① 飛機的動力原理是什麼,什麼是噴氣式飛機
要了解飛機的飛行原理就必須先知道飛機的組成以及功用,飛機的升力是如何產生的等問題.這些問題將分成幾個部分簡要講解.
一、飛行的主要組成部分及功用
到目前為止,除了少數特殊形式的飛機外,大多數飛機都由機翼、機身、尾翼、起落裝置和動力裝置五個主要部分組成:
1. 機翼——機翼的主要功用是產生升力,以支持飛機在空中飛行,同時也起到一定的穩定和操作作用.在機翼上一般安裝有副翼和襟翼,操縱副翼可使飛機滾轉,放下襟翼可使升力增大.機翼上還可安裝發動機、起落架和油箱等.不同用途的飛機其機翼形狀、大小也各有不同.
2. 機身——機身的主要功用是裝載乘員、旅客、武器、貨物和各種設備,將飛機的其他部件如:機翼、尾翼及發動機等連接成一個整體.
3. 尾翼——尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼.水平尾翼由固定的水平安定面和可動的升降舵組成,有的高速飛機將水平安定面和升降舵合為一體成為全動平尾.垂直尾翼包括固定的垂直安定面和可動的方向舵.尾翼的作用是操縱飛機俯仰和偏轉,保證飛機能平穩飛行.
4.起落裝置——飛機的起落架大都由減震支柱和機輪組成,作用是起飛、著陸滑跑,地面滑行和停放時支撐飛機.
5.動力裝置——動力裝置主要用來產生拉力和推力,使飛機前進.其次還可為飛機上的其他用電設備提供電源等.現在飛機動力裝置應用較廣泛的有:航空活塞式發動機加螺旋槳推進器、渦輪噴氣發動機、渦輪螺旋槳發動機和渦輪風扇發動機.除了發動機本身,動力裝置還包括一系列保證發動機正常工作的系統
飛機是重於空氣的飛行器,當飛機飛行在空中,就會產生作用於飛機的空氣動力,飛機就是靠空氣動力升空飛行的.在了解飛機升力和阻力的產生之前,我們還要認識空氣流動的特性,即空氣流動的基本規律.流動的空氣就是氣流,一種流體,這里我們要引用兩個流體定理:連續性定理和伯努利定理:
流體的連續性定理:當流體連續不斷而穩定地流過一個粗細不等的管道時,由於管道中任何一部分的流體都不能中斷或擠壓起來,因此在同一時間內,流進任一切面的流體的質量和從另一切面流出的流體質量是相等的.
連續性定理闡述了流體在流動中流速和管道切面之間的關系.流體在流動中,不僅流速和管道切面相互聯系,而且流速和壓力之間也相互聯系.伯努利定理就是要闡述流體流動在流動中流速和壓力之間的關系.
伯努利定理基本內容:流體在一個管道中流動時,流速大的地方壓力小,流速小的地方壓力大.
飛機的升力絕大部分是由機翼產生,尾翼通常產生負升力,飛機其他部分產生的升力很小,一般不考慮.從上圖我們可以看到:空氣流到機翼前緣,分成上、下兩股氣流,分別沿機翼上、下表面流過,在機翼後緣重新匯合向後流去.機翼上表面比較凸出,流管較細,說明流速加快,壓力降低.而機翼下表面,氣流受阻擋作用,流管變粗,流速減慢,壓力增大.這里我們就引用到了上述兩個定理.於是機翼上、下表面出現了壓力差,垂直於相對氣流方向的壓力差的總和就是機翼的升力.這樣重於空氣的飛機藉助機翼上獲得的升力克服自身因地球引力形成的重力,從而翱翔在藍天上了.
噴氣式飛機(Jet Aircraft)是一種使用噴氣發動機作為推進力來源的飛機。噴氣式飛機所使用的噴氣發動機靠燃料燃燒時產生的氣體向後高速噴射的反沖作用使飛機向前飛行,它可使飛機獲得更大的推力,飛得更快。
分類
世界上第一架真正實用化的噴氣式飛機,普遍認為是1939年8月27日納粹德國首度試飛成功的亨克爾(Heinkel)He 178。
今日的噴氣式飛機多以75%至85%音速飛行,相當於0.75至0.85馬赫,它們所使用之推進系統,依照其運作原理的特性差異,通常還可以被大致分類為下面幾種:
渦輪噴氣發動機(Turbojet Engine)
渦輪扇發動機(Turbofan Engine)
渦輪螺旋槳發動機(Turboprop)
沖壓式噴氣發動機(Ramjet Engine,仍在發展階段尚未實際量產)
② 什麼是飛機動力裝置的功能
機是重於空氣的飛行器,當飛機飛行在空中,就會產生作用於飛機的空氣動力,專飛機就是靠屬空氣動力升空飛行的。空氣中的流體對飛機的起飛期很大作用。飛機本身設計的也是便於流體的升力。
當流體連續不斷而穩定地流過一個粗細不等的管道時,由於管道中任何一部分的流體都不能中斷或擠壓起來,因此在同一時間內,流進任一切面的流體的質量和從另一切面流出的流體質量是相等的。
③ 什麼航空器中沒有動力裝置
航空器是指在大氣層中飛行的飛行器。包括飛機、飛艇、氣球及其他任何借空氣之反作用力,得以飛航於大氣中之器物。
④ 飛機為什麼會飛它的動力來源是什麼
飛機是重於空氣的飛行器,當飛機飛行在空中就會產生作用於飛機的空氣動力,飛機就是靠空氣動力升空飛行的。動力是鍋輪發動機,一種是鍋扇發動機.
