(jīng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)部分,就對(duì)應(yīng)著活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)工作位置。

空氣首先進(jìn)入的是發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道,當(dāng)飛機(jī)飛行時(shí),可以看作氣流以飛行速度流向發(fā)動(dòng)機(jī),由于飛機(jī)飛行的速度是變化的,而壓氣機(jī)適應(yīng)的來流速度是有一定的范圍的,因而進(jìn)氣道的功能就是通過可調(diào)管道,將來流調(diào)整為合適的速度。

在超音速飛行時(shí),在進(jìn)氣道前和進(jìn)氣道內(nèi)氣流速度減至亞音速,此時(shí)氣流的滯止可使壓力升高十幾倍甚至幾十倍,大大超過壓氣機(jī)中的壓力提高倍數(shù),因而產(chǎn)生了單靠速度沖壓,不需壓氣機(jī)的沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。

進(jìn)氣道后的壓氣機(jī)是專門用來提高氣流的壓力的,空氣流過壓氣機(jī)時(shí),壓氣機(jī)工作葉片對(duì)氣流做功,使氣流的壓力,溫度升高。在亞音速時(shí),壓氣機(jī)是氣流增壓的主要部件。

從燃燒室流出的高溫高壓燃?xì)猓鬟^同壓氣機(jī)裝在同一條軸上的渦輪。

燃?xì)獾牟糠謨?nèi)能在渦輪中膨脹轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,帶動(dòng)壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn),在渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中,平衡狀態(tài)下氣流在渦輪中膨脹所做的功等于壓氣機(jī)壓縮空氣所消耗的功以及傳動(dòng)附件克服摩擦所需的功。

經(jīng)過燃燒后,渦輪前的燃?xì)饽芰看蟠笤黾樱蚨跍u輪中的膨脹比遠(yuǎn)大于壓氣機(jī)中的壓縮比,渦輪出口處的壓力和溫度都比壓氣機(jī)進(jìn)口高很多,發(fā)動(dòng)機(jī)的推力就是這一部分燃?xì)獾哪芰慷鴣淼摹?

從渦輪中流出的高溫高壓燃?xì)猓谖矅姽苤欣^續(xù)膨脹,以高速沿發(fā)動(dòng)機(jī)軸向從噴口向后排出。這一速度比氣流進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的速度大得多,使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得了反作用的推力。

一般來講,當(dāng)氣流從燃燒室出來時(shí)的溫度越高,輸入的能量就越大,發(fā)動(dòng)機(jī)的推力也就越大。

但是,由于渦輪材料等的限制,只能達(dá)到1650K左右,現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)有時(shí)需要短時(shí)間增加推力,就在渦輪后再加上一個(gè)加力燃燒室噴入燃油,讓未充分燃燒的燃?xì)馀c噴入的燃油混合再次燃燒,由于加力燃燒室內(nèi)無旋轉(zhuǎn)部件,溫度可達(dá)2000K,可使發(fā)動(dòng)機(jī)的推力增加至1.5倍左右。

其缺點(diǎn)就是油耗急劇加大,同時(shí)過高的溫度也影響發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命,因此發(fā)動(dòng)機(jī)開加力一般是有時(shí)限的,低空不過十幾秒,多用于起飛或戰(zhàn)斗時(shí),在高空則可開較長(zhǎng)的時(shí)間。

軸流式渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)如圖,空氣首先進(jìn)入進(jìn)氣道,因?yàn)轱w機(jī)飛行的狀態(tài)是變化的,進(jìn)氣道需要保證空氣最后能順利的進(jìn)入下一結(jié)構(gòu):壓氣機(jī)。

進(jìn)氣道的主要作用就是將空氣在進(jìn)入壓氣機(jī)之前調(diào)整到發(fā)動(dòng)機(jī)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。在超音速飛行時(shí),機(jī)頭與進(jìn)氣道口都會(huì)產(chǎn)生激波。

空氣經(jīng)過激波壓力會(huì)升高,因此進(jìn)氣道能起到一定的預(yù)壓縮作用,但是激波位置不適當(dāng)將造成局部壓力的不均勻,甚至有可能損壞壓氣機(jī)。所以一般超音速飛機(jī)的進(jìn)氣道口都有一個(gè)激波調(diào)節(jié)錐,根據(jù)空速的情況調(diào)節(jié)激波的位置。

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