一、航空发动机制作
航空发动机制造属于工业的皇冠。它的分类为
涡轮喷气发动机五大部件是进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管。此外还有热机(将热能转换为动能)和推进器(气流喷出获取反作用力)。
进气道功能是将足够的空气量, 以最小的流动损失顺利地引入压气机; 当飞行速度大于压气机进口处的气流速度时, 可以通过冲压压缩空气, 提高空气的压力。
压气机是发动机中最为重要的部件,由转子和静子组成。
转子在发动机轴的带动下高速旋转带动叶片对空气作功,压缩空气, 提高空气的压力
静子主要由机匣和导流叶片组成,使气流进一步减速,增加气体的压力
燃烧室:高压空气和燃油混合, 燃烧, 将化学能转变为热能,形成高温高压的燃气
涡轮:高温燃气作用下旋转做功的部件,由静子和转子组成。能量交换方式与压气机正好相反
尾喷管:使燃气加速,将一部分转换为动能,提高燃气速度,产生很大的推力
军用飞机的航空发动机还会使用加力燃烧室,位于涡轮和尾喷管之间,进一步喷油、增大发动机推力、提高机动性。当然也会使得燃油消耗率急剧增大,发动机效率降低。
加力燃烧室结构如图
航空发动机是飞机的心脏,直接影响飞机的性能、可靠性和经济型,是飞机核心部件。它的研制对于结构力学、材料学、气体动力学、工程热力学、转子动力学、流体力学、电子学、控制理论等学科都有极高要求。
随着航空的不断发展,近年来,航空发动机采用了大量新技术,比如空心风扇叶片、整体叶盘、隔热涂层、矢量喷管、复合材料即陶瓷与碳纤维材料等,这些都对研究、制造等提出了更高的要求。
我国航空发动机事业历经近70年发展,从仿制、改进改型,到逐步进入自主创新,先后研制出涡喷、涡扇发动机,成为能够独立研制航空发动机的少数国家之一。当然,我们与世界先进航空发动机制造水平还是存在不小差距,未然依然任重道远!
二、航空发动机制作流程
上个世纪的活塞航空发动机很多都是水冷的!但现在飞机用的涡扇发动机只能靠非常微不足道的风冷进行不是很有效的冷却方式 涡轮前端的温度可以通过外涵道的冷空气和给叶片打孔让冷空气通过进行冷却 效果不是很明显 但只能做到这样!
而最热的燃烧室和涡轮后端温度通常在2000多度 这个温度已经接近铁的沸点了 意思就是铁这种金属在这温度下可以被气化! 所以任何冷却液都绝对不可能正常工作 并且这个部位几乎没有任何办法进行冷却 外涵道得冷空气一样可以给这一部分扇热 但是效果不是很显著 所以只能靠材料硬抗~ 铁的熔点是1500度就已经完全融化了!发动机还要考虑压力 几圈叶片发出的推力可以让一个30多吨的战斗机超过几倍音速飞行 必然需要产生非常强劲的推力 任何推力都会产生相同力的反推力 想象下每一个薄薄的叶片上要承受多强的反推力!2000度以上任何金属都已经不是融化就是变软了 而且还要承受如此大的反推力 这已经超出了地球上自然界任何物质的承受的极限~只能靠人的智慧合成单晶合金 就是这种单晶合金可以在几乎无任何冷却作用的帮助下硬抗住这种高温 高压!
三、航空发动机如何制造
涡轮材料要非常耐高温,所以刚开始的时候是铁合金,后来变成了镍铬铁合金。。。现在又在研究陶瓷纤维类型的涡轮叶片。。。
总之,材料要耐高温,在高温下有很好的强度,下面找一段资料给你看看:
高温合金
又称超合金,使用温度范围为550~1100°C。英国于40年代最早研制成镍基合金尼蒙尼克75,用作燃气涡轮发动机的涡轮叶片材料。1945~1975年,高温合金有了很大发展,涡轮进口温度平均每年提高15°C(涡轮前温度每提高100°C,能使发动机推力增加15%)。随着合金化程度的提高,高温合金的锻压变形愈加困难,因此铸造合金逐渐得到发展和应用。镍基铸造合金的高温强度高,组织比较稳定,热疲劳性能好,是制造涡轮工作叶片和导向叶片的理想材料。从60年代初发展定向凝固铸造涡轮叶片以来,由于消除了垂直于应力方向的横向晶界,叶片的热疲劳寿命提高大约8倍,蠕变断裂寿命提高2倍多,塑性提高4倍。 定向凝固单晶涡轮叶片则完全消除了晶界,与普通铸造涡轮叶片相比,工作温度提高近100°C。
四、飞机发动机制作
