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塞斯納龐巴迪

渦軸發動機

  在帶有壓氣機的渦輪發動機這一類型中,渦輪軸發動機出現得較晚,但已在直升機和垂直/短距起落飛機上得到了廣泛的應用。

  渦輪軸發動機于1951年12月開始裝在直升機上,作第一次飛行。那時它屬于渦輪螺槳發動機,并沒有自成體系。以后隨著直升機在軍事和國民經濟上使用越來越普遍,渦輪軸發動機才獲得獨立的地位。

  在工作和構造上,渦輪軸發動機同渦輪螺槳發動機根相近。它們都是由渦輪風扇發動機的原理演變而來,只不過后者將風扇變成了螺旋槳,而前者將風扇變成了直升機的旋翼。除此之外,渦輪軸發動機也有自己的特點:它一般裝有自由渦輪(即不帶動壓氣機,專為輸出功率用的渦輪),而且主要用在直升機和垂直/短距起落飛機上。

  在構造上,渦輪軸發動機也有進氣道、壓氣機、燃燒室和尾噴管等燃氣發生器基本構造,但它一般都裝有自由渦輪,如圖所示,前面的是兩級普通渦輪,它帶動壓氣機,維持發動機工作,后面的二級是自由渦輪,燃氣在其中作功,通過傳動軸專門用來帶動直升機的旋翼旋轉,使它升空飛行。此外,從渦輪流出來的燃氣,經過尾噴管噴出,可產生一定的推力,由于噴速不大,這種推力很小,如折合為功率,大約僅占總功率的十分之一左右。有時噴速過小,甚至不產生什么推力。為了合理地安排直升機的結構,渦輪軸發動機的噴口,可以向上,向下或向兩側,不象渦輪噴氣發動機那樣非向后不可。這有利于直升機設計時的總體安排。

  渦輪軸發動機是用于直升機的,它與旋翼配合,構成了直升機的動力裝置。按照渦輪風扇發動機的理論,從理論上講,旋翼的直徑愈大愈好。同樣的核心發動機,產生同樣的循環功率,所配合的旋翼直徑愈大,則在旋翼上所產生的升力愈大。事實上,由于在能量轉換過程中有損失,旋翼也不可能制成無限大,所以,旋翼的直徑是有限制的。——般說,通過旋翼的空氣流量是通過渦輪軸發動機的空氣流量的500-1000倍。

  同渦輪軸發動機和直升機常用的另一種動力裝置——活塞發動機采相比,渦輪軸發動機的功率重量比要大得多,在2.5以上。而且就發動機所產生的功率來說,渦輪軸發動機也大得多,目前使用中的渦輪軸發動機所產生的功率,最高可達6000馬力甚至10000馬力,活塞發動則相差很遠。在經濟性上,渦輪軸發動機的耗油率略高于最好的活塞式發動機,但它所用的航空煤油要比前者所用的汽油便宜,這在一定程度上得到了彌補。當然,渦輪軸發動機也有其不足之處。它制造比較困難,制造成本也較高。特別是由于旋翼的轉速更低,它需要比渦輪螺旋槳發動機更重更大的減速齒輪系統,有時它的重量竟占發動機總重量一半以上。

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