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1、飞机飞机发动机空气系统发动机空气系统 1空空气气系系统统发动机空气系统发动机空气系统发动机冷却发动机冷却空气系统控制空气系统控制发动机坊冰发动机坊冰21.1.空空气气系系统统/冷冷却却发动机发动机空气系统空气系统冷却冷却外部空气系统外部空气系统内部空气系统内部空气系统冷却区域冷却区域任务任务内部封严内部封严压力平衡压力平衡内部冷却内部冷却燃烧室冷却燃烧室冷却涡轮冷却涡轮冷却高压涡轮导向器高压涡轮导向器和叶片冷却和叶片冷却涡轮盘和轴冷却涡轮盘和轴冷却轴承腔冷却轴承腔冷却附件冷却附件冷却通风整流罩通风整流罩发动机机匣发动机机匣31.1 1.1 外部空气系统外部空气系统41.2 1.2 内部空气系统
2、内部空气系统-概述概述定义：定义：即发动机内部空气系统：指对发动机即发动机内部空气系统：指对发动机推力的产推力的产生无直接影响生无直接影响的那部分空气流。的那部分空气流。功能：功能：用于发动机方面：发动机内部和附件装置的冷却、用于发动机方面：发动机内部和附件装置的冷却、轴承腔封严、平衡轴承的轴向载荷、压气机防喘轴承腔封严、平衡轴承的轴向载荷、压气机防喘振控制、控制涡轮叶片的叶尖间隙、发动机防冰、振控制、控制涡轮叶片的叶尖间隙、发动机防冰、发动机启动等。发动机启动等。用于飞机方面：座舱环境控制、机翼防冰、探头用于飞机方面：座舱环境控制、机翼防冰、探头加温等。加温等。5来源：来源：发动机引气：可从
3、风扇、压气机的中间级、高压发动机引气：可从风扇、压气机的中间级、高压级引出；级引出；辅助动力装置的引气；辅助动力装置的引气；地面气源供气。地面气源供气。组成：组成：引气管道、单向活门、压力调节和空气冷却系统、引气管道、单向活门、压力调节和空气冷却系统、引气关断活门、气源总管等。引气关断活门、气源总管等。61.3 1.3 空气系统冷却功用空气系统冷却功用降低部件温度，使之可以在超过其材料限制的温度降低部件温度，使之可以在超过其材料限制的温度下工作；下工作；控制温度分布均匀，避免温度梯度，防止出现因温控制温度分布均匀，避免温度梯度，防止出现因温度不匀产生的热应力；度不匀产生的热应力；控制热膨胀，改
4、善发动机效率。控制热膨胀，改善发动机效率。发动机需要冷却的主要区域：燃烧室、涡轮、发动机需要冷却的主要区域：燃烧室、涡轮、轴承。轴承。7燃烧室冷却：燃烧室冷却：原因：燃气温度太高（原因：燃气温度太高（18002000 18002000 O OC C）不适于进入涡轮导）不适于进入涡轮导向器叶片。向器叶片。涡轮冷却：涡轮冷却：原因原因:材料的耐温极限；材料的耐温极限；涡轮盘温度分布不均匀；涡轮盘温度分布不均匀；通过冷却进行间隙控制。通过冷却进行间隙控制。意义：在超过材料限制的温度下工作；防止热应力疲劳及意义：在超过材料限制的温度下工作；防止热应力疲劳及不可控的膨胀率和收缩率；控制涡轮间隙，提高发动
5、机性不可控的膨胀率和收缩率；控制涡轮间隙，提高发动机性能；延长涡轮导向叶片和涡轮叶片及盘、轴的寿命。能；延长涡轮导向叶片和涡轮叶片及盘、轴的寿命。8高压涡轮导向器和叶片冷却：高压涡轮导向器和叶片冷却：有单通道、多通道内部对流冷却、冲击冷却、外部有单通道、多通道内部对流冷却、冲击冷却、外部气膜冷却等方法。气膜冷却等方法。涡轮盘和轴承冷却：涡轮盘和轴承冷却：采用双层壁结构轴承座，引入压气机空气，进入其采用双层壁结构轴承座，引入压气机空气，进入其中的空腔进行循环冷却。冷却空气还提供轴承滑油中的空腔进行循环冷却。冷却空气还提供轴承滑油腔的封严和增压，阻止内部滑油腔的滑油向外泄漏。腔的封严和增压，阻止内
