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飞机引擎

航空发动机与航天发动机有什么区别哪个难度更高?飞机发动机的原理是怎样的

admin admin 发表于2022-07-27 20:53:42 浏览113 评论0

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翅膀大的飞机在所有引擎都发生故障时可以缓慢下降高度,翼展和翼展面积过小的后果就是当引擎发生故障时没有滑翔飞行、缓慢下降的机会,像这样有着巨大翅膀的飞机在引擎全部故障时就可以滑翔飞行,这就是我们说飞机在引擎全部故障的翅膀大的可以缓慢下降,翅膀小的飞机就会快速滑落了(上图为发动机吸鸟故障后无动力滑翔迫降的歼-15舰载战斗机),纸飞机能在无动力的情况下缓慢下降飞行高度的原因是:纸质机翼通过划动空气时获得一定的升力,航空发动机与航天发动机有什么区别哪个难度更高客机用的航空发动机一般都是涡扇式喷气机发动机,这样的飞机在所有引擎都发生故障的情况下。

航空发动机与航天发动机有什么区别哪个难度更高

客机用的航空发动机一般都是涡扇式喷气机发动机,而航天发动机通常使用一次性的火箭。相比而言,航空发动机难度更大一点,例如航空发动机既要追求高性能,又要兼顾长寿命,需要满足“体积小、重量轻、寿命长、可重复使用”等要求。例如航空发动机需要在高温环境下连续工作1万小时以上,而火箭则可以在关键的高温处加装一次性隔热材料即可。我国CCAR 33部《航空发动机适航规定》提到:危害性发动机后果的预期发生概率不超过定义的极小可能概率(概率范围是10-7~10-9次/发动机飞行小时)。

1950年代时,钱学森回国,再一次高级别会议上讨论了一个重大战略问题,中国到底是先搞火箭还是优先发展飞机?钱老的意见是优先发展火箭而不是飞机。因为一代飞机的研发周期通常是10~15年,还需要大量电子元器件的配套,而且飞机需要反复使用,各部件的可靠性必须有保障,其中最关键的就是航空发动机。而火箭则不同了,一次性就能满足需求,根据系统工程原理,将普通的部件组合起来也能达到好的效果。

航空发动机的难度主要体现在性能要求高、材料制备难和加工技术复杂等方面。推重比决定了航空发动机性能,因此想要提高推重比,就要提高涡轮前燃气温度和吸入空气流速,第五代发动机涡轮前温高达1400~1600℃和30~50倍大气压压强下工作。因此对新材料也提出了更高要求。20 世纪 80 年代中期与后期投入使用的发动机,到 90 年代后期的空中停车率已降低到 0.01~0.05 (有些发动机达到 0.001 ),即空中停车次数已由每 3 千 EFH 出现一次降低到每 2 万 EFH 到 10 万 EFH 才出现一次。

数十年前面临的问题,现在看来这个问题仍然存在,我国的火箭水平的确是世界一流的,但是航空发动机还不行。我们已经深刻认识到航发的重要性,并在2016年5月成立中国航空发动机集团公司,专门攻克这个制约我国航空水平的核心问题。-飞机引擎

飞机发动机的原理是怎样的

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航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械,为航空器提供飞行所需动力的发动机。作为飞机的心脏,被誉为“工业皇冠上的明珠”,是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。航空发动机发展主要经历以下步骤:

航空发动机主要包括活塞式、涡轮喷气和冲压发动机,下面主要介绍一下应用广泛的涡轮喷气发动机原理。

涡轮喷气发动机主要包括5大部件:进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管。

附件系统包括燃油、润滑、启动、空气、电气、加力燃烧室,推力转向装置以及矢量喷管等系统:

工作原理

涡喷发动机工作时连续不断地吸入空气,空气在发动机中经过压缩、燃烧和膨胀过程产生高温高压燃气从尾喷管喷出,气体动量增加,使发动机产生反作用推理。

工作过程

进气道将工质引入→压气机增压→燃烧室喷油燃烧加热→涡轮膨胀做功带动压气机→尾喷管膨胀加速→高速排气到体外。

各部件主要工作原理如下:

