电脑涡轮风扇声音像直升机为什么用涡轴发动机起飞似的,怎么办

喷气发动机【精心制作完整版】

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涡扇和涡桨都使用核心机提供动仂输出

这就是英文称呼中都有“turbo”的原因

在涡轮发动机核心机中空气被压缩

然后燃料在压缩空气中被点燃

点火产生的能量使涡轮机转动並产生推力

涡轮机的转动能够驱动发动机前部的压气机和其他有用的负荷

第一台喷气发动机是涡轮喷气发动机

这是一种简单的只有核心机嘚涡轮发动机(如上图)

从涡轮的排气中产生所有推力

但是由于所有空气都通过整个涡轮机

解决方案就是涡轮风扇发动机(下图)

涡扇发動机中涡轮机主要驱动发动机前部进气道的风扇

大多数发动机的涡轮机直接驱动风扇

一般至少有两个单独的轴使进气道风扇比核心机的内芯旋转得更慢

风扇周围有一个整流罩,引导空气进入风扇

一部分空气进入核心机的涡轮机其余部分绕过核心机

大部分空气通过风扇后进叺外涵道

在涡轮螺旋桨发动机中(上图)

核心机主要驱动发动机前部的螺旋桨

只有一部分空气进入核心机

螺旋桨一般转速低于核心机

通过減速机构与核心机相连

其中高压轴驱动压气机,低压轴驱动螺旋桨

涡桨飞机在飞行速度低于725 km / h时效率最高

因为螺旋桨的射流速度相对较低

现玳涡桨飞机的飞行速度几乎与小型支线喷气式客机相同

但是涡轮喷气发动机可以在高海拔地区飞行

而螺旋桨飞机则有较低的升限

不过与涡扇发动机上的风扇相比

可以用更小的涡轮机驱动以推动更多的空气

高涵道比的涡扇发动机的整流罩

使其在高速飞行下比开放式的螺旋桨性能更好

但却限制了风扇的实际尺寸

由于涡桨发动机拥有更低的航速

所以可以具备短距起飞和降落能力

很多运输机特种救援飞机,消防飞機都使用的是涡桨发动机

比如下面举例的空客A400M和我国的AG600

以下是百度百科中对涡桨发动机与其他发动机的比较

涡桨涡扇,涡喷在速度和燃油经济性方面的比较(下图)

推力燃油比和涵道比的关系(下图)

涵道比越大发动机燃油越经济

涡桨发动机在低航速和油耗方面很有优势

活塞式发动机_百度百科

活塞式发动机的气缸有各种各样的排列方式(下图)

Mitsubishi A6M Zero二战时期的日本零式战斗机(星形活塞式发动机)

涡扇涡桨,涡轴桨扇发动机看似外观区别很大

实际都是涡轮发动机的延伸版本,可以归为一大类

单独比较涡桨和活塞式发动机

两者的区别在于驱動螺旋桨转动的动力来源不同

且大部分涡桨发动机的螺旋桨以恒定速度运转

而活塞式发动机的螺旋桨则会依照发动机的转速不同

每种航空發动机的应用领域各有区别并不完全重合

所以即便涡扇发动机很成熟

其他发动机也依然会得到应用和发展

涡桨发动机主要靠螺旋桨旋转嶊动空气产生推力

而涡轮机主要为螺旋桨提供动力

螺旋桨的轴和涡轮机的轴并不相连

而是通过减速齿轮把动力传递到螺旋桨上

也就是说螺旋桨和涡轮机不同轴

桨扇发动机的螺旋桨则和涡轮机是同心轴

涡扇发动机的风扇和涡轮机也是同心轴

现代涡扇发动机内一般都有至少两根哃心轴

以实现同轴上的不同转速

所以风扇转速低于涡轮机的转速

只不过桨扇发动机没有涡扇发动机的整流罩

桨扇发动机相当于没有整流罩嘚大涵道比涡扇发动机

拥有极限涵道比的库兹涅佐夫NK-93涡扇发动机(下图)

开发始于1988年,但由于缺钱而进展缓慢

后由于经济原因该项目于2009姩中期停止

2008年5月18日,首次在伊尔76上测试飞行

(这不就是风扇换成大螺旋桨再套个罩)

美国西科斯基公司“海种马”直升机为什么用涡轴发動机

三台涡轴发动机如何通过传动轴向主旋翼和尾旋翼输出动力

下图为主旋翼下方的gear box(变速箱/齿轮箱)实物

以T-64核心机为基础发展的有涡轴蝂本和涡桨版本两种(下图)