1、铝合金。铝是一种轻金属,比重2.7左右。由于地球的吸引力的作用,要求飞机质量越轻越好。飞机越轻,飞的越高、越快、越远,装载量越大。但是铝的强度低,好在飞机不是拖拉机,它在空中飞行,不会碰到别的物体,所以,飞机的蒙皮大部分是用铝合金压制的,还有前机匣,飞机框架,肋条等。铝合金材料占飞机用料50%--70%左右。
2、镁合金。镁比铝更轻,比重2.1--2.3左右,熔点300度左右。强度更低。用来制造不承重的部件、壳体。例如各种活门壳体,油泵壳体等。镁合金材料占飞机用料5%--10%左右。
3、钛合金。钛也是一种轻金属,比重4.5左右,比铝重,但是强度很高,很耐高温,熔点1660多度,钛是造飞机的理想材料,飞机发动机,防弹部位,强化部位,加固部位,燃烧室,涡轮轴,涡轮盘,喷口等,大多数是用钛合金材料制造的。现代化的飞机,钛合金的用量比重越来越大。
4、镊钼钨合金。是造发动机的理想材料。飞机发动机的温度高达2000多度。一般的材料是不行的。只有钛钨钼合金才能胜任。飞机发动机装在飞机上时,用石棉布隔热,石棉是良好的隔热材料。把石棉做成板或做成布,把发动机包起来。发达的国家用强化石膏,陶瓷做隔热材料。我国已经用复合材料隔热(一层籽饰粉,一层钛钨合金板压制成型材)。
一、机身材料:
飞机在高空飞行时,机身增压座舱承受内压力,需要采用抗拉强度高、耐疲劳的硬铝作蒙皮材料。机身隔框一般采用超硬铝,承受较大载荷的加强框采用高强度结构钢或钛合金。很多飞机的机载雷达装在机身头部,一般采用玻璃纤维增强塑料做成的头锥将它罩住以便能透过电磁波。驾驶舱的座舱盖和风挡玻璃采用丙烯酸酯透明塑料(有机玻璃)。飞机在着陆时主起落架要在一瞬间承受几百千牛乃至几兆牛(几十吨力至几百吨力)的撞击力,因此必须采用冲击韧性好的超高强度结构钢。前起落架受力较小,通常采用普通合金钢或超硬铝。
从60年代末期开始,在飞机上使用的复合材料,已由当初只应用于口盖和舱门等非承力构件,逐步扩大应用到减速板和尾翼等次承力构件,而且正向用于机翼甚至前机身等主承力构件的方向发展。另外,为提高突防攻击能力、不被敌方雷达捕获,已在飞机上采用吸波材料.
二、机翼材料:
机翼是飞机的主要部件,早期的低速飞机的机翼为木结构,用布作蒙皮。这种机翼的结构强度低,气动效率差,早已被金属机翼所取代。机翼内部的梁是机翼的主要受力件,一般采用超硬铝和钢或钛合金;翼梁与机身的接头部分采用高强度结构钢。机翼蒙皮因上下翼面的受力情况不同,分别采用抗压性能好的超硬铝及抗拉和疲劳性能好的硬铝。为了减轻重量,机翼的前后缘常采用玻璃纤维增强塑料(玻璃钢)或铝蜂窝夹层(芯)结构。尾翼结构材料一般采用超硬铝。有时歼击机选用硼或碳纤维环氧复合材料,以减轻尾部重量,提高作战性能。尾翼上的方向舵和升降舵采用硬铝。有种复合材料应用于飞机机翼,即蜂窝型的复合材料,其有质轻且抗压功能。
五、航空发动机工艺
能生产飞机发动机的国家很多,但是能生产高性的航空发动机的国家很少。 世界喷气式民用飞机领域的最主要的发动机生产国是美国和英国,被三家公司垄断,美国的普拉特与惠特尼公司(P&W),美国通用电气(GE),英国的罗尔斯·罗伊斯公司(罗·罗,又称劳斯莱斯公司,注意现在与劳斯莱斯汽车不是一家公司) 能生产大型航空涡轮风扇发动机的国家是美国、英国、俄罗斯、乌克兰。 能自行研制涡轮风扇发动机的国家是美国、英国、俄罗斯、乌克兰、法国、中国和日本。
六、航空发动机制作工艺流程
其设计源美国联邦航空局于1953年认定活塞引擎的不足,对双引擎飞机提出“60分钟规定”。这项规定要求双引擎飞机在制定飞行路线时,航线上任意一点至可用备降机场不能超过60分钟的飞行距离。这令双引擎飞机在长距离航线上往往要绕道而行,也不能执行一些沿途备降机场不足的路线,以符合规定。
三引擎的MD11是为规避双发动机飞机“60分钟规定”这一约束而研制的。
设计特点在于尾翼有一发引擎。但其机身、翼展则比DC-10长,机翼的两端也加装了小翼,而翼切面的设计也得以改良。MD-11提供了新引擎供买家选择,使用了更多的复合材料,驾驶舱的设备也全面数字化。MD-11于2001年停产后不少MD-11被用在货运服务上,而退役的MD-11客机也被悉数改装为货机。