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第四 飞机的动力装置（第4页）

空气系统：发动机的空气系统是那些对发动机推力的产生无直接影响的空气流。发动机工作时产生大量的热量，如果不进行冷却将会烧坏发动机。空气系统具有几项很重要的功能，这些功能包括：发动机内部部件和附件装置的冷却，如涡轮盘、涡轮导向叶片等，燃烧室也是靠外壁流过的冷却气流进行冷却。同时，空气流对轴承腔封严，防止压气机喘振，为飞机各个舱（如客舱、驾驶舱、货舱等）提供空调、增压引气，为飞机的机翼防冰提供引气。空气流从风扇、压气机的中间级和高压级引出，以不同的温度和压力满足特定的功能要求。

排气系统：排气系统是将流过发动机的气体以一定的速度和预定的方向排入大气，提供飞机所需要的推力。排气系统主要包括涡轮排气装置、反推装置和消声装置。涡轮排气装置的主要部件是排气喷管和排气锥体，为流过发动机的气体提供一个出口，这个出口增加排气的速度，从而增大发动机的推力。反推装置主要用于飞机着陆后，减低飞机速度，缩短滑跑距离。打开反推装置可使排出的气流偏转45°～60°，使发动机产生一定的反向推力。在高涵道比涡扇发动机上，反推力是将流过风扇的气流反向而实现的，这是因为发动机大部分推力是由风扇产生的，所以没必要将流过燃烧室的燃气流进行反向。纯涡轮喷气发动机和低涵道比发动机中，噪声的主要来源是尾喷气流，在喷管上采用有波纹形或瓣形和多管形的消声器，可有效地降低噪声。高涵道比发动机中，主要噪声源是风扇和涡轮，吸音是一种非常有效的抑制噪声的技术。

指示系统：发动机指示系统的作用是使驾驶员能监控发动机的各种工作状态，有故障时可采取适当的措施。指示的发动机主要参数有发动机增压比、排气温度和高速涡轮转速，次要参数有推力、扭矩、燃油温度和压力、滑油温度和压力、燃油流量、振动等。每一项都由传感器把测量信号变成电信号传到驾驶员仪表板由相应的仪表显示。从20世纪60年代以来，由于电子技术的进步，现代飞机把这些数据都通过一个电子指示系统综合显示到一个或几个显示屏上。指示系统的报警部分用来提供发动机出现故障或存在危险情况时的指示和报警，如果某一项数据超限，就用声音（警铃或喇叭）、灯光向驾驶员报警。对于驾驶舱内装有发动机指示和机组告警系统（EICAS），以及飞机电子中央监控系统（ECAM）的飞机，还能以文字的方式进行告警及显示相关的信息。

启动和点火系统：发动机从静止状态过渡到工作状态的过程称为启动（也称为“开车”）。启动系统的功能是使用外界动力带动发动机以一定速度转动，使发动机加速到稳定工作转速。发动机常用的启动方式有电动启动和空气启动。电动启动是使用直流电动机作动力，利用蓄电池或地面电源提供电能实施启动，多用于小型发动机和辅助动力装置的启动。空气启动是利用压缩空气吹动启动机涡轮高速旋转，带动发动机转子旋转进行启动。空气启动的气源来自地面气源、辅助动力装置或已经启动的其他发动机。因为空气涡轮启动机具有启动功率大、重量轻、结构简单、使用方便的优点，所以目前民用航空发动机大多采用的是空气启动。点火部分由电源、点火激励器、点火导线和火花塞组成。发动机启动时，首先应将压气机和涡轮带动旋转到一定的转速，这时适量的空气进入燃烧室同喷嘴喷出的燃油相混合，然后由装在燃烧室的火花塞将燃烧室中的燃油点燃。发动机启动期间这些系统必须按照一定的程序同时进行工作。

三、发动机的性能

发动机的性能主要包括发动机的动力性、燃油经济性、轻量化和环境指标等方面的内容。

动力性指标是发动机对外做功能力的指标。发动机最主要的作用是为飞机提供动力，它提供的动力有两种形式，如活塞式发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机，它们通过轴的旋转输出轴功率作为动力性指标，此时功率的单位用千瓦或马力。另外，对涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机，它们既是热机又是推进器，它们以推力的大小来表示动力性，推力的单位用千牛或磅（力），也时常用到千克力这样的单位。

发动机的经济性指标用燃油消耗率来表示，产生单位推力（或功率）每小时所消耗的燃油质量为发动机的燃油消耗率。这个指标越低，说明飞机产生同样的推力或功率消耗的油量越少，也就是说用同样的燃料可以使发动机工作更长的时间、飞行更远的距离。燃料消耗率是飞机经济性的主要指标，在注重经济性的民航领域内，它是飞机制造商、航空公司选择发动机、选择飞机的一项重要的性能指标。

