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第四 飞机的动力装置（第3页）

图2-76整流锥

图2-77几种推力反向方法

涡轮喷气发动机是最先被设计和制造出的燃气涡轮发动机，涡轮喷气发动机的压气机、燃烧室和涡轮合称核心机或燃气发生器。涡轮喷气发动机的结构简单、重量轻、推力大，适应于高速飞行，但它的油耗大、经济性差。后来，人们在此基础上根据不同的需要，又研究和制造出了涡轮螺旋桨发动机、涡轮风扇发动机、涡轮轴发动机和桨扇发动机。

（二）涡轮螺旋桨发动机

涡轮喷气发动机（见图2-78）适用于超音速飞行，但在低速、低亚音速飞行时，推进效率低、经济性差。而螺旋桨在这个速度范围内推进效率高，但传统的带动螺旋桨工作的活塞发动机结构复杂、重量大，在涡轮喷气发动机出现之后，人们就将喷气式发动机和螺旋桨结合，发明了涡轮螺旋桨发动机。涡轮螺旋桨发动机简称涡桨发动机，它用涡轮喷气发动机输出一个轴功率来带动螺旋桨旋转而产生推动力，驱动飞机前进。目前从事航空运输的螺旋桨飞机几乎都采用涡轮螺旋桨发动机。

图2-78涡轮螺旋桨发动机

涡轮螺旋桨发动机的基本构造和涡轮喷气发动机的类似，它同样包括进气道、压气机、燃烧室、涡轮和喷管。所不同的是比涡轮喷气发动机多了螺旋桨和减速器。涡轮螺旋桨发动机的压气机有离心式、轴流式和组合式的压气机。螺旋桨和压气机共用一根轴同涡轮连接的，叫做单轴式涡轮螺旋桨发动机，螺旋桨和压气机各用一根轴分别与涡轮连接的，叫双轴式涡轮螺旋桨发动机，这种双轴式的涡桨发动机采用两套涡轮，一套工作涡轮和压气机相连，以高转速工作；另一套独立涡轮安装在带动压气机的工作涡轮之后，转速较低，并通过减速器带动螺旋桨旋转。涡轮螺旋桨发动机产生的动力以螺旋桨的推动力为主，约占全部推进动力的90%，喷管喷出的燃气所产生的推力只占10%。由于螺旋桨推进效率随速度的增大而减小，因此适用于飞行速度在600千米／小时以下的飞机。通常在中速客机和支线飞机以及小型飞机上采用涡轮螺旋桨发动机作为飞机的动力装置。

（三）涡轮风扇发动机

由于高速时螺旋桨的效率迅速下降，经济性变差，涡轮螺旋桨发动机不适宜于在高速条件下飞行。为了提高飞机的飞行速度，人们又研制出了一种直径较小的增压风扇代替涡轮螺旋桨发动机的螺旋桨，并在风扇外面罩以外壳，由于风扇的叶片大大缩短，并被放入一个有限直径的涵道内，从而避免了螺旋桨高速转动时桨尖产生激波的情况，使飞行速度得以提高。这种发动机称为涡轮风扇发动机，简称“涡扇发动机”，它是目前广泛使用的航空燃气涡轮发动机之一（见图2-79）。

图2-79涡轮风扇发动机

涡扇发动机是由涡轮喷气发动机加一外壳和风扇组成，这种发动机具有内、外两个气流通道，分别称为内涵道和外涵道，因此涡扇发动机又称为内外涵发动机。内涵道类似于涡轮喷气发动机，外涵道则为风扇环形气流通道。涡扇发动机工作时，空气经进气道流过风扇，流过风扇的空气分成两股。一股进入内涵道，经过压气机空气被压缩后与燃烧室的燃油混合燃烧，形成高温高压燃气推动涡轮旋转，涡轮又带动压气机和风扇，最后燃气通过喷口喷出，产生推力；另一股经过高速旋转的风扇后空气的速度增加从外涵道排入大气，产生推力。

