迎风面积小,但耗油率大。内外涵两股气流分开排入大气的称为分排式涡轮风扇发动机。内外涵两股气流在内涵涡轮后的混合器中相互渗混后通过同一喷管排入大气的,称为混排式涡轮风扇发动机。涡轮风扇发动机也可安装加力燃烧室,成为加力涡轮风扇发动机。在分排式涡轮风扇发动机上的加力燃烧室可以分别安装在内涵涡轮后或外涵道内,在混排式涡轮风扇发动机上则可装在混合器后面。
核心机相同时,涡轮风扇发动机的工质(工作介质)流量介于涡轮喷气发动机和涡轮螺旋桨发动机之间。涡轮风扇发动机比涡轮喷气发动机的工质流量大、喷射速度低、推进效率高、耗油率低、推力大。高涵道比( ")涡轮风扇发动机的噪声低,排气污染小,多用作大型客机的动力装置,这种客机在 %&高度的巡航速度可达 ’(%& ) *。但这种高涵道比的涡轮风扇发动机的排气喷射速度低,迎风面积大,不宜用于超音速飞机上。
有些歼击机使用了小涵道比、带加力燃烧室的涡轮风扇发动机,在亚音速飞行时不使用加力燃烧室,耗油率和排气温度都比涡轮喷气发动机低,因而红外辐射强度较弱,不易被红外制导的导弹击中。使用加力作 +倍音速以上的速度飞行时,产生的推力可超过加力涡轮喷气发动机。
(,)涡轮螺旋桨发动机:由螺旋桨提供拉力和喷气反作用提供推力的燃气涡轮发动机称为涡轮螺(旋)桨发动机。涡轮螺旋桨发动机由压气机、燃烧室、燃气涡轮、喷管、减速器和螺旋桨等组成。燃气涡轮由驱动压气机的涡轮和驱动螺旋桨的动力涡轮组成。这种发动机靠动力涡轮把核心机出口燃气中大部分可用能量转变为轴功率用以驱动空气螺旋桨,燃气中其余的少部分可用能量(约 (-)则在喷管中转化为气流动能,直接产生反作用推力。
由于动力涡轮的巡航转速高(一般为 (((("((( . )&/0),而螺旋桨轴的转速较低(约为 ((( "+ ((( . )&/0),因而在动力涡轮与螺旋桨之间需安装减速器,减速器的减速比一般在 ( "范围内。
涡轮螺旋桨发动机与活塞式航空发动机相比具有重量轻、振动小等优点。特别是随着飞行高度的增加,它的性能比活塞式航空发动机更为优越。涡轮螺旋桨发动机与涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机相比,具有耗油率低和起飞推力大的优点。飞机着陆时,可以使螺旋桨改变桨矩(反桨)产生反向拉力,以缩短着陆距离。因螺旋桨特性的限制,装涡轮螺旋桨发动机的飞机的飞行速度一般不超过 (( %& )*。
有的发动机的动力涡轮与驱动压气机的涡轮装在同一轴上,称为单轴涡轮螺旋桨发动机。它的结构简单,但在起动过程中和慢车转速下燃气的温度较高,小功率时耗油率较高。与驱动 1气机的涡轮无机械联系的动力涡轮称为自由涡轮。自由涡轮螺旋桨发动机比单轴涡轮螺旋桨发动机的起动性能和工作性能好,小功率时耗油率低,但结构较复杂。
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控制涡轮螺旋桨发动机除了具有与涡轮喷气发动机相同的各种控制外,还增加了一个螺旋桨桨矩控制。单轴涡轮螺旋桨发动机减小油门位置降低燃油流量时,桨矩自动变小,输出功率降低,发动机与螺旋桨一道保持高的转速。自由涡轮螺旋桨发动机油门减小时,自由涡轮和螺旋桨由于螺旋桨桨矩变小仍维持高转速工作。
()涡轮轴发动机:燃气通过动力涡轮输出轴功率的燃气涡轮发动机称为涡轮轴发动机,是直升机的主要动力。它的工作原理和结构与涡轮螺旋桨发动机基本相同;只是核心机出口燃气所含的可用能量几乎全部供给动力涡轮。有些涡轮轴发动机的动力涡轮直接以高转速(" % & ’ ( ’)*+)输出,有些则通过减速器以大致为 , ’(’)*+的转 输出。直升机受旋翼转速的限制,在机上装有主减速器,发动机输出功率通过主减速器传给旋翼和尾桨。对于涡轮轴发动机除要求重量轻、耗油率低和维护方便外,工作可靠性尤为重要。直升机一般用于执行短途飞行任务,涡轮轴发动机经常处于起飞、爬高、悬停等大功率状态下工作,而且工作状态不断变化,因此要求部件有良好的耐低频疲劳性能。直升机没有一定的机场,经常接近地面飞行,特别是在尘沙或盐雾的大气中频繁起落,发动机经常到外来物的侵袭,因此零部件特别是压气机叶片要有良好的抗侵蚀能力,进气部分常装有防护装置。
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第二章 低速空气动力学
第一节 空气的基本性质
一、大气飞行环境
飞行器在大气层内飞行时所处的环境条件,称为大气飞行环境。
包围地球的空气层(即大气)是航空器的惟一飞行活动环境,也是导弹和航天器的重要飞行环境。大气层无明显的上限,它的各种特性在铅垂方向上的差异非常明显,例如空气密度随高度增加而很快趋于稀薄。以大气中温度随高度的分布为主要依据,可将大气层划分为对流层、平流层、中间层、热层和散逸层(外大气层)等 "个层次。航空器的大气飞行环境是对流层和平流层。大气层对飞行有很大影响,恶劣的天气条件会危及飞行安全,大气属性(温度、压力、湿度、风向、风速等)对飞机飞行性能和飞行航迹也会产生不同程度的影响。
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