发动机的轻量化是要求发动机的重量要轻，重量轻的发动机可以把省下来的重量用来装负载或装燃油，从而加大飞机的运载能力或延长航程。在选择发动机时，一般要求发动机在保证足够大的功率而自重又尽可能地轻，衡量发动机功率大、重量轻的标准是“功率重量比”或“推重比”，即发动机所能提供的功率或推力与发动机自身重量之比值。“功率重量比”或“推重比”越大，表示在提供相同功率或推力的情况下，发动机越轻，目前先进的涡轮风扇发动机推重比达到8左右。

环境指标主要指发动机排气品质和噪声水平。由于它关系到人类的健康及人类赖以生存的环境，因此各国政府都制定出严格的控制法规，以期削减发动机排气和噪声对环境的污染。当前，排放指标和噪声水平已成为发动机的重要性能指标。排放指标主要是指从发动机油箱、曲轴箱排出的气体和从汽缸、喷管排出的废气中所含的有害排放物的量。

四、发动机在飞机上的安装

对于由螺旋桨推进的飞机发动机，绝大多数装在机身的前段和机翼上。只有一台活塞式发动机的飞机，发动机大多装在机头部分，多台发动机的螺旋桨飞机的发动机都对称地安装在两侧的机翼上（见图2-86）。

喷气推进的民航飞机的发动机安装布局从飞机外形上便可一目了然，主要有翼根发动机布局、翼吊发动机布局、尾吊发动机布局、翼吊尾吊综合布局安装形式。不同的安装位置也各有利弊。

翼根发动机布局是将发动机安装在机翼根部的短舱内（见图2-87）。这种安装形式的优点是：发动机融合在机翼结构中，迎风面积最小，离机身轴线最近，一旦空中一台发动机停车，推力不对称造成的偏转力矩小，便于飞行员操纵。在喷气发动机推力和可靠性都不足的早期，这种布局是合理的。它的缺点是机身和机翼结构的完整性被破坏，以及客舱离发动机太近而导致噪声和振动太大，在客机上已经不用。

图2-87翼根安装发动机

翼吊发动机布局是将发动机安装在机翼下的发动机吊舱中（见图2-88），目前，翼下吊挂发动机已成为大型喷气式客机的主要安装型式。

翼吊布局的优点主要有：

第一，由于发动机的重力向下可以与机翼向上的部分升力抵消，使机翼以及机翼与机身连接处受力减小，结构重量减轻，这就是所谓的翼下发动机的“卸载”作用。

第二，由于发动机吊舱的前缘领先于机翼前缘，可以保证发动机进气道处在未受机翼影响的气流场中，不和机翼发生不利的交互作用，因此发动机的进气不受干扰。

第三，巡航飞行时阻力很小。

第四，因为发动机远离机身，又有机翼遮挡，噪声影响小。

第五，翼下吊挂发动机的离地高度较低，维修也比较容易。

第六，在空间容许的情况下，翼下发动机舱可以比较容易地在不同型号发动机之间更换，为飞机不断利用最新科技成果创造了条件，这对大型飞机尤其重要，容许航空公司在不同的发动机公司之间选择。

翼吊布局的缺点主要有：

第一，由于发动机远离机身轴线，飞行中如果有一台发动机停车，对飞机形成的偏转力矩大，飞机的方向控制比较困难。

第二，发动机离地面近，容易吸入地面杂物，损坏发动机，造成危险。

尾吊发动机布局是将发动机安装在机身尾部外侧的挂舱内，这样发动机既远离乘客又紧靠机身，尾吊布局被麦道飞机和一些支线客机广泛采用（见图2-89）。它的优点是：客舱内的噪声小；单发停车时偏转力矩小；机翼设计简单容易；可以安装奇数个发动机。尾吊布局的缺点是：和翼吊布局比结构重量较大；由于机身的一部分被占用，因而机身长度长；机尾发动机占去了平尾的地方，并且发动机喷气流也容易影响到平尾，一般要求采用高平尾，这样垂尾的结构就需要加强，平尾的控制机构需要通过垂尾内部，复杂性和重量都有所增加；飞机的重心靠后，因而导致机翼后移。

图2-88翼吊布局

图2-89尾吊布局

图2-90混合布局

翼吊尾吊综合布局（混合布局）：机翼和机尾发动机布局也可以混合，翼下吊挂两台发动机，垂尾翼根或机尾机身内再安排第三台发动机（见图2-90）。混合布局的特点介于翼下和机尾布局之间。DD-11就是翼下加机尾混合三发，具有翼下发动机容易维修和减轻机翼受力的优点，还具有机尾发动机布置在垂尾翼根、气动损失小的优点，也具有机尾发动机不易更换、尾翼结构重量和复杂性增加的缺点。DD-11这两种型号飞机尾部发动机还略微向下倾斜，可以提供一点直接升力，降低对机翼的升力要求。