⑤ 飛行器動力工程(飛動)以後出來干什麼
你是天津的民航學院的?
那其實主要就是對應機場或航空公司的地勤機務的,就是飛機維護
⑥ 飛機發動機工作原理
飛行器發動機的主要功用是為飛行器提供推進動力或支持力,是飛行器的心臟。自從飛機問世以來的幾十年中,發動機得到了迅速的發展,從早期的低速飛機上使用的活塞式發動機,到可以推動飛機以超音速飛行的噴氣式發動機,還有運載火箭上可以在外太空工作的火箭發動機等,時至今日,飛行器發動機已經形成了一個種類繁多,用途各不相同的大家族。
飛行器發動機常見的分類原則有兩種:按空氣是否參加發動機工作和發動機產生推進動力的原理。按發動機是否須空氣參加工作,飛行器發動機可分為兩類,大約如下所示:
吸空氣發動機簡稱吸氣式發動機,它必須吸進空氣作為燃料的氧化劑(助燃劑),所以不能到稠密大氣層之外的空間工作,只能作為航空器的發動機。一般所說的航空發動機即指這類發動機。如根據吸氣式發動機工作原理的不同,吸氣式發動機又分為活塞式發動機、燃氣渦輪發動機、沖壓噴氣式發動機和脈動噴氣式發動機等。
火箭噴氣式發動機是一種不依賴空氣工作的發動機,航天器由於需要飛到大氣層外,所以必須安裝這種發動機。它也可用作航空器的助推動力。按形成噴氣流動能的能源不同,火箭發動機又分為化學火箭發動機、電火箭發動機和核火箭發動機等。
按產生推進動力的原理不同,飛行器的發動機又可分為直接反作用力發動機、間接反作用力發動機兩類。直接反作用力發動機是利用向後噴射高速氣流,產生向前的反作用力來推進飛行器。直接反作用力發動機又叫噴氣式發動機,這類發動機有渦輪噴氣發動機、沖壓噴氣式發動機,脈動噴氣式發動機,火箭噴氣式發動機等。
間接反作用力發動機是由發動機帶動飛機的螺旋槳、直升機的旋翼旋轉對空氣作功,使空氣加速向後(向下)流動時,空氣對螺旋槳(旋翼)產生反作用力來推進飛行器。這類發動機有活塞式發動機、渦輪螺旋槳發動機、渦輪軸發動機、渦輪螺旋槳風扇發動機等。而渦輪風扇發動機則既有直接反作用力,也有間接反作用力,但常將其劃歸直接反作用力發動機一類,所以也稱其為渦輪風扇噴氣發動機。
活塞式發動機
航空活塞式發動機是利用汽油與空氣混合,在密閉的容器(氣缸)內燃燒,膨脹作功的機械。活塞式發動機必須帶動螺旋槳,由螺旋槳產生推(拉)力。所以,作為飛機的動力裝置時,發動機與螺旋槳是不能分割的。
(一)活塞式發動機的主要組成
主要由氣缸、活塞、連桿、曲軸、氣門機構、螺旋槳減速器、機匣等組成。
氣缸是混合氣(汽油和空氣)進行燃燒的地方。氣缸內容納活塞作往復運動。氣缸頭上裝有點燃混合氣的電火花塞(俗稱電嘴),以及進、排氣門。發動機工作時氣缸溫度很高,所以氣缸外壁上有許多散熱片,用以擴大散熱面積。氣缸在發動機殼體(機匣)上的排列形式多為星形或V形。常見的星形發動機有5個、7個、9個、14個、18個或24個氣缸不等。在單缸容積相同的情況下,氣缸數目越多發動機功率越大。活塞承受燃氣壓力在氣缸內作往復運動,並通過連桿將這種運動轉變成曲軸的旋轉運動。連桿用來連接活塞和曲軸。 曲軸是發動機輸出功率的部件。曲軸轉動時,通過減速器帶動螺旋槳轉動而產生拉力。除此而外,曲軸還要帶動一些附件(如各種油泵、發電機等)。氣門機構用來控制進氣門、排氣門定時打開和關閉。
(二)活塞式發動機的工作原理
活塞頂部在曲軸旋轉中心最遠的位置叫上死點、最近的位置叫下死點、從上死點到下死點的距離叫活塞沖程。活塞式航空發動機大多是四沖程發動機,即一個氣缸完成一個工作循環,活塞在氣缸內要經過四個沖程,依次是進氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程。