涡扇发动机的总推力由内涵产生的推力和外涵产生的推力两部分组成。内涵推力的产生与涡轮喷气发动机的相同，外涵推力的产生和螺旋桨相似。涡扇发动机外涵道空气质量流量与内涵道空气质量流量之比称发动机涵道比。涡轮风扇发动机的内外涵道的气流排气方式有混合式和非混合式两种。混合式指外涵气体经风扇后流到混合器内与内涵气体混合后从同一个喷口排出；非混合式是指外涵气体与内涵气体分别从各自的喷管排出。通常高涵道比的涡轮风扇发动机采用非混合式；低涵道比（带加力）的涡轮风扇发动机采用混合式排气（见图2-80～图2-81）。

涵道比越高，说明涡扇发动机中风扇部分空气流量越大，风扇产生的推力所占比例也越大，更适于速度稍低的飞行；涵道比越低，说明发动机内核部分空气流量越大，内核产生的推力也越大，更适合高速飞行。目前航线客机普遍采用较高涵道比的涡扇发动机，速度更快的战斗机则普遍采用涵道比较低的涡扇发动机。

图2-80涡扇发动机排气方式

图2-81分开排气的涡扇发动机

（四）涡轮轴发动机

在直升机和一些其他应用中只需要输出一个轴功率而不需要产生推力的燃气涡轮发动机，涡轮轴发动机就是一种输出轴功率的燃气涡轮发动机（见图2-82）。在工作和构造上，涡轮轴发动机同涡轮螺桨发动机很相近。在带有压气机的燃气涡轮发动机中，涡轮轴发动机出现的较晚。但已在直升机和垂直∕短距起落飞机上得到了广泛的应用。涡轮轴发动机也有进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管等喷气式发动机的基本构造，但它一般都装有普通涡轮和自由涡轮两种不同工作状态的涡轮。装在前面的是普通涡轮，它带动压气机，维持发动机工作，装在后面的是自由涡轮，燃气推动它做功，通过传动轴专门用来输出轴功率。涡轮轴发动机大部分用于直升机，它与旋翼配合，构成了直升机的动力装置。为了合理地安排直升机的结构，涡轮轴发动机的喷口，可以向上、向下或向两侧，不像涡轮喷气发动机那样非向后不可。这有利于直升机设计时的总体安排（见图2-83）。

图2-82涡轮轴发动机结构

图2-83直升机喷管向外侧

涡轮轴发动机同活塞发动机相比，涡轮轴发动机输出的功率要大得多，活塞式发动机则相差很远。在经济性上，涡轮轴发动机的耗油率略高于最好的活塞式发动机，但它所用的航空煤油要比后者所用的航空汽油便宜，这在一定程度上得到了弥补。当然，涡轮轴发动机也有其不足之处，它制造比较困难，制造成本也较高。特别是由于旋翼的转速更低，它需要比涡轮螺旋桨发动机更重更大的减速齿轮系统，有时它的重量竟占发动机总重量一半以上。

（五）辅助动力装置

在大、中型飞机上和大型直升机上除了主引擎外，还装有机载辅助动力装置（APU），安装APU的目的是用于在主引擎尚未启动时为飞机提供电力和增压空气，飞机上的APU通常是不为飞机提供前进的动力，但也有少量的APU可以向飞机提供附加推力。

飞机在地面和起飞时APU提供的电源和压缩空气，用于启动发动机、保证发动机启动前和起飞过程中客舱和驾驶舱内的照明和空调需要，使发动机的功率全部用于地面加速和爬升，改善了起飞性能。降落后，仍由APU提供电力和空调，使主发动机可以提早关闭，从而节省了燃油，降低机场噪声。通常在飞机爬升到一定高度后将APU关闭，但在飞行中当主发动机空中停车时，APU可在一定的高度（一般为10000米）以下的高空中及时启动，为主发动机重新启动提供动力。

