航空发动机工作时,首先空气经过进气道进入发动机,经过低压压气机(LPC)的首轮增压之后被输送到高压压气机(HPC),再次进行增压。
现代民用喷气式发动机的增压比最高可以达到45以上。
接着,经过增压的空气在燃烧室内实现油气的混合点燃。
2、油气混合点燃
在发动机的燃烧室内,安装着一个燃油雾化装置。
这个燃油雾化装置会通过负反馈闭环自动控制,根据进入到燃烧室内压缩空气的量来调节所需雾化燃油的量,防止出现贫油燃烧和富油燃烧,从而保证发动机高效率地工作。
燃烧室可以分为三种,管形燃烧室、环形燃烧室和管环形燃烧室。
管形燃烧室是指围绕主轴环形排列的圆筒状燃烧室结构,这种构型的燃烧室结构分散,燃烧效率不高。
后来又发展出一种环形燃烧室,这种燃烧室的构型紧凑,但是整个流体环境不如管形燃烧室,所以最终发展出了兼顾二者优点的管环形燃烧室。
(发动机管环形燃烧室)
3、做功排气
从燃烧室排出的高温高压燃气,首先流经高压涡轮(HPT),在高温高压燃气的带动下,高压涡轮迅速旋转并且带动高压转子(N2)。高压转子会带动高压机压气机叶片,使其持续压缩空气,保证整个做功循环的持续进行。
此时,高温高压的燃气会继续流向低压涡轮(LPT),使其旋转做功,并带动低压转子(N1)转动,而低压转子会带动低压级压气机持续进行空气压缩,完成一个完整的做功循环。
这就是目前最常用的双转子喷气式发动机的基本工作原理。
(双转子发动机原理)
流出低压压气机的废气会经过尾喷口排到大气中去,军用发动机通常会在此段加装加力燃烧室,让未充分燃烧的燃气与喷入的燃油再次混合燃烧,从而在短时间内提高发动机的推力。
流经尾喷口的燃气出口温度(EGT)是衡量发动机运行状态是否正常的一个很重要的参数。通常发动机燃气出口温度超温,即表明发动机内部出现故障。
(三)大飞机发动机研制,究竟难在哪?
上面我们说了这么多,为什么中国要造民用航空发动机这么困难呢?这就不得不提到现代喷气式发动机的两个研制难点,第一是控制,第二是材料。
1、控制问题
(涡扇发动机发动机气流控制)
喷气式发动机的控制主要分为两个方面,第一是压力的控制,第二是温度的控制。
例如,如何提高高压压气机出口的压力,从而提高压气机的增压比?如何提高从尾盘口排出燃气的温度和压力,从而使发动机具有更强劲的推力?如何降低低压涡轮的排气温度,从而提高发动机的整体效率?如何防止发动机的喘振?
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