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飞机动力装置

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标帜着飞机发展的主要指标是速度和高度。在1945年以前的飞机,就是速度最快的歼击机,飞行速度也很少有超过700公里/小时的,飞行高度也没有能超过一万公尺的。但是今天的旅客机,像苏联的ТУ-104客机飞行速度每小时就有一千公里,而且飞行在一万公尺高空的时候,旅客就像在家中的客厅内一样舒适。目前高速的飞机不但超过了音速,而且远远超过音速几倍。

飞机的速度为甚么有这样大的进展呢?我们都知道1945年以前的飞机上都装的是带有螺旋桨的活塞式发动机,而今天的快速飞机上大都装的是涡轮喷气式发动机。

发动机在飞机上的地位很重要,由于发动机性能直接影响着飞机的飞行性能,所以有人说发动机是飞机的“心脏”。

但是发动机怎样和飞机联接呢?发动机工作需要的燃料由那儿供给呢?发动机燃烧时需要的空气由那儿来呢?燃烧过的废气由那儿排走呢?发动机怎样润滑和冷却呢?发动机怎样操纵改变功率和推力的大小呢?这些都是由飞机的动力装置来完成的。

飞机动力装置的质量,不仅决定了飞机发动机在各种飞行状况下的性能,而且对它的工作可靠性也有着很大的影响。如果说发动机是飞机的“心脏”。那么动力装置就是“心脏”的血管和神经系统,它们保证着“心脏”正常和有秩序的工作。由此可以看出研究这门科学的重要性,以及它本身发展的高度技术要求。

作为单独一门科学,飞机动力装置仅包括下列范围:发动机架,散热系统,燃料及滑油系统,进气排气系统,动力操纵系统;而发动机和螺旋桨组本身不包括于内。它的总功用是保证发动机有效而可靠地工作。下面让我们分别介绍一下动力装置各部分的功用。

发动机固定装置

为了把发动机固定到飞机上,往往采用发动机架,有时也采用其它型式的联接接头。发动机架必须坚固,能够承受发动机传来的载荷,如螺旋桨拉力(或喷气发动机的推力)、扭矩,由于作特技飞行时产生的惯性力。发动机架的种类很多,按发动机型式分有两种:活塞式发动机架,喷气式发动机架。

活塞式星型发动机架(见图1)大都由一个圆形架圈和八根撑杆组成。架圈上带有橡皮减震器的接头,与发动机的机匣相联接。撑杆有四个联接点与飞机相互固定。发动机架材料都用高强度的合金钢管(铬锰矽钢)焊接而成。这种活塞式发动机架上都采用橡皮减震器,主要为了防止发动机工作时产生的震动传到飞机上去。

图1活塞式星型发动机架

1—带减震器的上接头;2—带减震器的下接头;3—连接发动机到发动机架的衬套;4一间隔圆盘;5—贴有硫化橡皮垫圈的垫圈;6一间隔衬套;7—衬套;8—旋紧螺帽;9—叉形螺栓;10—连接发动机的螺栓;11—间隔衬套;12—橡皮衬套。

喷气式发动机架:喷气式发动机固定方法与活塞式不同,这是由于喷气式发动机构造特点造成的。喷气式发动机长度较长,受热而膨胀的变形较大。发动机固定方式,应严格的避免发动机架因发动机受热变形而使飞机结构承受载荷。由于喷气式发动机平衡较好,振动较小,因此发动机架上可不采用减震器。

发动机的散热系统

活塞式发动机中燃料燃烧后的热量,只有很小的一部分变为有用能量(约25%),其余大部分随排出的废气而损失(约40%,叫排气损失),一部分因零件磨擦而消耗(约5%,机械损耗),一部分由气缸散失(约30%,气缸散热)。如果气缸散失和机械摩擦热量不能由特别设备散走,那么发动机将会达到高温而毁坏。所以任何飞机上都有散热系统,以保持发动机上各机件材料都在一定的容许温度范围内工作

