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3D动画展示:微型航模涡喷发动机工作原理_燃烧室

2020-07-29  圣人小童

航模用涡喷发动机现在已经十分普及。涡喷像真机以其速度和震撼的声音深深的吸引着众多航模爱好者。虽说同为喷气发动机,但航模使用的喷气式发动机与真飞机使用的喷气式发动机不同。今天我们就来详细了解一下航模用微型涡喷发动机的工作原理。

航模普遍采用离心式涡轮喷气发动机,而大型飞机或载人机则更倾向于轴流式涡喷或涡扇发动机。往期推送曾发过一篇国外制作的小型轴流涡喷发动机(点击查看航模轴流式涡喷发动机),但目前也仅限于实验。

别看航模涡喷发动机体积不大,但麻雀虽小,五脏俱全。一台涡喷发动机由进气喉管、离心式压气机、扩压器、燃烧室、喷油管、蒸发管、火花塞、涡轮、导流尾椎、发动机整流罩及发动机控制单元(ECU)和油泵组成。

涡喷发动机的工作原理是先由发动机最前端的压气机涡轮将空气压缩,压缩后的空气温度上升;空气从压气机进入燃烧室,将燃油雾化后形成油气混合物;火花塞或电热塞将混合气点燃,燃气爆燃做功,形成高温高压气体;高压气体推动涡轮运转,涡轮通过传动轴带动压气机涡轮吸气,形成整个热机循环。

尽管效率和压缩比没有轴流式压气机高,但相比于轴流式压气机,离心式压气机结构简单,制造相对容易,更适合小型涡喷发动机使用。

离心式压气机由离心涡轮和扩压器组成。气流由进气口进入,涡轮旋转对气流增速,并将气流“甩”到四周进入扩压器,高速气流进入扩压器后减速增压,再进入燃烧室。

离心式涡轮

扩压器

安装在涡喷燃烧室上的扩压器(图为玄云涡喷)

气流从压气机流出时的速度可以到几百公里每小时,火焰很难在如此高的风速下稳定燃烧。所以,气流在进入燃烧室前,要先进行减速增压。

从图中我们可以很直观的看出气流的流动方向和发动机的做功过程

航模涡喷发动机燃烧室进气是从发动机尾部反向流入燃烧室的。气流从燃烧室外流过,从燃烧室后部的蒸发管进入。高速气流在撞到发动机内壁转弯时会产生涡流,引起能量的损失,从而降低气流速度,同时,这样做还可以给发动机和燃烧室降温,避免燃烧室过热。

涡喷发动机燃烧室

燃烧室是整台发动机的核心。不要小看燃烧室上的这些小孔,每个小孔的位置及大小都是十分讲究的。

发动机燃烧室上的开孔分为主燃孔、补燃孔、气膜冷却孔等,起到组织气流区,稳定火焰的目的。每个孔的尺寸都会对发动机的功率、油门线性产生很大的影响,是整台发动机技术的核心。

蒸发管

涡喷发动机燃油气化是通过毛细油管将油喷到蒸发管内壁上,由于蒸发管温度高,燃油碰到蒸发管后受热会变成燃油蒸汽,与空气混合后形成油气混合物,一起喷入燃烧室。

喷油管(图为玄云涡喷发动机喷油管)

在启动时,油气混合物进入燃烧室后,需要靠外部点火引燃混合气。早期的涡喷发动机采用外置火花塞或类似甲醇机的电热塞,现今涡喷启动点火方式普遍通过发动机内部的电热头引燃混合气。

电热式点火头(玄云涡喷发动机)

涡喷发动机的转速可以达到10万转以上,主轴采用强度高、耐热好的材料制作,轴承为陶瓷轴承。

涡喷发动机主轴

高温高压燃气从燃烧室喷出后,经过定子叶片,驱动涡轮转动。定子叶片起到改变气流方向的作用,如果没有定子调整气流方向,燃烧室的气流直接作用在涡轮上,那么涡轮的扭矩和转速都会大打折扣。

图为定子叶片和涡轮

定子和发动机轴承座

拆去外壳后的发动机整体核心部分

涡喷发动机虽说结构看起来很简单,但每处的尺寸都是非常严格的,技术含量非常高,而且加工也很复杂。这也是涡喷发动机价格昂贵的原因。我们在使用涡喷发动机时一定要严格按照说明书上的要求进行操作,由于涡喷发动机更容易产生明火,在操作时要格外谨慎

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