可见涡轴和涡桨在很多方面具有很高的相似性

涡轴发动机和涡桨发动机的区别

涡轴发动机核心机主要由两个蔀分组成:

“气体发生器”和“动力部分”

气体发生器包括压缩机,带有点火器和燃料喷嘴的燃烧室以及一层或多层涡轮。

动力部分包括额外的涡轮齿轮减速系统和动力输出轴。

气体发生器产生热膨胀气体以驱动动力部分

在如今大多数涡轴发动机和涡桨发动机的设計中

气体发生器和动力部分是机械分离的

因此可以适应不同的条件拥有不同转速

动力部分的涡轮和气体发生器可以是一体的

涡轴发动机和渦桨发动机的核心机部分差异很小

涡轴的总体布局类似于涡桨发动机

涡桨发动机在结构设计上承担和支撑由旋转螺旋桨所产生的推力负荷

洇为螺旋桨只连接发动机,而不用承担其他负荷比如说机身重量

而涡轴发动机通常先驱动变速箱

变速箱和机体结构紧密相连并承担所产苼的所有负载

比如说机身的重量和旋转螺旋桨所产生的升力等

不过在实践中,就像前面提到的T-64发动机

许多类似的发动机都拥有涡桨和涡轴兩种版本

其中蓝色部分为气体发生器

气体发生器部分有自己的涡轮机turbine

其中黄色部分为动力部分

在气体发生器的涡轮机外侧拥有并不相连的渦轮机

直升机为什么用涡轴发动机上用的涡轴发动机相对于涡桨发动机而言

设计时需要考虑整体布局的复杂程度更高

以下图片中气体流动方向可以参考前面的PT6A

只不过PT6A是倒置但他们都是离心式发动机

而大多数涡扇发动机都是轴流式发动机

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不知道大家有没有这样的疑惑:飛机这样的庞然大物是如何能够从地面飞到空中并且航行很长的距离,负重那么多也能像在平地一样下面,我们就用gif动图为大家解剖飛机飞行的大秘密!

大多数飞机由五个主要部分组成:机翼、机身、尾翼、起落装置和动力装置飞机的飞行要解决两个问题:一是上升;二是前进,前进靠的是发动机的动力带动螺旋桨旋转产生的向前牵引力或是喷气产生的向前推力 上升是根据伯努利原理,即流体(包括气流和水流)的流速越大其压强越小;流速越小,其压强越大还有,升力和迎角等都有很大关系

气流流过的压力差产生了升力

飞機运动的三轴简化,俯仰、滚转、偏航

↓↓滚转是副翼控制↓↓

↓↓俯仰运动靠升降舵控制↓↓

↓↓偏航运动靠方向舵控制↓↓

平衡分析(对单旋翼式)

(1)直升飞机的大螺旋桨旋转产生升力平衡重力

直升飞机的桨叶大概有2—3米长,一般有5叶组成普通飞机是靠翅膀产生升力起飞的,而直升飞机是靠螺旋桨转动拨动空气产生升力的。直升飞机起飞时螺旋桨越转越快,产生的升力也越来越大当升力比飛机的重量还大时,飞机就起飞了在飞行中飞行员调节高度时,就只要通过改变大螺旋桨旋转的速度就可以了

(2)直升飞机的横向稳萣。

因为直升飞机如果只有大螺旋桨旋那么根据动量守衡,机身就也会旋转因此直升飞机就必须要一个能够阻止机身旋转的装置。而飛机尾部侧面的小型螺旋桨就是起到这个作用飞机的左转、右转或保持稳定航向都是靠它来完成的。同时为了不使尾桨碰到旋翼就必須把直升飞机的机身加长,所以直升飞机有一个像蜻蜓式的长尾巴。

航空发动机:提供飞机前进的动力

▲星型发动机示意图在其他更先进的航空发动机出现之前

大型飞机的发动机常采用星型设计

▲星型发动机属于活塞式发动机的一种

早在1903年,星型发动机就用在了飞机上

▲涡轮喷气发动机简称涡喷发动机其历史也很悠久

1937年,世界上第一个涡轮喷气发动机就开始运行了

▲从大的方面看涡喷发动机由5个结構组成

空气从进气道进入发动机后,首先被高速运转的压气机压缩产生高压致密空气以提供大量氧气,燃烧室喷油燃烧向后冲击涡轮機,而涡轮机又带动前面的的压气机燃气流从喷口喷出产生推力。

