吸气、压缩、燃烧、膨胀、喷出去
涡轮发动机的推力,就是这么一连串来的
涡轮发动机靠压气机、燃烧室、涡轮、喷管完成压缩、燃烧、膨胀做功和排气;民航用涡扇,大部分推力由风扇产生;推力按起飞/复飞、最大连续、最大巡航、慢车四档管理;反推只在着陆或中断起飞时用,速度低了要收、空中严禁。本页 6 个 stage 覆盖考纲「涡轮式发动机」一节(原理及分类、反推、操作和系统监控 + 第二部分样题)。
01 原理与五大部件
- 工作循环
- 压气机、燃烧室、涡轮、喷管完成压缩、燃烧、膨胀做功和排气,涡轮高速旋转带动压气机和附件
- 五大部件
- 进气道、压气机、燃烧室、涡轮、喷管
- 进气道
- 把足够空气以最小损失引入压气机;飞行速度够大时,还能靠冲压把空气预先压缩增压
- 压气机
- 用高速旋转叶片压缩空气
- 燃烧室
- 让高压空气和燃油混合燃烧,变成高温高压燃气
- 涡轮
- 让燃气膨胀做功,带动压气机和附件
- 喷管
- 让燃气继续膨胀加速,产生推力
- 燃气发生器
- 压气机、燃烧室、涡轮合称燃气发生器,是各种发动机的核心
- 附件齿轮箱
- 保证燃油、滑油、点火系统工作,并提供液压源和电源
注 · 按气流方向记五大部件:进 → 压 → 烧 → 涡 → 喷;其中「压气机 + 燃烧室 + 涡轮」就是燃气发生器,涡喷、涡扇都离不开它。
02 四种结构类型
| 类型 | 推力来源 | 特点 | 用途 |
|---|---|---|---|
| 涡喷 | 喷管喷气 | 不经济 | 民航已不用 |
| 涡扇 | 大部分由风扇产生 | 油耗低、噪声低 | 民航用得广 |
| 涡桨 | 螺旋桨产生主要拉力 | 尾喷管推力很小 | 考纲未给出 |
| 涡轴 | 考纲未给出 | 考纲未给出 | 一般用于直升机 |
- 结构类型
- 涡喷、涡扇、涡桨、涡轴
- 涡喷
- 不经济、民航已不用
- 涡轴
- 一般用于直升机
- 涡扇
- 加装低压涡轮和风扇;外涵道气流像螺旋桨产生推力并冷却核心机;大部分推力由风扇产生;油耗噪声低、民航用得广
- 涡桨
- 由低压涡轮带动螺旋桨产生主要拉力,尾喷管推力很小
注 · 记法:涡喷—纯喷气、涡扇—风扇加核心机、涡桨—螺旋桨为主、涡轴—直升机。区分点就在「谁产生主要推力/拉力」。
03 涡扇的推力从哪来
- 涡扇结构
- 在燃气发生器基础上增加低压涡轮和风扇;低压涡轮使燃气进一步膨胀做功,带动风扇产生推力(样题口径)
- 气流分路
- 气流分内外两部分:外涵道气流从核心发动机外流过,产生推力,类似螺旋桨,同时冷却核心机
注 · 记住分工:内涵道烧油做功、驱动压气机与风扇;外涵道产生大部分推力并给核心机降温。这是涡扇比涡喷更省油、更安静的原因。
04 四种工作状态
- 四种状态
- 按推力大小:起飞/复飞、最大连续、最大巡航、慢车
- 起飞/复飞
- 最大推力;转速和涡轮前燃气总温接近最大;连续使用一般限制 5 或 10 分钟,仅限起飞/复飞用
- 最大连续
- 连续工作的最大推力;只在确保飞行安全时由机长决定使用,如单发或应急爬高
- 最大巡航
- 巡航时最大推力;转速和温度离最大限制较远,使用时间不受限,用于长距离飞行
- 慢车
- 发动机稳定工作的最小转速;涡轮前燃气总温较高、使用时间也受限制,常用于着陆和滑行
注 · 记推力四档:起飞/复飞最猛但限时、最大连续能顶住但不能长用、最大巡航随便用、慢车最小且也限时。
05 反推
- 原理
- 靠改变喷气方向,让高速气流向斜前方喷出,产生反推力帮飞机减速
- 使用时机
- 用于着陆或中断起飞减速
- 收反推
- 滑跑速度降到特定值时要减小或停止;空中严禁使用
- 低速禁用
- 速度过低时,反推喷出的高速气流可能被吸入发动机进气道,造成发动机工作不稳定(压气机失速、喘振甚至熄火),并可能将地面杂物卷起吸入发动机造成损坏,同时低速时反推减速效果差
- 处置
- 速度低于规定值时应停止使用反推;空中严禁使用或尝试使用反推
注 · 反推的三条禁用逻辑:吸入(进气道吸回热气)、卷物(地面杂物打伤发动机)、效果差(低速时反推力帮不上忙)。
06 系统与监控
| 状态 | 推力 | 使用时间限制 | 用途 |
|---|---|---|---|
| 起飞/复飞 | 最大推力 | 连续使用一般限制 5 或 10 分钟 | 仅限起飞/复飞用 |
| 最大连续 | 连续工作的最大推力 | 仅在确保飞行安全时由机长决定使用 | 单发或应急爬高 |
| 最大巡航 | 巡航时最大推力 | 使用时间不受限 | 长距离飞行 |
| 慢车 | 稳定工作的最小转速 | 使用时间也受限制 | 着陆和滑行 |
- 工作系统
- 排气、点火、燃油、滑油系统等
- 电子控制
- 发动机通常配电子控制系统,管理推力、保护发动机
- 监视参数
- 压气机转子转速或 EPR、排气温度 EGT、燃油流量 FF、涡轮级间温度 ITT、发动机振动 VIB,防止超速超温
- 监视目的
- 实现发动机推力的管理和发动机的保护:主要监视压气机转子转速或压力比(EPR)、涡轮排气温度(EGT)、滑油压力和温度、燃油流量等参数,掌握发动机工作状态,把各参数控制在规定限制范围内,防止发动机超转、超温、润滑不良等异常情况损坏发动机
- 超限处置
- 一旦出现超出正常范围的情况,应按相应程序处理,保证飞行安全
注 · 监控口诀:转速/EPR、EGT、FF、ITT、VIB 五样盯住,核心是不超转、不超温、不缺润滑。