發動機開始工作時,首先進入「進氣沖程」,氣缸頭上的進氣門打開,排氣門關閉,活塞從上死點向下滑動到下死點為止,氣缸內的容積逐漸增大,氣壓降低——低於外面的大氣壓。於是新鮮的汽油和空氣的混合氣體,通過打開的進氣門被吸入氣缸內。混合氣體中汽油和空氣的比例,一般是 1比 15即燃燒一公斤的汽油需要15公斤的空氣。
進氣沖程完畢後,開始了第二沖程,即「壓縮沖程」。這時曲軸靠慣性作用繼續旋轉,把活塞由下死點向上推動。這時進氣門也同排氣門一樣嚴密關閉。氣缸內容積逐漸減少,混合氣體受到活塞的強烈壓縮。當活塞運動到上死點時,混合氣體被壓縮在上死點和氣缸頭之間的小空間內。這個小空間叫作「燃燒室」。這時混合氣體的壓強加到十個大氣壓。溫度也增加到攝氏4OO度左右。壓縮是為了更好地利用汽油燃燒時產生的熱量,使限制在燃燒室這個小小空間里的混合氣體的壓強大大提高,以便增加它燃燒後的做功能力。
當活塞處於下死點時,氣缸內的容積最大,在上死點時容積最小(後者也是燃燒室的容積)。混合氣體被壓縮的程度,可以用這兩個容積的比值來衡量。這個比值叫「壓縮比」。活塞航空發動機的壓縮比大約是5到8,壓縮比越大,氣體被壓縮得越厲害,發動機產生的功率也就越大。
壓縮沖程之後是「工作沖程」,也是第三個沖程。在壓縮沖程快結束,活塞接近上死點時,氣缸頭上的火花塞通過高壓電產生了電火花,將混合氣體點燃,燃燒時間很短,大約0.015秒;但是速度很快,大約達到每秒30米。氣體猛烈膨脹,壓強急劇增高,可達6O到75個大氣壓,燃燒氣體的溫度到攝氏2000到250O度。燃燒時,局部溫度可能達到三、四千度,燃氣加到活塞上的沖擊力可達15噸。活塞在燃氣的強大壓力作用下,向下死點迅速運動,推動連桿葉門下跑,連桿便帶動曲軸轉起來了。
這個沖程是使發動機能夠工作而獲得動力的唯一沖程。其餘三個沖程都是為這個沖程作準備的。
第四個沖程是「排氣沖程」。工作沖程結束後,由於慣性,曲軸繼續旋轉,使活塞由下死點向上運動。這時進氣門仍舊關閉,而排氣門大開,燃燒後的廢氣便通過排氣門向外排出。 當活塞到達上死點時,絕大部分的廢氣已被排出。然後排氣門關閉,進氣門打開,活塞又由上死點下行,開始了新的一次循環。
從進氣沖程吸入新鮮混合氣體起,到排氣沖程排出廢氣止,汽油的熱能通過燃燒轉化為推動活塞運動的機械能,帶動螺旋槳旋轉而作功,這一總的過程叫做一個「循環」。這是一 種周而復始的運動。由於其中包含著熱能到機械能的轉化,所以又叫做「熱循環」。
活塞航空發動機要完成四沖程工作,除了上述氣缸、活塞、聯桿、曲軸等構件外,還需要一些其他必要的裝置和構件。
(三)活塞式航空發動機的輔助工作系統
發動機除主要部件外,還須有若干輔助系統與之配合才能工作。主要有進氣系統(為了改善高空性能,在進氣系統內常裝有增壓器,其功用是增大進氣壓力)、燃油系統、點火系統(主要包括高電壓磁電機、輸電線、火花塞)、起動系統(一般為電動起動機)、散熱系統和潤滑系統等。
沖壓噴氣發動機
沖壓噴氣發動機是一種利用迎面氣流進入發動機後減速,使空氣提高靜壓的一種空氣噴氣發動機。它通常由進氣道(又稱擴壓器)、燃燒室、推進噴管三部組成。沖壓發動機沒有壓氣機(也就不需要燃氣渦輪),所以又稱為不帶壓氣機的空氣噴氣發動機。
這種發動機壓縮空氣的方法,是靠飛行器高速飛行時的相對氣流進入發動機進氣道中減速,將動能轉變成壓力能(例如進氣速度為3倍音速時,理論上可使空氣壓力提高37倍)。沖壓發動機的工作時,高速氣流迎面向發動機吹來,在進氣道內擴張減速,氣壓和溫度升高後進入燃燒室與燃油(一般為煤油)混合燃燒,將溫度提高到2000一2200℃甚至更高,高溫燃氣隨後經推進噴管膨脹加速,由噴口高速排出而產生推力。沖壓發動機的推力與進氣速度有關,如進氣速度為3倍音速時,在地面產生的靜推力可以超過2OO千牛。