图2-84APU喷管

飞机的APU通常是一台小型的燃气涡轮发动机，一般安装在机身最后段的尾椎内，在APU外的机身上开有进气口，排气直接由尾椎后端的排气口排出。像其他的燃气涡轮发动机一样，APU的主要结构也由压气机、燃烧室、涡轮和喷管（见图2-84）构成，多数APU的前端除正常压气机外还装有一个向飞机供气用的引气压气机，它向飞机的座舱环境控制系统输送压缩空气，以保证机舱的空调系统工作用气。同时还带动一个发电机，可以向飞机的电网输送115V的三相电流。飞机辅助动力装置和主发动机一样，也必须有一些工作系统，例如燃油、滑油、启动、空气、指示和控制系统以及防火装置等。APU有自己的启动电动机，由单独的电池供电，它的燃油来自飞机的总的燃油系统。飞机的辅助动力装置是一个完整的独立系统，它的控制板装在驾驶员上方的仪表板上，它的启动程序、操纵、监控及空气的输出都由电子控制组件协调，并在驾驶舱的相应位置进行显示。

现代的大、中型客机上，APU是保证飞机地面停放时客舱舒适的必要条件，也是为发动机正常启动提供压缩空气、保证发动机空中停车后再次启动的主要装置。因此APU已成为大、中型客机上一个重要的、不可或缺的装置。

（六）燃气涡轮发动机的各个系统

燃气涡轮发动机的各主要机件是产生动力的核心，要使发动机能连续地正常工作，并能满足各种状态下的工作需要，还必须要有配套的各工作系统予以保障。燃气涡轮发动机的工作系统包括燃油系统、滑油系统、空气系统、排气系统、指示系统、启动和点火系统等。

燃油系统：飞机在不同飞行阶段（滑行、起飞、爬升、巡航、下降、着陆等）需要不同的推力（或功率），对应着发动机不同的工作状态，也就是说需要供给发动机不同流量的燃油。发动机燃油系统的功用就是保证在各种工作状态下将清洁的、无蒸汽的、经过增压的、计量好的燃油连续地供给发动机。发动机燃油系统是从飞机燃油系统将燃油供到发动机的燃油泵开始，一直到燃油从燃烧室喷嘴喷出结束。发动机燃油系统分为低压部分和高压部分。在低压部分，从飞机燃油系统来的燃油通过油滤由低压燃油泵送至高压部分的燃油泵。高压部分的燃油泵把燃油加压后送到燃油控制装置，控制装置感受飞行高度和飞行速度的变化，来控制流向喷油嘴的燃油流量和压力，满足发动机不同工作状态时的燃油流量。

滑油系统：燃气涡轮发动机内的齿轮和轴承部分都需要润滑，滑油系统（见图2-85）主要用来减少摩擦、降低磨损、冷却、清洁、防腐等，因为滑油可将相对运动的零件金属表面隔开，用流体内部摩擦代替金属摩擦。循环的滑油直接同运动部件接触，可吸收并带走热量，使发动机机件得到冷却。热滑油在滑油冷却器再将热量传给燃油或空气。滑油油膜覆盖金属表面将阻止氧接触金属，起到防腐的作用。滑油在发动机内循环流动过程中，将磨损的金属屑、灰尘、碳粒子、水分等杂质一起带走，直到滑油滤处被阻挡住，从而起到清洁发动机的作用。滑油还在金属零件之间形成缓冲层，起隔震、密封作用。滑油系统主要由滑油箱、滑油泵、（供油泵和回油泵）、滑油滤、滑油散热器、滑油喷嘴等组成。滑油系统中的滑油滤需要定期清洗或更换，当滑油滤芯被堵塞时，油滤进出口压差增大，滑油旁通活门将打开，滑油就可以不经油滤直接流过。

图2-85滑油系统简图