涡扇发动机的工作原理以及使用注意事项解析图_涡扇发动机的工作原理以及使用注意事项解析

涡扇发动机用途广泛，市场巨大，对国民经济发展、国防建设和科技进步具有重大的推动和战略意义。涡扇发动机的优点是推力大、推进效率高、噪音低、油耗低、航程远。尤其是大涵道比的涡扇发动机，性能和适航性要求更高，经济性和环保性更好。

1.涡扇发动机的工作原理

图：涡扇发动机工作原理示意图

空气经过风扇后，分为两路：一路是内部气流进入发动机，被压气机压缩，使气体的压力增大，体积减小，压缩的空气越多，发动机的热效率就会越高。如果是两级压气机的高压压气机，压缩进核心机的空气在核心机加入燃油后与核心机的压缩空气混合，同时被点燃燃烧。混合气体燃烧过程中，温度升高，压力基本不变，体积迅速增大。产生的气体进入涡轮继续膨胀，膨胀的气体到达喷嘴后继续膨胀。在气体膨胀的整个过程中，涡轮需要从气体中提取一部分能量，一部分剩余的热能转化为动能，使气体高速喷出，一部分热能随气体排出。在这个过程中，压力和温度下降，体积不断增加。另一种方式是外风道气流，风扇后的空气通过外风道直接排入大气或随喷嘴内部气体排出。涡扇发动机的推力是利用气体从尾喷管出来时的完全膨胀获得的。

风扇转速提供N1发动机参数，高压转子转速提供N2发动机参数(如果有三台压缩机，N2代表中压转子转速，N3代表高压转子转速)，其中N1和N2参数以百分比显示领先转速(见图1)。

2.涡扇发动机的主要部件

涡扇发动机包括风扇、进气口、低压压气机、高压压气机燃烧室、驱动压气机的高压涡轮、驱动风扇的低压涡轮、尾喷管(见图2-3)、附件传动系统、燃油系统、点火和起动系统、滑油系统、全功率数字式发动机控制FADEC、空气系统、反推系统等。

图：带有三个转子的劳斯莱斯涡轮风扇发动机的示意图

照片：Trent700 A330发动机

三。介绍FADEC的作品

FADEC(全权限数字发动机控制系统)是一个数字控制系统。FADEC的功能是执行完整的引擎管理，包括两个冗余通道，其中一个是活动的，另一个是备用的。如果一个通道出现故障，另一个通道会自动接管控制权。以空客330的FADEC为例：

气体生成控制(燃料流量的控制、加速和减速计划、可调叶片/可调入口导向叶片和泄放阀的编程、涡轮间隙的控制、怠速设定值)；

发动机超限保护(N1、N2超速保护、涡轮超速、地面发动机起动时发动机排气温度的EGT监控)；

推力管理(自动控制发动机推力水平，自动恢复到N1状态，计算推力参数极限，基于推力手柄位置的人工推力管理，自动推力管理)；

发动机自动启动顺序(控制：启动阀、高压燃油阀、燃油流量、点火、N1、N3、燃油量和EGT监测、初始启动暂停和循环、自动重新点火和快速重新点火功能)；

手动发动机起动顺序(被动发动机监测、控制：起动阀、高压燃油阀、点火)；

反推力控制(在反推力操作过程中，提前调整致动阻风门和发动机设置)；

传送到驾驶舱指示器的发动机参数和发动机监控信息(主发动机参数、起动系统状态、反推系统状态、FADEC系统状态和二级发动机参数)；

计算使用的燃料(燃料流量积分)；

发动机热管理(控制涡轮壳体、轴和ge的冷却

故障检测、隔离和记录；

风扇失速保护(起飞调整发动机加速程序：该逻辑确保在起飞和运行过程中自动设定一个逐渐增大的推力，失速逻辑：当检测到风扇失速时，触发由燃油流量减少和变桨静子叶片组成的恢复逻辑)；

保护区外的逻辑(在地面上，为了防止风扇不稳定，该逻辑避免发动机在1.16 ~ 1.28 EPR范围内稳定运行，而在N1速度模式下，避免的区域取决于外部条件)。

当发动机起动方式为人工方式时，飞行员使用推力手柄设定推力；在起动方式下，推力由FMGS在自动方式下设定；FADEC防止推力超过人工和自动方式下推力手柄位置的额定极限。

四。发动机润滑油系统的监控

机油极限数据中的最高和最低温度主要监测传动系统的润滑是否正常。如果油温过低或粘度过高，会增加传动扭矩，严重时甚至会损坏发动机轴承等零部件；油温过高表明可能存在漏油或传动部件损坏等情况。油温是监控发动机轴承是否正常运转的重要指标。