沖壓發動機的構造簡單、重量輕、推重比大、成本低。但因沒有壓氣機,不能在靜止的條件下起動,所以不宜作為普通飛機的動力裝置,而常與別的發動機配合使用,成為組合式動力裝置。如沖壓發動機與火箭發動機組合,沖壓發動機與渦噴發動機或渦扇發動機組合等。安裝組合式動力裝置的飛行器,在起飛時開動火箭發動機、渦噴或渦扇發動機,待飛行速度足夠使沖壓發動機正常工作的時,再使用沖壓發動機而關閉與之配合工作的發動機;在著陸階段,當飛行器的飛行速度降低至沖壓發動機不能正常工作時,又重新起動與之配合的發動機。如果沖壓發動機作為飛行器的動力裝置單獨使用時,則這種飛行器必須由其他飛行器攜帶至空中並具有一定速度時,才能將沖壓發動機起動後投放。沖壓發動機或組合式沖壓發動機一般用於導彈和超音速或亞音速靶機上。按應用范圍劃分,沖壓發動機分為亞音速、超音速、高超音速三類。
一、亞音速沖壓發動機
亞音速沖壓發動機使用擴散形進氣道和收斂形噴管,以航空煤油為燃料。飛行時增壓比不超過 1.89,飛行馬赫數小於 O.5時一般不能正常工作。亞音速沖壓發動機用在亞音速航空器上,如亞音速靶機。
二、超音速沖壓發動機
超音速沖壓發動機採用超音速進氣道(燃燒室入口為亞音速氣流)和收斂形或收斂擴散形噴管,用航空煤油或烴類燃料。超音速沖壓發動機的推進速度為亞音速~6倍音速,用於超音速靶機和地對空導彈(一般與固體火箭發動機相配合)。
三、高超音速沖壓發動機
這種發動機燃燒在超音速下進行,使用碳氫燃料或液氫燃料,飛行馬赫數高達5~16,目前高超音速沖壓發動機正處於研製之中。 由於超音速沖壓發動機的燃燒室入口為亞音速氣流,也有將前兩類發動機統稱為亞音速沖壓發動機,而將第三種發動機稱為超音速沖壓發動機。
脈動噴氣發動機
脈動噴氣發動機是噴氣發動機的一種,可用於靶機,導彈或航空模型上。德國納粹在第二次世界大戰的後期,曾用它來推動V-1導彈,轟炸過倫敦。這種發動機的結構如圖所示,它的前部裝有單向活門,之後是含有燃油噴嘴和火花塞的燃燒室,最後是特殊設計的長長的尾噴管。
脈動噴氣發動機工作時,首先把壓縮空氣打入單向活門,或使發動機在空中運動,這時便有氣流進入燃燒室,然後油咀噴油,火花塞點火燃燒。這時長尾噴管在燃氣噴出後,由於燃氣流的慣性作用,雖然燃燒室內的壓強同外面大氣的壓強相等,仍會繼續向外噴,所以在燃燒室內造成空氣稀薄的現象,使壓強顯著降低到小於大氣壓,於是空氣再次打開單向活門流入燃燒室,噴油點火燃燒,開始第二個循環。這樣周而復始,發動機便可不斷地工作了。這種發動機由進氣到燃燒、排氣的循環過程進行得很快,一秒鍾大約可達40~50次。
脈動式發動機在原地可以起動,構造簡單,重量輕,造價便宜。這些都是它的優點。但它只適於低速飛行(速度極限約為每小時64O~8O0公里),飛行高度也有限,單向活門的工作壽命短,加上振動劇烈,燃油消耗率大等缺點,使得它的應用受到限制。
火箭發動機
火箭發動機是我國勞動人民首先創造出來的。早在唐代初年(約在七世紀)火葯就出現了,南宋時代火葯用來製造煙火,其中包括「起花」。大約在十三世紀製成火箭。我國古代製造的火箭和起花所用的是黑色火葯。它們的工作原理和現代的固體燃料火箭是一樣的。
同空氣噴氣發動機相比較,火箭發動機的最大特點是:它自身既帶燃料,又帶氧化劑,靠氧化劑來助燃,不需要從周圍的大氣層中汲取氧氣。所以它不但能在大氣層內,也可在大氣層之外的宇宙真空中工作。這是任何空氣噴氣發動機都做不到的。目前發射的人造衛星、 月球飛船以及各種宇宙飛行器所用的推進裝置,都是火箭發動機。
現代火箭發動機主要分固體推進劑和液體推進劑發動機。所謂「推進劑」就是燃料(燃燒劑)加氧化劑的合稱。
一、固體火箭發動機
固體火箭發動機為使用固體推進劑的化學火箭發動機。固體推進劑有聚氨酯、聚丁二烯、端羥基聚丁二烯、硝酸酯增塑聚醚等。
