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第四 飞机的动力装置（第2页）

冷却系统又称散热系统，是使冷却介质流过汽缸壁，带走汽缸壁的一些热量，使汽缸温度稳定在适宜的范围内，保持发动机的正常工作（见图2-69）。航空活塞发动机多采用气冷式进行冷却，在汽缸外壁上有很多散热片，利用迎面气流吹过散热片带走热量。为防止汽缸温度过低，还在发动机前加装了百叶窗式散热风门，可根据汽缸温度来调节百叶窗的开度，控制流过发动机散热片的空气流量。

启动系统使发动机从静止状态过渡到工作状态，启动系统分为气动和电动两种。气动启动是使用压缩空气进入汽缸推动活塞运动，使发动机开始转动。电动启动是使用电动机带动发动机的曲轴旋转。

（四）螺旋桨

航空活塞式发动机是一种将热能转换为机械能的内燃机，它并不能单独为飞机提供前进的动力，必须通过螺旋桨才能推动飞机前进。

螺旋桨是在流体中产生驱动力的装置，适用于**也适用于气体，飞机上的螺旋桨为空气螺旋桨。螺旋桨在空气中旋转将发动机曲轴转动功率转化为推进力，使飞机向前运动。因此，活塞式发动机和螺旋桨一起才构成飞机的动力装置。

图2-70螺旋桨剖面

现代螺旋桨主要由桨叶、桨毂及桨叶变距机构等组成（见图2-70）。桨叶的剖面形状和翼型相似，桨叶的前、后表面分别相当于机翼的上、下表面，螺旋桨旋转时，桨叶与空气有相对运动，在桨叶的前表面（剖面较凸）空气流动快，压力小；桨叶后表面空气流速慢，压力大，桨叶前后表面有压力差，这个压差形成了螺旋桨的推动力。桨叶变距机构用来改变螺旋桨的桨叶角从而改变螺旋桨推动力的大小。制作螺旋桨的材料有木料、钢材、铝材或复合材料，现代大多数螺旋桨使用的是铝合金材料，它可以做成更薄、更有效的叶型，减轻了结构的重量而不减少结构的强度。

二、空气喷气发动机

空气喷气发动机是一种把燃料的热能转换为气体的动能，利用燃气从尾部高速喷出时所产生的反冲作用力推动飞机前进的发动机。这种发动机能够直接产生推力，它本身既是热力机，又是推进器。也就是说，它是热力机和推进器合为一体的航空动力装置。装有空气喷气发动机的飞机能够满足高速飞行对动力的要求，飞行速度可以达到或超过音速。

空气喷气发动机推力产生的根本原因，在于气体流过发动机内部时，气体和发动机之间产生的作用与反作用的结果。喷气式发动机工作时，气体流过发动机，在发动机内气体被进行压缩、燃烧，使气体的压力和温度都大大提高，气体在发动机内部必然力图向四面八方自由膨胀。而发动机内壁则要限制气体自由膨胀，只准它向喷口一个方向膨胀加速，最后气体就以很高的速度从喷口喷出，高速喷出的燃气将对发动机产生很大的反作用力，这个反作用力就是发动机的推动力。

目前，民用飞机使用的空气喷气发动机，根据构造不同可分为涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮风扇发动机和涡轮轴发动机四种：

（一）涡轮喷气发动机

涡轮喷气发动机是最早被研制出来的喷气式发动机，它主要由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和喷管组成（见图2-71）。

图2-71涡轮喷气发动机结构

1。进气道

进气道的作用是在各种飞行状态下，整理进入发动机的气流，将足够量的空气以最小的流动损失顺利地引入压气机。民用航空飞机主要使用的是亚音速进气道，现代军用战斗机主要使用的是超音速进气道。

2。压气机

压气机的主要作用是通过高速旋转的叶片对空气做功，将进气道流来的空气进行压缩，使空气的压力和温度提高，为燃料燃烧、燃气膨胀做功创造条件。从压气机引出的空气还可以进行发动机冷却、机体防冰、机舱空气增压和调温等。根据压气机的结构型式和气流在压气机内的流动方向可将压气机分为轴流式压气机（见图2-72）和离心式压气机（见图2-73）。