现代常用的活塞式发动机大都是气冷式的星型发动机,这种发动机采用空气散热。为了减少飞机的阻力,控制发动机散热所需的空气流量,采用了发动机罩(见图2),折流片和鱼鳞板等。发动机罩可以使流过发动机附近的气流改善,因而可以使发动机阻力减小。鱼鳞板的作用是用来调节冷却发动机的空气流量,当飞机爬升需要大量空气冷却发动机时,可以打开出气口处鱼鳞板,使空气流量增大。双排式多排星型发动机,由于前排气缸遮蔽使后排气缸不容易得到较好的冷却效果。因此在发动机上气缸周围装有折流片,以便使空气可以由前排有次序的导向后排,使前后排气缸都能充分冷却。

图2气冷式发动机的发动机罩和鱼鳞板工作情况(a)及折流片的工作情况(6)

涡轮喷气式发动机的散热方式都是用空气冷却的。散热的空气由机身或发动短舱上特设的进气口进入散热通道,经发动机周围然后排出。发动机排气管的温度很高,如果散热的空气中带有燃料蒸汽,便很容易引起火灾,所以有的散热通道用隔板分开。

滑油系统

为了使发动机机件在运动时减少摩擦,就需要使用润滑油料。送到发动机机件上的滑油,不仅减少摩擦阻力,而且还对这些机件起散热作用。为了保证发动机各机件润滑,发动机内部有着特殊的滑油通路。这种在发动机内部的滑油系统叫作“内部滑油系统”(这种系统在发动机构造中专门讨论)。为了保证发动机工作时有一定的滑油储备量,清除滑油中机械混杂物,气泡,散走滑油中的热量,在飞机上装有“飞机滑油系统”或“外部滑油系统”。

喷气式发动机所用滑油比活塞式少得多,所以喷气式发动机大部分是采用“内部滑油系统”。

典型的滑油系统如图3,其中包括滑油箱,滑油滤,滑油泵,油气分离器及滑油散热器等。滑油自油箱流经油泵到发动机中。工作后的滑油自发动机集油池中引出,经回油泵、油滤送到滑油散热器中。散热后滑油流入油箱。在油箱中设有专门的油气分离器,把滑油中的气泡分离出来。

图3典型的滑油系统

燃油系统

燃油系统的功用是为了保证在一切高度情况下,向发动机供给足够数量和压力的燃料。

典型的燃油系统如图4所示。燃料自具有加油口(2)的油箱(1)进入接管咀(3),流至多路开关(4),这是分配开关同时又是防火开关。利用这个开关,驾驶员可以控制油箱的供油次序,也可以在取下油滤(5)时作为闭塞开关,防止油箱中燃油漏掉。然后燃油经过油滤(5),上面装有放油开关(6),再沿导管通至油泵(7)。油泵前单向活门(8),是为了防止燃料反向流动。

图4发动机的典型燃油系统

喷气式发动机飞机的燃料系统与活塞式发动机不同之处,主要是在于飞机内部装有大量的燃料。这是由于喷气式发动机每小时燃料消耗量很大,因此喷气式飞机燃料系统有较大的截面的导管等附件。

进气和排气系统

无论是活塞式发动机的飞机或喷气式飞机的动力装置,都必须要不断的吸入进行燃烧所必需的空气,还需要将燃烧的废气排出。因此飞机上都有进气和排气系统。

活塞式发动机的进气道大都装在发动机罩外或机翼前缘的翼根处。进气口都是迎风开的,以便利用冲压,增加发动机的进气压力。

喷气式发动机消耗的空气比活塞式大得多,约为活塞式发动机15~20倍,所以对装有涡轮喷气式发动机飞机的进气道设计应给予特别注意,以便使气流内部损失最小。图5中表示了几种不同形式进气道在飞机上的安排。由迎面进气的有Ⅰ、Ⅴ、由两侧进气的有Ⅱ、Ⅳ。

图5喷气式发动机进气口

活塞式发动机的废气由排气管中排出,排气管有用连接几个排气歧管的集气式,也有用单独的管道排气的。

涡轮喷气式发动机是用排气管来作为反作用气流的出口,它不应当使推力减少,也不应引起结构过热。

为了减低排气管重量,简化固定方法,最好把排气管作得短一些。有时为了缩短长度,采用分叉式排气管,出口在机身两侧(图6)。

图6喷气式发动机的排气管

动力操纵系统:为了控制发动机油门,螺旋桨,混合比,加温器,选择开关等,飞机上装有专门的操纵台,用来操纵发动机,使它正常工作,改变功率或推力,它的装置情况如图7所示。

图7动力操纵系统操纵台

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