固體火箭發動機由葯柱、燃燒室、噴管組件和點火裝置等組成。葯柱是由推進劑與少量添加劑製成的中空圓柱體(中空部分為燃燒面,其橫截面形狀有圓形、星形等)。葯柱置於燃燒室(一般即為發動機殼體)中。在推進劑燃燒時,燃燒室須承受25O0~35O0度的高溫和102~2×107帕的高壓力,所以須用高強度合金鋼、鈦合金或復合材料製造,並在葯柱與燃燒內壁間裝備隔熱襯。
點火裝置用於點燃葯柱,通常由電發火管和火葯盒(裝黑火葯或煙火劑)組成。通電後由電熱絲點燃黑火葯,再由黑火葯點火燃葯拄。
噴管除使燃氣膨脹加速產生推力外,為了控制推力方向,常與推力向量控制系統組成噴管組件。該系統能改變燃氣噴射角度,從而實現推力方向的改變。
葯柱燃燒完畢,發動機便停止工作。
固體火箭發動機與液體火箭發動機相比較,具有結構簡單,推進劑密度大,推進劑可以儲存在燃燒到中常備待用和操縱方便可靠等優點。缺點是「比沖」小(也叫比推力,是發動機推力與每秒消耗推進劑重量的比值,單位為秒)。固體火箭發動機比沖在25O~300秒,工作時間短,加速度大導致推力不易控制,重復起動困難,從而不利於載人飛行。
固體火箭發動機主要用作火箭彈、導彈和探空火箭的發動機,以及航天器發射和飛機起飛的助推發動機。
二、液體火箭發動機
液體火箭發動機是指液體推進劑的化學火箭發動機。常用的液體氧化劑有液態氧、四氧化二氮等,燃燒劑由液氫、偏二甲肼、煤油等。氧化劑和燃燒劑必須儲存在不同的儲箱中。
液體火箭發動機一般由推力室、推進劑供應系統、發動機控制系統組成。
推力室是將液體推進劑的化學能轉變成推進力的重要組件。它由推進劑噴嘴、燃燒室、噴管組件等組成,見圖。推進劑通過噴注器注入燃燒室,經霧化,蒸發,混合和燃燒等過成生成燃燒產物,以高速(25O0一5000米/秒)從噴管中沖出而產生推力。燃燒室內壓力可達2O0大氣壓(約20OMPa)、溫度300O~400O℃,故需要冷卻。
推進劑供應系統的功用是按要求的流量和壓力向燃燒室輸送推進劑。按輸送方式不同,有擠壓式(氣壓式)和泵壓式兩類供應系統。擠壓式供應系統是利用高壓氣體經減壓器減壓後(氧化劑、燃燒劑的流量是靠減壓器調定的壓力控制)進入氧化劑、燃燒劑貯箱,將其分別擠壓到燃燒室中。擠壓式供應系統只用於小推力發動機。大推力發動機則用泵壓式供應系統,這種系統是用液壓泵輸送推進劑。
發動機控制系統的功用是對發動機的工作程序和工作參數進行調節和控制。工作程序包括發動機起動、工作。關機三個階段,這一過程是按預定程序自動進行的。工作參數主要指推力大小、推進劑的混合比。
液體火箭發動機的優點是比沖高(25O~5OO秒),推力范圍大(單台推力在1克力~700噸力)、能反復起動、能控制推力大小、工作時間較長等。液體火箭發動機主要用作航天器發射、姿態修正與控制、軌道轉移等。
渦輪噴氣發動機
在第二次世界大戰以前,所有的飛機都採用活塞式發動機作為飛機的動力,這種發動機本身並不能產生向前的動力,而是需要驅動一副螺旋槳,使螺旋槳在空氣中旋轉,以此推動飛機前進。這種活塞式發動機+螺旋槳的組合一直是飛機固定的推進模式,很少有人提出過質疑。
到了三十年代末,尤其是在二戰中,由於戰爭的需要,飛機的性能得到了迅猛的發展,飛行速度達到700-800公里每小時,高度達到了10000米以上,但人們突然發現,螺旋槳飛機似乎達到了極限,盡管工程師們將發動機的功率越提越高,從1000千瓦,到2000千瓦甚至3000千瓦,但飛機的速度仍沒有明顯的提高,發動機明顯感到「有勁使不上」。
問題就出在螺旋槳上,當飛機的速度達到800公里每小時,由於螺旋槳始終在高速旋轉,槳尖部分實際上已接近了音速,這種跨音速流場的直接後果就是螺旋槳的效率急劇下降,推力下降,同時,由於螺旋槳的迎風面積較大,帶來的阻力也較大,而且,隨著飛行高度的上升,大氣變稀薄,活塞式發動機的功率也會急劇下降。這幾個因素合在一起,決定了活塞式發動機+螺旋槳的推進模式已經走到了盡頭,要想進一步提高飛行性能,必須採用全新的推進模式,噴氣發動機應運而生。