轴流式压气机由许多级叶片组成，每一级的工作原理几乎一样。轴流式压气机由不旋转的静子和高速旋转的转子组成。静子由一排排整流叶片组成整流环，各个整流环与机匣固定在一起。转子也由一排排工作叶片组成叶轮，叶轮与涡轮相连，被涡轮带动高速旋转。发动机工作时，转子的工作叶片以很高的速度旋转，对空气做功，使空气受到压缩，压力和温度提高，同时还将空气的速度增大以较大的速度向后排出。从工作叶片流出的空气进入整流叶片中，由于整流叶片的通道是扩散形，空气在通过整流叶片扩散形通道时速度减小压力增大。增压后的空气又流入下一级的工作叶片和整流叶片，这样空气就被不断的压缩，空气的压力越来越大、温度越来越高。轴流式压气机是对空气进行逐级增压，效率高，迎风面积小，现代喷气式发动机广泛采用轴流式压气机。

图2-72轴流式压气机

图2-73离心式压气机

离心式压气机主要由导流器、叶轮、扩散器和导气管组成。叶轮的轴与涡轮轴连接在一起，被涡轮带动旋转。发动机工作时空气被吸入叶轮中心，空气进入叶轮后被叶片推动随叶轮高速旋转，空气受到惯性离心力的作用向外甩，使空气加速向外，层层空气受到挤压，使空气的压力和温度升高。空气离开叶轮后进入扩散器，速度降低，压力继续升高。离心式压气机的特点是增压比高，重量轻，但流动损失大，效率低，迎风面积大，多为早期的喷气式发动机采用。

3。燃烧室

燃烧室是燃料与压气机流出的高压空气进行混合并进行燃烧的装置（见图2-74）。在燃烧室内燃料与空气混合燃烧后，燃料的化学能转换为气体的热能，气体的温度大大提高，形成高温高压的燃气向后排出。

图2-74燃烧室

燃烧室主要由火焰筒、旋流器（涡流器）、燃油喷嘴和燃烧室外套等组成。火焰筒是空气与燃油混合燃烧的地方，火焰筒头部有旋流器和燃油喷嘴。从压气机出来的高压空气在火焰筒头部分为两股，一股（约占空气总量的25％）经火焰筒头部进入火焰筒，与燃油混合进行燃烧；另一股经火焰筒外部与燃烧室外套之间的通道向后流动，对火焰筒进行冷却，最后由火焰筒后部的小孔进入火焰筒，与第一股燃烧后的高温燃气混合，使燃烧室的出口燃气温度降低到涡轮能承受的温度，然后再流向涡轮。

4。涡轮

从燃烧室喷出的燃气和空气吹向涡轮，在气流的作用下使涡轮高速旋转做功，涡轮旋转带动压气机转动。涡轮的基本组成有导向器和工作叶轮（见图2-75），导向器安装在工作叶轮的前面，固定不动；工作叶轮通过轴与压气机转子轴连接。与压气机相似涡轮的导向器中安装有导向器叶片，工作叶轮周围安装有涡轮叶片。从燃烧室流出的气流，首先流过导向器叶片，速度加大、温度和压力降低，其次高速气流就以适当的角度冲击涡轮叶片，使涡轮高速旋转。对于不同型号的涡轮喷气发动机，涡轮可以从一级到很多级，而在前面级的涡轮叶片承受的温度高、转速大，后面级承受的温度低、转速也较小。由于涡轮在高速旋转，使涡轮的材料承受极大的惯性离心力的作用。燃气涡轮发动机工作时，涡轮前的燃气温度越高则发动机对热的利用率越好，经济性越好。但这个温度受到涡轮材料的强度和耐热性能的限制。

5。喷管

喷管安装在涡轮后面，其主要作用是使从涡轮流出的燃气膨胀、加速，增大燃气的动能，提高燃气的速度，使燃气以很大的速度按设计的方向排入大气，从而产生推力。喷管中装有整流锥（见图2-76），使涡轮出来的环状气流经过整流锥后变为柱形向后流动的气流。在大型飞机的喷管中常装有反推装置，当飞机着陆接地后打开反推装置，改变排气方向产生与飞机速度相反的推力，使飞机很快减速，从而缩短着陆时的滑跑距离（见图2-77）。有些喷管还装有消音装置，以减小发动机的排气噪声。

图2-75导向器和工作叶轮