民航概论第二章2

第二章、民用航空器飞机的动力装置飞机的仪表和电子装置§2.4飞机动力装置发动机是飞机的核心部分、飞机的心脏，为飞机提供动力，包括发动机、螺旋桨、辅助动力装置及其他附件，其中最主要的部分是发动机。分类：1、活塞式发动机活塞式发动机的组成：气缸、活塞、连杆和曲轴四冲程活塞发动机：进气：进气活门打开，油、气进入气缸，活塞下移压缩：进气、排气活门关闭，曲轴惯性向上，混合体受压缩，至上死点；温度，400℃；压力，10几个大气压工作：上、下死点的容积比称压缩比，在5-8之间。点火，燃烧，活塞向下快速运动，产生机械能；温度，2500℃；压力，50-75个大气压排气：曲轴从下死点惯性旋转，活塞向上，进气活门关闭，排气活门打开废气排出每次循环：往复两次，四个冲程单个气缸功率不够多缸：工作时间错开，振动均匀，5-28缸4000马力；往复运动，连续旋转，惯性使活塞运动保持下去曲轴输出功率，使螺旋桨转动，产生拉力曲轴通过齿轮带动凸轮轴，控制气门顺序开闭进、排气活门活塞式发动机的结构活塞式发动机的系统燃料系统组成：油箱，导管和进气系统点火系统：磁电机——产生高压电点火分配器——高压电按顺序送到各火花塞火花塞——发出电火花点燃混合气体润滑系统：减少机件之间的摩擦阻力滑油箱，滑油泵——将滑油送到各摩擦面，流回滑油箱，管道冷却系统：液冷式——发动机截面小，阻力小，结构复杂，重量大。用气缸外流动的冷却液吸收热量，散热器上气流带走冷却液吸收的热量气冷式——冷却效率高，迎风面积大，结构简单重量较轻，使用居多，气缸外壁上有许多散热片；气缸迎风呈星形布置，迎风气流带走热量启动系统：气动——压缩空气充入气缸使发动机启动电动——启动电机带动启动机使曲轴旋转活塞式发动机的性能燃油消耗率：每马力小时消耗油量。单位，公斤/马力小时最初1，目前0.2-0.25重量功率比：单位，公斤/马力，最初6.4，20世纪40年代0.52、螺旋桨发动机+螺旋桨，产生拉力或推力叶片（2-6个）从根部到顶部扭曲截面为翼型面组成迎角：桨叶的叶弦相对于迎面气流的角度（α）α从根部到尖部逐渐变小，是为了保持叶片各段产生大致相等的拉力桨叶角：桨叶剖面的叶弦与旋转平面的夹角（φ）,又叫安装角α与φ的关系：飞机不动，α=φ飞机运动旋转v1前进v2桨叶相对气流u空中螺旋桨αφ3、空气喷气发动机喷气发动机原理热能转化为机械能发动机内的气流燃烧，膨胀，向后排出，产生反作用力，飞机向前发动机内的气流燃烧，膨胀，向后排出，产生反作用力，飞机向前F=ma=m[(v2-v1)/Δt]=(m/Δt)(v2-v1)=G(v2-v1)G每秒喷出的燃气的质量F=G(v-v0)v燃气喷出的速度v0飞行速度喷气发动机和螺旋桨推力产生的不同之处：依靠内部气体的排出产生的反作用力：高空、无空气处不受影响螺旋桨依靠外部介质（空气）产生的反作用力高空受影响推力的产生相同点：热能转化为机械能不同点：活塞式：封闭空间点燃喷气式：开敞空间燃烧，不需坚固的器壁，连杆，曲轴重量轻喷气发动机的出现使高速飞行成为可能能量的转化涡轮式喷气发动机的构造基本组成：进气道，压气机，燃烧室，涡轮，尾喷管比较活塞式发动机做功是周期性的涡喷发动机是连续的进气道使进入发动机的空气流平稳地，以稳定的流速连续进行，有防冰装置压气机作用：使空气压力增大，密度增大轴流式压气机：沿发动机轴向逐级压缩9级增加7.14倍，温度500K以上离心式压气机：依靠离心力把气体压向叶轮的外缘燃烧室燃油雾化后喷入，与高压空气混合后点燃环形燃烧室：由内外四层壳体组成、内壁和外壁、中间是火焰筒，火焰温度2000℃以上，火焰筒温度900-1000℃其它燃烧室：单管燃烧室，多个独立管状燃烧室组成（6-16个）联管燃烧室，多个管状火焰筒，由联焰管连通涡轮高速旋转，在气流作用下做功带动压气机转动1级到多级构造：前小后大材料：耐高温合金材料涡轮前温度1400℃尾喷管圆筒状：喷口处面积缩小使排出气流流速增加整流锥：使环形气流变为柱形反推：打开时，气流产生向后的拉力，使飞机减速。