噴氣推進的原理大家並不陌生,根據牛頓第三定律,作用在物體上的力都有大小相等方向相反的反作用力。噴氣發動機在工作時,從前端吸入大量的空氣,燃燒後高速噴出,在此過程中,發動機向氣體施加力,使之向後加速,氣體也給發動機一個反作用力,推動飛機前進。事實上,這一原理很早就被應用於實踐中,我們玩過的爆竹,就是依靠尾部噴出火葯氣體的反作用力飛上天空的。
早在1913年,法國工程師雷恩.洛蘭就獲得了一項噴氣發動機的專利,但這是一種沖壓式噴氣發動機,在當時的低速下根本無法工作,而且也缺乏所需的高溫耐熱材料。1930年,弗蘭克.惠特爾取得了他使用燃氣渦輪發動機的第一個專利,但直到11年後,他的發動機在完成其首次飛行,惠特爾的這種發動機形成了現代渦輪噴氣發動機的基礎。
現代渦輪噴氣發動機的結構
現代渦輪噴氣發動機的結構由進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪和尾噴管組成,戰斗機的渦輪和尾噴管間還有加力燃燒室。渦輪噴氣發動機仍屬於熱機的一種,就必須遵循熱機的做功原則:在高壓下輸入能量,低壓下釋放能量。因此,從產生輸出能量的原理上講,噴氣式發動機和活塞式發動機是相同的,都需要有進氣、加壓、燃燒和排氣這四個階段,不同的是,在活塞式發動機中這4個階段是分時依次進行的,但在噴氣發動機中則是連續進行的,氣體依次流經噴氣發動機的各個部分,就對應著活塞式發動機的四個工作位置。
空氣首先進入的是發動機的進氣道,當飛機飛行時,可以看作氣流以飛行速度流向發動機,由於飛機飛行的速度是變化的,而壓氣機適應的來流速度是有一定的范圍的,因而進氣道的功能就是通過可調管道,將來流調整為合適的速度。在超音速飛行時,在進氣道前和進氣道內氣流速度減至亞音速,此時氣流的滯止可使壓力升高十幾倍甚至幾十倍,大大超過壓氣機中的壓力提高倍數,因而產生了單靠速度沖壓,不需壓氣機的沖壓噴氣發動機。
進氣道後的壓氣機是專門用來提高氣流的壓力的,空氣流過壓氣機時,壓氣機工作葉片對氣流做功,使氣流的壓力,溫度升高。在亞音速時,壓氣機是氣流增壓的主要部件。
從燃燒室流出的高溫高壓燃氣,流過同壓氣機裝在同一條軸上的渦輪。燃氣的部分內能在渦輪中膨脹轉化為機械能,帶動壓氣機旋轉,在渦輪噴氣發動機中,氣流在渦輪中膨脹所做的功正好等於壓氣機壓縮空氣所消耗的功以及傳動附件克服摩擦所需的功。經過燃燒後,渦輪前的燃氣能量大大增加,因而在渦輪中的膨脹比遠小於壓氣機中的壓縮比,渦輪出口處的壓力和溫度都比壓氣機進口高很多,發動機的推力就是這一部分燃氣的能量而來的。
從渦輪中流出的高溫高壓燃氣,在尾噴管中繼續膨脹,以高速沿發動機軸向從噴口向後排出。這一速度比氣流進入發動機的速度大得多,使發動機獲得了反作用的推力。
⑦ 飛行器的動力裝置有哪些形式
動力裝置主要用來產生拉力或推力,使飛機前進。其次還可以為飛機上的用電設專備提供電力,屬為空調設備等用氣設備提供氣源。
現代飛機的動力裝置主要包括渦輪發動機和活塞發動機兩種,應用較廣泛的動力裝置有四種:航空活塞式發動機加螺旋槳推進器;渦輪噴射發動機;渦輪螺旋槳發動機;渦輪風扇發動機。隨著航空技術的發展,火箭發動機、沖壓發動機、原子能航空發動機等,也有可能會逐漸被採用。動力裝置除發動機外,還包括一系列保證發動機正常工作的系統,如燃油供應系統等。
飛機除了上述五個主要部分之外,還裝有各種儀表、通訊設備、領航設備、安全設備和其它設備等。
⑧ 飛行器的飛行原理是什麼
飛行原理簡介(一)
要了解飛機的飛行原理就必須先知道飛機的組成以及功用,飛機的升力是如何產生的等問題。這些問題將分成幾個部分簡要講解。