6、部滑油腔的滑油向外泄漏。附件冷却：附件冷却：发电机、点火导线；发电机、点火导线；9空气系统控制空气系统控制涡轮间隙控制涡轮间隙控制压气机气流控制压气机气流控制可调放气活门可调放气活门VBV可调静子叶片可调静子叶片VSV高压涡轮间隙高压涡轮间隙HPTACC低压涡轮间隙低压涡轮间隙LPTACC过度放气活门过度放气活门TBV2.2.空空气气系系统统控控制制102.1 2.1 压气机稳定性控制压气机稳定性控制不稳定工作不稳定工作:失速：在压气机转速保持不变的情况下，由于某失速：在压气机转速保持不变的情况下，由于某种原因进入压气机的空气流量减少，造成叶轮进种原因进入压气机的空气流量减少，造成叶轮进口攻角
7、过大，在叶背处发生气流分离的现象叫失口攻角过大，在叶背处发生气流分离的现象叫失速。速。喘振：由叶片失速引起的，发生在压气机轴线方喘振：由叶片失速引起的，发生在压气机轴线方向上的低频率高振幅的气流振荡现象叫喘振。向上的低频率高振幅的气流振荡现象叫喘振。11防喘措施：防喘措施：中间级放气；中间级放气；压气机静子叶片可调；压气机静子叶片可调；采用多转子。采用多转子。喘振的探测：喘振的探测：依据压气机出口压力的下降率或转子的减速率来判断。依据压气机出口压力的下降率或转子的减速率来判断。一旦探测出发生喘振，自动打开放气活门，可调静子叶一旦探测出发生喘振，自动打开放气活门，可调静子叶片向关的方向上调节，瞬
8、时减少供油，提供高能高值点片向关的方向上调节，瞬时减少供油，提供高能高值点火，使发动机从喘振状态恢复过来。火，使发动机从喘振状态恢复过来。常出现喘振的阶段：启动、加速、减速和反推。常出现喘振的阶段：启动、加速、减速和反推。12放气活门防喘工作原理放气活门防喘工作原理：探测到喘振时，放气活门打开放气，增大放气活门探测到喘振时，放气活门打开放气，增大放气活门之前各级的气流轴向速度，气流攻角减小，起到防之前各级的气流轴向速度，气流攻角减小，起到防止喘振的作用。脱离喘振区后，放气活门关闭。放止喘振的作用。脱离喘振区后，放气活门关闭。放气活门还有防止后边各级压气机进入涡轮状态的功气活门还有防止后边各级压
9、气机进入涡轮状态的功能能放气活门关闭过早或过晚均不利：放气活门关闭过早或过晚均不利：关闭过早，发动关闭过早，发动机没有脱离喘振范围，仍可能喘振；关闭过晚，放机没有脱离喘振范围，仍可能喘振；关闭过晚，放掉空气，造成浪费。掉空气，造成浪费。13目前民用航空目前民用航空发动机上大多发动机上大多采用采用可调放气可调放气活门活门(VBV)(VBV)和和可调静子叶片可调静子叶片(VSV)(VSV)：控制部件控制部件作动部件作动部件反馈部件反馈部件作动部件作动部件反馈部件反馈部件控制部件控制部件14VBVVBV工作原理：工作原理：活门开度根据发动机工作状态参数计算后，决定活门开度根据发动机工作状态参数计算后
10、，决定开、关和开度大小。开、关和开度大小。大气温度高，放气关闭时对应的发动机转速增大。大气温度高，放气关闭时对应的发动机转速增大。活门实际位置通过反馈钢索传回控制器与要求位活门实际位置通过反馈钢索传回控制器与要求位置比较。置比较。1516VSVVSV工作原理：工作原理：可调静子叶片（可调静子叶片（VSVVSV）通常是将高压压气机的进口导向叶）通常是将高压压气机的进口导向叶片和前几级静子叶片做成可调的。在压气机不同的工作状片和前几级静子叶片做成可调的。在压气机不同的工作状态及外界条件下，通过改变工作叶轮进口处绝对速度的切态及外界条件下，通过改变工作叶轮进口处绝对速度的切向分量大小，从而改变相对速