涡轮喷气发动机的特点：重量轻，推力大，高速性能好，油耗大，经济性差涡轮输出轴功率带动螺旋桨构造和涡喷基本相同；增加两个要求_涡轮级数相应增加–减速机构(为使发动机紧凑，可采用离心式压气机)动力分配：90%拉力（螺旋桨产生），10%推力（尾喷管产生）应用：800km/h以下油耗接近活塞式，燃烧煤油，马力大，用于中速支线飞机涡论螺旋浆发动机涡轮风扇发动机•高亚音速实现低油耗飞行，压气机前加几级风扇，之后气流分成两部分•外涵道：气流从核心发动机外流过，产生推力，类似螺旋桨•内涵道：气流通过核心发动机，推动涡轮，从尾喷管排出，与涡喷相同•结构特点：叶片缩短，有限涵道，避免叶尖激波•涵道比：外/内涵道流量比一般在5-8之间（涵道比大，经济性高；但太大会导致阻力上升，造成制造困难）•涡轮前温度：1250℃增压比27•涡扇发动机特点：空气流量大推力大高亚音速时油耗低，噪音低，民航飞机上应用广泛.涡轮轴发动机•应用于直升机和只输出轴功率而不需要喷气动力的机械的一种涡轮发动机•构成：两套涡轮，一套带动压气机；另一套专门输出功率—自由涡轮带动减速器进而带动旋翼，喷气通过自由涡轮后动力很小•涡轴发动机的特点：—结构重量轻，功率大，油耗低—制造困难，技术复杂，减速器重量大，初成本涡喷发动机的附属系统1）燃油系统：把储油装置（油箱）和发动机连接起来，按预定的油量和程序向发动机供油2）启动系统：带动发动机启动，有电动机启动和空气启动3）附件传动系统：减速齿轮装置，为飞机的液压，气压和电气装置提供动力4）润滑系统：对涡轮发动机的所有齿轮，轴承用润滑油润滑和冷却。组成：滑油箱、滑油泵、供油管道、供油喷嘴、回油管道，冷却装置5）控制仪表系统：使驾驶员能控制和选择发动机的状态，通过仪表监视发动机的工作情况压力表，温度表，转速表，燃油流量和油量表，振动指示器，扭矩表6）冷却系统：大部分由空气冷却，齿轮箱，轴承由滑油冷却4.发动机的性能和安装发动机的性能–功率和推力的关系：发动机产生的动能有多少用语推动飞机，这个比值叫做推进效率；–推进效率和飞行速度有直接关系；–耗油率：千克（油量）/马力小时（螺旋桨）千克（油量）/千牛小时（喷气）耗油率越低越好–重量：功率重量比：马力重量比（螺旋桨）越高越好推力重量比：公斤力/公斤（喷气）越高越好发动机的安装位置–螺旋桨发动机：机身前段、机翼上–喷气式发动机：机翼根部、中部短舱内、机身尾部—翼吊布局：阻力小、噪声小、偏航力矩大—尾吊布局：阻力小、噪声小、力矩小—混合布局：如MD11发动机在机头：发动机在机翼：发动机在机翼根部：发动机在翼下吊舱：发动机在尾部B727发动机在尾部雅克42发动机在翼下和尾部的混合布局MD115.辅助动力装置•向飞机提供电力，压缩空气•飞前：APU供电启动主发动机•起飞时：APU提供电力和压缩空气，115V三相交流电•降落后：APU提供电力和空调•空中发动机停车：APU启动•APU是一个完整的独立系统，有独立的附加齿轮箱，润滑系统，冷却系统，防火系统，但是在控制上它和整架飞机是一体的。•电子控制组件ECU协调APU的启动，操纵，监控以及空气输出。并显示到发动机指示与机组浸膏系统EICAS的屏幕上。APUB737§2.5飞机电子仪表装置飞行仪表机械式仪表无线电仪表和装置电子综合仪表飞机的自动驾驶和飞行控制系统飞行管理系统5.1、飞行仪表•在飞机出现的早期，飞机上只有简单的计时、测温的仪表，没有专门的飞行仪表。驾驶员主要依靠目视来飞行。•但是仅仅依靠驾驶员的感官操纵，保证不了飞行的安全需要，飞行仪表应运而生。5.2、机械式仪表1、气压式仪表利用大气的压力和空气的动压测出飞行的高度和空速以及相关参数。这类仪表的核心部分是感受气压变化的金属膜盒。气压式高度仪表•依据大气压随着高度升高呈线性下降，测出这一高度的气压就可以换算出高度值。