一、飛行的主要組成部分及功用
到目前為止,除了少數特殊形式的飛機外,大多數飛機都由機翼、機身、尾翼、起落裝置和動力裝置五個主要部分組成:
1. 機翼——機翼的主要功用是產生升力,以支持飛機在空中飛行,同時也起到一定的穩定和操作作用。在機翼上一般安裝有副翼和襟翼,操縱副翼可使飛機滾轉,放下襟翼可使升力增大。機翼上還可安裝發動機、起落架和油箱等。不同用途的飛機其機翼形狀、大小也各有不同。
2. 機身——機身的主要功用是裝載乘員、旅客、武器、貨物和各種設備,將飛機的其他部件如:機翼、尾翼及發動機等連接成一個整體。
3. 尾翼——尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼。水平尾翼由固定的水平安定面和可動的升降舵組成,有的高速飛機將水平安定面和升降舵合為一體成為全動平尾。垂直尾翼包括固定的垂直安定面和可動的方向舵。尾翼的作用是操縱飛機俯仰和偏轉,保證飛機能平穩飛行。
4.起落裝置——飛機的起落架大都由減震支柱和機輪組成,作用是起飛、著陸滑跑,地面滑行和停放時支撐飛機。
5.動力裝置——動力裝置主要用來產生拉力和推力,使飛機前進。其次還可為飛機上的其他用電設備提供電源等。現在飛機動力裝置應用較廣泛的有:航空活塞式發動機加螺旋槳推進器、渦輪噴氣發動機、渦輪螺旋槳發動機和渦輪風扇發動機。除了發動機本身,動力裝置還包括一系列保證發動機正常工作的系統。
飛機上除了這五個主要部分外,根據飛機操作和執行任務的需要,還裝有各種儀表、通訊設備、領航設備、安全設備等其他設備。
二、飛機的升力和阻力
飛機是重於空氣的飛行器,當飛機飛行在空中,就會產生作用於飛機的空氣動力,飛機就是靠空氣動力升空飛行的。在了解飛機升力和阻力的產生之前,我們還要認識空氣流動的特性,即空氣流動的基本規律。流動的空氣就是氣流,一種流體,這里我們要引用兩個流體定理:連續性定理和伯努利定理:
流體的連續性定理:當流體連續不斷而穩定地流過一個粗細不等的管道時,由於管道中任何一部分的流體都不能中斷或擠壓起來,因此在同一時間內,流進任一切面的流體的質量和從另一切面流出的流體質量是相等的。
連續性定理闡述了流體在流動中流速和管道切面之間的關系。流體在流動中,不僅流速和管道切面相互聯系,而且流速和壓力之間也相互聯系。伯努利定理就是要闡述流體流動在流動中流速和壓力之間的關系。
伯努利定理基本內容:流體在一個管道中流動時,流速大的地方壓力小,流速小的地方壓力大。
飛機的升力絕大部分是由機翼產生,尾翼通常產生負升力,飛機其他部分產生的升力很小,一般不考慮。從上圖我們可以看到:空氣流到機翼前緣,分成上、下兩股氣流,分別沿機翼上、下表面流過,在機翼後緣重新匯合向後流去。機翼上表面比較凸出,流管較細,說明流速加快,壓力降低。而機翼下表面,氣流受阻擋作用,流管變粗,流速減慢,壓力增大。這里我們就引用到了上述兩個定理。於是機翼上、下表面出現了壓力差,垂直於相對氣流方向的壓力差的總和就是機翼的升力。這樣重於空氣的飛機藉助機翼上獲得的升力克服自身因地球引力形成的重力,從而翱翔在藍天上了。
機翼升力的產生主要靠上表面吸力的作用,而不是靠下表面正壓力的作用,一般機翼上表面形成的吸力占總升力的60-80%左右,下表面的正壓形成的升力只佔總升力的20-40%左右。
飛機飛行在空氣中會有各種阻力,阻力是與飛機運動方向相反的空氣動力,它阻礙飛機的前進,這里我們也需要對它有所了解。按阻力產生的原因可分為摩擦阻力、壓差阻力、誘導阻力和干擾阻力。
1.摩擦阻力——空氣的物理特性之一就是粘性。當空氣流過飛機表面時,由於粘性,空氣同飛機表面發生摩擦,產生一個阻止飛機前進的力,這個力就是摩擦阻力。摩擦阻力的大小,決定於空氣的粘性,飛機的表面狀況,以及同空氣相接觸的飛機表面積。空氣粘性越大、飛機表面越粗糙、飛機表面積越大,摩擦阻力就越大。