11、度的方向，减小攻角，防止向分量大小，从而改变相对速度的方向，减小攻角，防止喘振。喘振。转速低时，叶片关小；转速高时，叶片开大。转速低时，叶片关小；转速高时，叶片开大。叶片实际位置通过反馈钢索传回控制器与要求位置比较，叶片实际位置通过反馈钢索传回控制器与要求位置比较，或传感器传回控制器与要求位置比较。或传感器传回控制器与要求位置比较。为保证防喘装置工作可靠，为保证防喘装置工作可靠，VBVVBV和和VSVVSV反馈钢索必须反馈钢索必须定期或结合故障进行检查和调整，如行程检查、阻定期或结合故障进行检查和调整，如行程检查、阻力检查和校装。力检查和校装。1718192.2 2.2 间隙控制系统间隙控制系
12、统目的：保持涡轮叶片叶尖和机匣之间的间隙目的：保持涡轮叶片叶尖和机匣之间的间隙为最佳，减少漏气损失，提高发动机性能。为最佳，减少漏气损失，提高发动机性能。方法：在发动机不同的工作状态下，通过引方法：在发动机不同的工作状态下，通过引入风扇或压气机不同级的空气，进入涡轮机入风扇或压气机不同级的空气，进入涡轮机匣进行冷却，以达到控制涡轮机匣的膨胀量，匣进行冷却，以达到控制涡轮机匣的膨胀量，与叶片在此发动机工作状态下的伸长量相一与叶片在此发动机工作状态下的伸长量相一致。致。2021HPTACC工作原理工作原理高压涡轮间隙控制高压涡轮间隙控制活门混合空气控制高压涡轮护罩活门混合空气控制高压涡轮护罩支架的
13、热力膨胀。通常支架的热力膨胀。通常HPTACC 系系统统保持在保持在HPT 叶尖与机匣支架之叶尖与机匣支架之间间的的间间隙至最小。但当隙至最小。但当发动发动机内机内部温度不部温度不稳稳定定时时或在大功率或在大功率时时，HPTACC系系统统增加增加涡轮间涡轮间隙。隙。HPTACC系系统统增大增大间间隙以确保高隙以确保高压涡轮压涡轮叶尖与叶尖与护护罩不接触。罩不接触。2223LPTACC工作原理工作原理低低压涡轮间压涡轮间隙控制系隙控制系统统控制低控制低压涡轮压涡轮（LPT）叶尖）叶尖间间隙。隙。LPTACC增加或减少流至增加或减少流至LPT 机匣的机匣的风风扇出扇出口空气量。冷却低口空气量。冷却
14、低压涡轮压涡轮机匣控制保持机匣控制保持LPT叶尖叶尖间间隙至最小的隙至最小的热热力膨力膨胀胀。这样这样可提高燃油效率。可提高燃油效率。24253.3.引气防冰引气防冰结冰条件和位置结冰条件和位置:当飞机穿越含有过冷水珠的云层或在有冻雾的当飞机穿越含有过冷水珠的云层或在有冻雾的地面工作时，发动机的进气道前缘，压气机前地面工作时，发动机的进气道前缘，压气机前缘整流罩、第一级导流叶片都有可能结冰。缘整流罩、第一级导流叶片都有可能结冰。危害（为什麽要防冰）危害（为什麽要防冰）:结冰会破坏进气道的气动外形，减小进气面积，结冰会破坏进气道的气动外形，减小进气面积，使空气流量减少，功率下降，性能变差，进一使
15、空气流量减少，功率下降，性能变差，进一步引致发动机故障。步引致发动机故障。结冰会破坏转子的平衡，引起发动机振动过大。结冰会破坏转子的平衡，引起发动机振动过大。脱落下来的冰块还可能被吸入发动机，打坏发脱落下来的冰块还可能被吸入发动机，打坏发动机部件。动机部件。26发动机对其防冰系统的要求：发动机对其防冰系统的要求：防冰系统必须在该飞机的使用要求内有效地防防冰系统必须在该飞机的使用要求内有效地防止冰的生成；工作可靠；易维护；重量轻；工作时止冰的生成；工作可靠；易维护；重量轻；工作时不会引起发动机严重的性能损失。不会引起发动机严重的性能损失。防冰方法：防冰方法：热空气加温防冰和电加温防冰。热空气加温防冰和电加温防冰。27