参见CCAR25《运输类飞机适航标准》第25.1011条：(a)每台发动机必须有独立的润滑油系统，能向发动机提供适量的润滑油，且不超过安全连续工作温度。(b)可用的润滑油量不得少于飞机在临界运行条件下的续航时间与在相同条件下批准的发动机最大允许润滑油消耗量的乘积，加上适当的余量以确保系统循环。

因此，在发动机运转过程中，需要监测油温、油压和油量的指示是否在限定范围内。

动词（verb的缩写）常见的发动机故障

发动机常见的故障有压缩机失速、压缩机喘振、起动暂停、超温或热起动、冷启动等。

压气机失速是指气流分离引起的压气机叶片失速现象。当发动机的压缩机叶片失速时，失速的叶片不能将发动机前部的气流压缩到发动机后部。在某些情况下，气流可能会中断，压气机末端的高压气流反向流动，从发动机前部排出。如果发生这种情况，可能会立即出现严重的推力损失。

压气机失速的可能原因：压气机性能下降(如压气机叶片断裂或严重磨损)，吸入异物或冰，引气系统失效，发动机操作系统失效。

发动机失速现象：一声或几声巨响，瞬时失去推力，偏转，发动机参数波动，EGT高，发动机振动指示高，发动机进气道和尾喷管处可能看到火焰，驾驶舱内有刺鼻气味。

压气机喘振是指气流沿压气机轴线低频高幅(压力和气流波动强烈)的现象。喘振会引起工作叶片的振动。如果振动剧烈，叶片中会产生很大的应力，导致工作叶片和定子叶片疲劳断裂。喘振时，由于空气反向流动，进入燃烧室的空气减少，会造成排气温度升高或过热，从而损坏燃烧室和涡轮叶片。

压缩机喘振的原因是压缩机的空气流量不能适应压缩机的转速。

喘振现象：会引起发动机振动，转速不稳，有时发动机熄火，有时发动机进气口气流吞吐，有时噪音低，严重的有射击声。

起动暂停是指在转速达到怠速之前，发动机转速不增加或增加缓慢。

起动暂停的原因很多：剩余动力不足(起动机内压力过低，起动阀过早关闭)、压缩机负荷过大、燃油系统供油问题、压缩机内异物损坏叶片导致气流不足、高压压气机和可变静子控制方案不正确、低速位置叶片角度偏差过大导致气流过低。

暂停现象：可以看到，点火过程中伴随着异常缓慢的加速

起动超温或热起动是指发动机起动时排气温度过高或超过最大允许值。

排气温度高的原因：压气机失速或喘振(导致进入燃烧室的空气减少导致排气温度升高)，压气机排气阀或可调静子叶片位置不当(例如排气阀未关，导致排出过量气体，但进入燃烧室的空气减少，或可调静子叶片未开在合适的开度， 导致进入压气机的空气减少)、燃油系统问题(发动机启动时喷射的燃油过多，导致燃油控制系统失灵)、发动机启动前排气温度过高、起动机气压过低(导致转子转速过低，无法提供足够的压气机气流)、发动机在启动时吸入另一台发动机的热排气。

当喷射的燃油未被点燃时，湿(冷)起动点火失败。因此，起动过程暂停，大量喷射的燃油以液态形式留在燃烧室中。原因是点火系统有故障。因为通常只有一个点火系统用于发动机地面起动，所以当湿(冷)起动发生时，飞行员应该注意点火系统的故障。

不及物动词发动机使用中的注意事项

在飞行中，经常会遇到发动机启动后，一些飞行员为了尽快起飞，加大油门甚至超过40%N1，或者飞机快速进入跑道起飞。此外，飞机落地后，迅速滑行至停机位熄火或立即关闭一台发动机进行单引擎滑行。从表面上看，这样操作发动机没有任何问题。操作手册和标准操作程序只提示滑行速度，使用大推力时注意飞机尾部的安全。制造商提供的手册没有规定预热或冷却的时间限制。暖机和冷机时间主要考虑零件和材料的热胀冷缩，每个发动机都有要求。一般情况下，怠速状态下暖机时间2 ~ 3分钟或冷机时间2 ~ 3分钟，主要涉及寿命问题，因为发动机厂给的发动机寿命是有条件的。在紧急情况下，不需要考虑升温或降温。在FADEC的帮助下，发动机的运行一般不会超过轴速限制和排气温度(EGT)限制。每台发动机都有类似的规定，详见发动机手册。在发动机的各种工况下，通常都有相应的EGT极限。虽然发动机厂家会留一定余量，但超过发动机限值后必须上报并进行专项检查。总之，任何操作都应严格遵守发动机手册中的规定。

除了正常的地面启动，还有空中启动，即在空中关闭发动机后再启动。每台发动机都有自己的空气起动包线。发动机熄火后，需要检查当时发动机起动包线的范围，在起动包线内可以重新起动。起动包线还有两种情况：一种是起动机需要带动发动机完成起动；另一种情况是不需要起动机，发动机直接以风车的速度启动。责任编辑；基线