2.壓差阻力——人在逆風中行走,會感到阻力的作用,這就是一種壓差阻力。這種由前後壓力差形成的阻力叫壓差阻力。飛機的機身、尾翼等部件都會產生壓差阻力。
3.誘導阻力——升力產生的同時還對飛機附加了一種阻力。這種因產生升力而誘導出來的阻力稱為誘導阻力,是飛機為產生升力而付出的一種「代價」。其產生的過程較復雜這里就不在詳訴。
4.干擾阻力——它是飛機各部分之間因氣流相互干擾而產生的一種額外阻力。這種阻力容易產生在機身和機翼、機身和尾翼、機翼和發動機短艙、機翼和副油箱之間。
以上四種阻力是對低速飛機而言,至於高速飛機,除了也有這些阻力外,還會產生波阻等其他阻力。
三、影響升力和阻力的因素
升力和阻力是飛機在空氣之間的相對運動中(相對氣流)中產生的。影響升力和阻力的基本因素有:機翼在氣流中的相對位置(迎角)、氣流的速度和空氣密度以及飛機本身的特點(飛機表面質量、機翼形狀、機翼面積、是否使用襟翼和前緣翼縫是否張開等)。
1.迎角對升力和阻力的影響——相對氣流方向與翼弦所夾的角度叫迎角。在飛行速度等其它條件相同的情況下,得到最大升力的迎角,叫做臨界迎角。在小於臨界迎角范圍內增大迎角,升力增大:超過臨界臨界迎角後,再增大迎角,升力反而減小。迎角增大,阻力也越大,迎角越大,阻力增加越多:超過臨界迎角,阻力急劇增大。
2.飛行速度和空氣密度對升力阻力的影響——飛行速度越大升力、阻力越大。升力、阻力與飛行速度的平方成正比例,即速度增大到原來的兩倍,升力和阻力增大到原來的四倍:速度增大到原來的三倍,勝利和阻力也會增大到原來的九倍。空氣密度大,空氣動力大,升力和阻力自然也大。空氣密度增大為原來的兩倍,升力和阻力也增大為原來的兩倍,即升力和阻力與空氣密度成正比例。
3,機翼面積,形狀和表面質量對升力、阻力的影響——機翼面積大,升力大,阻力也大。升力和阻力都與機翼面積的大小成正比例。機翼形狀對升力、阻力有很大影響,從機翼切面形狀的相對厚度、最大厚度位置、機翼平面形狀、襟翼和前緣翼縫的位置到機翼結冰都對升力、阻力影響較大。還有飛機表面光滑與否對摩擦阻力也會有影響,飛機表面相對光滑,阻力相對也會較小,反之則大.
參考資料:http://www.jgsng.com/readnews.asp?newsid=633
⑨ 中國第一架無人機動力裝置是什麼
2012年7月30日12時,我國第一架全碳纖維復合材料結構、氫燃料電池動力無人試驗機「雷鳥」(LN60F)在沈陽某機場成功首飛。
「雷鳥」(LN60F)氫燃料電池動力無人試驗機是由中航工業集團資助,以中國工程院院士楊鳳田領銜的遼寧通用航空研究院自主研製。遼寧通用航空研究院由沈陽航空航天大學、中科院大連化學物理研究所、中航工業沈陽飛機設計研究所、中航工業空氣動力研究院等單位聯合成立。該驗證機的高效率氣動外形、全碳纖維復合材料結構機體、氫燃料電池動力系統、高效電動推進系統、飛行控制系統、地面指揮系統等完全自主研發,自行製造,擁有自主知識產權。
該無人驗證機採用層流翼型、上單翼、T型尾翼氣動布局;全碳纖維復合材料結構機體;氫燃料電池動力系統。翼展10.5米,機高2.2米,機長4.7米,起飛重量257公斤,巡航速度120Km/h,續航時間4小時。飛行採用自主起飛,自主巡航,自主降落的全程自主控制模式。起飛爬升階段燃料電池與鋰電池共同驅動,巡航、降落階段由燃料電池單獨驅動。可廣泛應用於航拍、航測、環境監測、安保巡查等重要領域。
該無人機的成功試飛,在我國新能源飛行器研製領域具有開拓性的歷史意義。在國家大力倡導發展通用航空和應用清潔環保能源的政策指引下,該型驗證機的研製成功具有較高的社會效益和廣闊的應用前景。