航空涡轮轴发动机简介

航空涡轮轴发动机,或魑徒扮阙简称为涡铀发动机,是一种输出轴功率的涡轮喷气发动机。法国 是最先研制涡轴发动机的国家。50年代初,透博梅卡公司研制成一种只有一级离心式叶掭跞绅昭轮压气机、两级涡轮的单转于、输出轴功率的直升机用发动机,功率达到了206kW(280hp), 成为世界上第一台直升机用航空涡轮轴发动机,定名为“阿都斯特—l”(Artouste—1)。首先装用这种发动机的直升机是美国贝尔直升机公司生产的Bell 47(编号为XH—13F),于1954年进行了首飞。

压气机的主要作用是将从进气道进入发动机的空气加以压缩,提高气流的压强, 为燃烧创造有利条件。 根据压气机内气体流动的特点,可以分为轴流式和离心式两种。轴流式压气机,面积小、流量大;离心式结构简单、工作较稳定。涡轴发动机的压气机,其结构形式几经演变, 从纯轴流式、单级离心、双级离心到轴流与离心混装一起的组合式压气机。当前,直升机的 涡轴发动机大多采用的是若干级轴流加一级离心所构成的组合压气机。例如,国产涡轴6、 涡轴8发动机为l级轴流加1级离心构成的组合压气机;“黑鹰”直升机上的T700发动机其压气机为5级轴流加上l级离心。 压气机部件主要由进气导流器、压气机转子、压气机静子及防喘装置等组成。压气机转子是一个高速旋转的组合件,轴流式转子叶片呈叶栅排列安装在工作叶轮周围,离心式转子 叶片则呈辐射形状铸在叶轮外部,见下图。压气机静于由压气机壳体和静止叶片组成。转于旋转时,通过转子叶片迫使空气向后流动,不仅加速了空气,而且使空气受到压 缩,转于叶片后面的空气压强大于前面的压强。气流离开转于叶片后,进入起扩压作用的静于叶片。在静于叶片的通道、空气流速降低,压强升高,得到进一步压缩。一个转子加一个静于称为一级。衡量空气经过压气机被压缩的程度,常用压缩后与压缩前的压强之比,即增压比来表示。

燃烧室

燃烧室是发动机内燃油与空气混合、燃烧的地方。燃烧室一般由外壳、火焰筒组成,气 流进口处还设有燃油喷嘴,起动时用的喷油点火器也装在这里。燃烧室的工作条件十分恶劣,由于气体流速很高(一般流速为50一100m/s之间),混合气燃烧如大风中点火,因此保持燃烧稳定至关重要。为了保证稳定燃烧,在燃烧室结构设计上采取气流分流和火焰稳定 等措施(见下图)。

经过压气机压缩后的高压空气进入燃烧室,被火焰筒分成内、外两股,大部分空气在火 焰筒外部,沿外部通道向后流动,起着散热、降温作用;小部分空气进入火焰筒内与燃油喷 嘴喷出(或者甩油盘甩出)的燃油混合形成油气混合气,经点火燃烧成为燃气,向后膨胀加速, 然后与外部渗入火焰筒内的冷空气掺合,燃气温度平均可达1500℃,流速可达230m/s,高温、高速的燃气从燃烧室后部喷出冲击涡轮装置。

工作时,先靠起动点火器点燃火焰筒内的混合气,正常工作时靠火焰筒内的燃气保持稳定燃烧。由于燃烧室的零件工作在高温、高压下,工作中常出现翘曲、变形、裂纹、过热烧穿等故障,为此燃烧室采用热强度高、热塑性好的耐高温合金。

与一般涡轮喷气发动机不同,直升机用涡轴发动机的涡轮既要带动压气机转动,又要带 动旋翼、尾桨工作。现在大多数涡轴发动机将涡轮分为彼此无机械连接的前、后两段,见上图。前段带动压气机工作,构成发动机的燃气发生器转子;后段作为动力轴,即自由 涡轮,输出铀功率带动旋翼、尾桨等部件工作。前、后两段虽不发生机械连接关系,却有着 气体动力上的联系,可以使得燃气发生器涡轮与自由涡轮在气体热能分配上随飞行条件改变 作适当调整,这样就能使涡轴发动机性能与直升机旋翼性能在较宽裕的范围内得到优化组。

排气装置

根据涡轴发动机工作特点,一般排气装置呈圆筒扩散形,以便燃气在自由涡轮内充分膨胀作功,使燃气热能尽可能多地转化为轴功率。现代涡轴发动机的排气装置能做到使95% 以上的燃气可用膨胀功通过自由祸轮转变为轴功率,而余下不到5%的可用膨胀功仍以动能 形式向后嚎出转变为推力。 发动机排气装置历排出的热流是直升机主要热辐射源之一,其热辐射的强度与排气热流、的温度和温度场的分布有关。现代军用直升机为了在战场上防备敌方红外制导武器的攻击,减小自身热辐射强度,采用红外抑制技术。该技术除设法 降低发动机外露热部件的表面温度外,主要是将外界冷空气引入排气装置内,掺进高温徘气热流中,降低温度并冲淡徘气热流中所含二氧化氯的浓度,以降低红 外信号源能量。先进的红外抑制技术往往要将排气装置、冷却空气道以及发动机的安装位置 通盘考虑,形成了一个完整、有效的红外抑制系统.(见下图)。