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涨知识!飞机发动机原理动图解析

2018-02-03 21:44 来源: 古旧扬帆

涨知识!飞机发动机原理动图解析

飞机发动机有很多种形式,最早的是活塞螺旋桨飞机,其发动机和汽车的发动机没什么区别,也有直4、直6、V6、V8、V12等形式,通过输出轴连接螺旋桨。

涨知识!飞机发动机原理动图解析

后来出现了星形发动机,也是活塞螺旋桨发动机的一种,其特点是发动机呈星形中心对称排列,发动机工作的时候振动小,而且比直列和V型的散热要好(直列发动机和V型发动机只有最前面的气缸散热最好,后面的气缸被前面的挡住了,所以必须要用复杂的水冷散热系统,散热系统损坏就要立即迫降,不然发动机一会儿就过热损坏了,星形发动机所有气缸散热条件都很好,可以用简单的风冷冷却,特别适合飞机使用)。

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如果要飞机飞得更快,除了飞机机身、翼型的设计上要改变之外,发动机输出功率也要加大。对于活塞发动机,增大功率要么增加发动机缸数,要么增加发动机转速。但是发动机缸数增加会增加机头重量,影响重心分布,增加发动机转速,活塞往复运动极限较低,所以对于高速发动机,活塞发动机有很多先天不足。

后来发明了喷气发动机,1928年奥匈帝国的Albert Fonó在德国注册了冲压发动机的专利并在1932年获得通过。冲压发动机的原理非常简单:飞行时迎面气流在通过涵道的过程中将动能转变为压力能,经压缩后的空气进入燃烧室与燃料混合进行等压燃烧,生成的高温燃气在喷管中膨胀加速后排出,产生推力。冲压发动机结构简单,非常适合高速飞行,但是冲压发动机的问题是不能从初速为0的状态启动,因为空气没办法压缩,所以必须要有别的方式先让飞机向前动起来才行。如SR71就是低速用涡喷,高速用冲压。

同样1928年,英国克伦威尔皇家空军学院的弗兰克·惠特尔提出了新的喷气发动机设计,在1932年获得了专利,就是后来的涡轮喷气发动机,其原理是发动机启动(可以使用电启动)后,前面的压气机将空气压缩,然后进入燃烧室点火燃烧,后面跟着的是涡轮,涡轮受燃烧室气体膨胀推动的作用高速旋转,为前面的压气机提供动力。如米格17、F4等飞机。

涡喷的高速性能不错,但是比较费油,不太经济,特别是在亚音速飞行的时候。于是后来在涡喷的基础上在前面加了一个涵道(外涵道),用大面积的风扇作为前级,变成涡轮风扇发动机,这样就能提供很好的低速飞行经济性。如常见的波音、空客、C919等客机。

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如果把涡喷的发动机输出轴通过减速器连到螺旋桨上,就成了涡轮螺旋桨发动机,低速巡航更加省油。如美国的C130等飞机。

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如果不设减速器,直接把螺旋桨接在涡喷输出轴上,就变成了桨扇发动机,桨扇发动机相当于一个外涵道无限大的涡扇发动机,速度和性能类似涡扇发动机,经济性接近涡桨发动机,但是对高速螺旋桨的加工要求特别高,目前实用的飞机非常少。

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