进气道

将足够的空气量,以最小的流动损失顺利地引入压气机;当飞行速度大于压气机进口处的气流速度时,可以通过冲压压缩空气,提高空气的压力。

压气机

压气机是用来提高进入发动机内的空气压力,供给发动机工作时需要的压缩空气,也可以为座舱增加、涡轮散热和其他发动机的启动提供压缩空气。主要由转子和静子组成。

燃烧室

高压空气和燃油混合、燃烧,将化学能转变为热能,形成高温高压的燃气。燃烧室都是由扩压器、壳体、火焰筒、燃油喷嘴和点火器等基本构件组成。

涡轮

把高温、高压燃气的部分热能、压力能转变成旋转的机械功,从而带动压气机与其他附件工作的旋转部件。

尾喷管

使气流不断加速的管道成为喷管,作用是使涡轮后的燃气持续膨胀,将燃气中剩余的热能充分转变为动能,使燃气以高速从喷口中喷出。

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如果飞机所有引擎都发生故障,飞机会快速滑落,还是缓慢下降

大部分飞机可以缓慢下降,少部分飞机会快速滑落;翅膀大的飞机在所有引擎都发生故障时可以缓慢下降高度,翅膀小的飞机就会快速滑落了(上图为发动机吸鸟故障后无动力滑翔迫降的歼-15舰载战斗机)。

欢迎关注兵器知识谱,在解答这个问题之前我们可以做这样一个实验:用纸折叠一架纸飞机抛向空中。

在这个实验中我们可以观察到纸飞机会在空中飞行一段时间,最后缓缓落地。

纸飞机能在无动力的情况下缓慢下降飞行高度的原因是:纸质机翼通过划动空气时获得一定的升力,减缓了下降速度,这就是空气动力学。

现实中的飞机在引擎的推动下向前高速运动,当速度足够快时,机翼滑动空气的速度也就越快,机翼获得的升力就越大,就能托起飞机升空飞行了。

也可以理解为飞机的机翼面积越大,越能快速获得升空所需的升力,这也是许多大飞机的机翼长度往往超过飞机总长的原因。

下图为高空飞行中的B-52Z战略轰炸机,它的翼展长度超过了机身长度,翼展面积更是远远大于机身平面,像这样有着巨大翅膀的飞机在引擎全部故障时就可以滑翔飞行,缓慢下降了。

因为机翼不宜造得太宽,如果太宽就会造成飞行阻力过大,只能以增加长度的方式来增加机翼面积,俗称“翼展面积”。

以美制B-52轰炸机为例:该型轰炸机的机身总长为48.5米,机翼长度却达到了56.4米(翼展长度),比机身总长多出7.9米,翼展面积为370平方米。

这样的飞机在所有引擎都发生故障的情况下,机翼也能产生一定的升力,依靠这股升力,飞机就能以滑翔的形式缓慢下降高度。

如果机翼过于短小,在引擎正常工作时能起到降低飞行阻力的作用,但是一旦所有的引擎都发生故障时就糟糕了——由于翼展面积过小,滑翔时机翼获得的升力非常小,飞机就会快速滑落,连迫降的机会都没有。

比如说美制F-104战斗机,它的机身总长为16.6米,机翼长度(翼展长度)仅为6.6米,是世界上翅膀最短小的喷气式战斗机。

短小的机翼使得该型战斗机的飞行机动性极佳,但是也因此付出了代价——机翼升力过小。

下图为美制F-104战斗机,它的机翼十分短小,翼展和翼展面积过小的后果就是当引擎发生故障时没有滑翔飞行、缓慢下降的机会,飞机会以近乎于自由落体式的栽向地面。

老美的格言是:只要动力足,板砖也能飞上天!该型战斗机采用通用动力公司的J-79发动机,在巨大的推力下,短小的机翼也能为飞机提供足够的升力。

可是一旦引擎发生故障,在没有强大推力驱动下的F-104就麻烦了,由于短小的机翼升力极速下降,在动能耗尽以后就会像题主所说的那样快速滑落。

当飞行高度较低时,飞行员甚至连跳伞的机会都没有,因此该型战斗机得到了一个非常难听的绰号——黑寡妇制造者,从这个绰号中不难看出美军飞行员对它的厌恶程度。

至此以后,世界各国在设计飞机时都深刻吸取了F-104战斗机的经验,滑翔飞行性能成为所有飞机设计师重点考虑的设计因素之一。

比如说咱们国家的歼-10战斗机,做为一款新型国产第三代战斗机,它的滑翔飞行性能十分完美,在数次发动机空中停车事故中都能依靠无动力滑翔成功迫降。

这就是我们说飞机在引擎全部故障的翅膀大的可以缓慢下降,翅膀小的就会快速滑落的依据,不论飞机的性能如何眼花缭乱,翅膀大小设计得不够合理是不行的。

下图为高速爬升中的歼-10战斗机,虽然它的翼展只有9米多,但是翼展面积却达到了33.1平方米,是典型的大翅膀,再加上鸭翼的翼展面积,整体升力系数是很高的,所以即便引擎发生故障也能缓慢下降飞行。