•飞机飞行的高度是指飞机在空中的位置和所选定的高度差值。标准气压高度：指飞机到标准气压平面之间的高度。气压式仪表相对高度：指飞机对制定的机场地面之间的高度；真实高度：指飞机和它正下方的地面之间的垂直距离；绝对高度：指飞机到海平面之间的高度。•飞机上的高度表有两类：气压高度表和无线电高度表，无线电高度表用来测量飞机距地面某点的真实高度。速度表•飞行速度和飞行高度一样，也有不同的定义：•真空速：指飞机对空气的运动速度；•指示空速：测量空气压力的表上直接指示速度；•升降速度：飞机对地面运动的上升或下降的速度；•地速：飞机运动速度对地面的水平分量；•马赫数：飞行速度和当地音速的比。•所有的气压式仪表都是利用测量总压、静压和大气温度通过机械传动指针而工作的。大气温度表•组成：温度探头和温度表•大气总温包括两部分：静温和动温2、陀螺仪表•是以陀螺为基础的，包括陀螺地平仪、侧滑指示器、姿态指引仪和陀螺航向仪。•陀螺：其核心部分是一个高速旋转的转子，它的旋转轴指向空间固定的方向。利用陀螺的定轴性使陀螺轴指向空间的一个固定方向，以它作为基准，就可以得到飞机的各种姿态变化。•地平仪：也叫姿态指示器，用来指示飞机与地平面之间的相对关系，即只是飞机的俯仰和倾斜角度。•利用飞机标志和人工地平线显示出飞机的飞行姿态，地平线指示的是惯性平台的位置或计算出的地平基准，飞机标志则表示飞机本身相对于地平面角度的变化。如果飞机上仰，飞机标志在地平线上；下俯时，飞机标志在地平线下。左侧倾或右侧倾都可以由飞机标志的倾斜上看出来。•协调转弯仪：是为驾驶员指示侧倾和偏航的协调而设计的，表盘上部的飞机标志和陀螺组成转弯仪，当飞机有侧倾和偏航运动时，飞机标志就会指示出飞机转弯坡度的大小。•表盘下部的盛有液体的密封弯管内，悬浮着一个小球，当飞机平衡时，小球处于弯管中央的最低位置，当飞机处于不平衡状态时，小球会偏离其平衡位置。•姿态指引仪：表盘由地平仪和转弯侧滑仪综合而成，表盘中央是一个固定的飞机标志，背景是带有人工地平线的球形刻度盘，由此指示出飞机的姿态。3、航向仪表•航向仪表是主要依靠磁罗盘类型的仪表。•磁罗盘利用磁针指示方向辨别地球的南北极，但是磁罗盘还受到机场内钢铁构建的此行干扰，会出现误差，因此磁罗盘只适用于飞机巡航平飞时，它在大、中型飞机中只作为备用仪表。•航向指示仪，它的陀螺指向起始状态，飞机静止时或平飞时要调整的和磁针指向一致，表盘中央的飞机标志固定，而表上的罗盘刻度则随着机身的偏航而转动，由此指示出飞机的航向。•水平状态指示器，它的基本部分是航向指示器，它利用机上的计算系统适时调整航器指示器出现的偏移，并把风速、地速、飞机的偏离等显示在表盘的周围，使驾驶员能迅速掌握航向方向的大量数据，正确操纵飞机。4、飞机仪表板的安排•呈基准T型分布。5.3、无线电仪表和装置无线电仪表设备安系统可分为通信设备系统、导航设备系统和雷达系统。1、飞机无线电通信系统•主要作用：是飞机在飞行的个阶段中和地面的航行管制人员、维修人员保持双向的语音和信号联系，这个系统也提供了飞机内部人员之间和旅客联络服务，它分为：•甚高频通信系统：作用范围只在目视范围之内，作用距离随高度变化，主要用于飞机在起飞、降落时或通过控制空域时机组人元和地面人员的双向语音通信。•高频通信系统：用于飞行中保持与基地和远方航站的联络。•选择呼叫系统：当地面呼叫一架飞机时，飞机上的选择呼叫系统以灯光和音响通知机组有人呼叫，从而进行联络。•音频综合系统：包括机组人员之间的通话系统、对旅客的广播和电视等娱乐设施以及飞机在地面时机组和地面维护人员之间的通话系统。2、无线电导航仪表•主要包括罗盘系统、甚高频全向信标系统、仪表着路系统、无线电高度表、测距机、气象雷达。•飞机的无线电罗盘系统：利用无线电罗盘系统来测定飞机纵轴与地面导航台的相对方位角，从而引导飞机按照一定方向飞行。•测距机：利用飞机和地面测距台之间的无线电