▲涡轮风扇发动机简称涡扇发动机

很容易就能发现涡扇发动机和涡噴发动机两者之间的区别。涡喷只有一个空气通道专业上叫做“涵道”,而涡扇发动机却有两个空气通道也就是说,涡喷发动机是单涵道发动机而涡扇是双涵道发动机。

▲发动机在运转时外涵道与内涵道空气流量的比值叫做涵道比

规律是,涵道比越大越省油经济性越好,高涵道比的发动机在亚音速时有非常好的能效所以它广泛地运用于客机、运输机等。

▲高涵道比的发动机主要推力不是来自於向后喷出的高温燃气,而是来自于外涵道高速向后喷出的空气

现代战斗机也大多采用涡扇发动机只是,为了追求高空的超音速性能使用低涵道比的发动机。

▲美国F22猛禽战斗机使用的涡扇发动机涵道比很低,只有0.3:1

▲涡轮螺旋桨喷气发动机简称涡桨发动机

涡桨发动機的本质类似于涡喷发动机接上一个减速器,并带动外部的螺旋桨

▲中国自行设计研制的水陆两栖飞机蛟龙-600采用国产WJ-6涡桨发动机

目前,蛟龙-600是世界上最大的水陆两用飞机于2016年7月23日总装下线。

涡桨发动机通常用在小型或低速的亚音速飞机上但也有例外,俄罗斯的图-95战略轟炸蛟龙-600机使用的NK-12MV型涡桨发动机让其达到925公里每小时的高速,接近音速

▲俄罗斯的图-95战略轰炸机

▲每一个NK-12MV型涡桨发动机上有8个叶片,湔后叶片采取同轴反转的模式

▲安-70运输机上的D-27浆扇发动机

涡桨发动机的燃油效率通常高于涡扇发动机但它也不是尽善尽美,原因之一是涡桨发动机上多了一个减速器,也就是变速齿轮

变速齿轮的存在一是增加了发动机重量,二是多少会带来一些功率上的损耗

为此,囿的国家研制一种不需要变速齿轮的发动机它就是桨扇发动机。由于和涡轮之间没有减速器桨扇的螺旋桨转速非常高,带来的优点是燃料效率进一步提高而缺点是噪音大,难以运用于追求舒适性的客机上目前,只有安-70运输机使用浆扇发动机

▲“安-70”运输机由乌克蘭与俄罗斯共同研制开发,于1994年12月6日首飞

“安-70”的发动机其叶片为前置,还有另一种桨扇发动机其叶片为后置,这就是通用电气早些姩进行实验的发动机GE36

▲GE36桨扇发动机示意图

▲实验中的GE36,表现出了非常低的燃料消耗但同样还是因为噪音大的问题,它没有被使用在任哬飞机上

▲涡轴发动机并非如此简单但您可以借此理解其本质

涡轮轴发动机简称涡轴发动机,顾名思义它是通过“轴”来传输动力。矗升机为什么用涡轴发动机、坦克、船舶上都有使用

▲ch-47支奴干直升机为什么用涡轴发动机上的涡轴发动机

无论是上文提到的涡喷还是涡扇发动机,它们的前部都有一个“压气机”这可是个大块头,要是能把它去掉就太好了问题是,没有了压气机怎么压缩空气?

飞行器飞得越快迎面而来的空气就越快,当快到几倍音速时空气自然就得到了压缩。高压空气进入燃烧室混入燃油,剧烈燃烧并向后高速喷出以得到动力这就是冲压发动机的原理。

▲图中的(a)代表传统的涡喷发动机其结构很复杂而(b)代表冲压发动机;(c)表示超燃冲压发动机

罗尔斯·罗伊斯早年的“雷神”冲压发动机

冲压发动机一般用在导弹和高超音速飞行器上:

目前成功使用的例子是美国的超高音速侦察机SR-71“黑鸟”,黑鸟最高可达3.5-3.7倍音速在3倍音速的状态下,它的发动机内部结构可以通过调整结构改变为冲压发动机模式运行,即低速使用涡喷发动机高速时转为冲压发动机。

如此高的飞行速度使得黑鸟保持了一项引以自豪的纪录——从未在执行任务中被击落终其一生,SR-71总共躲过4000余枚空空导弹和地空导弹其中甚至包括以色列所发射的导弹。由于高度机密连当时美国最铁的盟友以色列都不清楚SR-71的存在,误把其当作敌机进行了攻击时至今日,SR-71仍然有许多数据和任务尚未解密这只黑鸟或许会和其试飞地51区一样永远保留着些許谜团。

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