环境对发动机工作的影响分析

桑会文

摘要:外界飞行环境复杂多变,它不仅会影响到发动机的推力经济性,还可能影响到发动机的工作安全。本文全面分析了外界环境对发动机工作的影响,其中既包括大气温度,压力,湿度,高度对发动机的推力和经济性的影响。同时还有其他特殊的外界条件如发动机吸入水,发动机积冰,鸟击和风沙天气飞行等条件对发动机安全性、经济性、推力大小的影响,并总结了这些情况在实际飞行中采用的一些防护措施和注意事项。

关键词:航空发动机工作环境性能分析

中图分类号:V22 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)06(c)-0062-01

由于外界环境对发动机的工作状态影响非常明显,尤其是在特殊天气环境条件下,对发动机的影响就不仅仅只是体现在对推力和油耗等性能方面了,甚至是严重危胁飞行安全的。同时对于这点的关注不但有民航从业人员,而且也吸引了广大人民群众的注意力。因为这一点关系到民航事业的发展也关系到人民群众的安危。所以对于环境的影响是应该提起足够重视的。这样不仅可以降低生产成本,还可以保障安全营运。本文分析了一些外界环境因素对发动机工作的影响。

1 外界环境因素对发动机工作的影响

实际飞行中常见影响发动机工作状况的飞行条件主要有:大气温度、大气压力、大气湿度等。

1.1 大气温度

大气温度降低时,一方面空气密度增加,空气流量增加。同时,空气易于压缩,发动机增压比增加,空气流量进一步增加;另一方面当涡轮前温度一定时,发动机加热量,有更多的热能转换成气体动能,气体速度增量增加。所以大气温度降低时,发动机推力增加。

大气温度降低,由于发动机增压比增加,总效率增加,燃油消耗率降低。

现代燃气涡轮发动机由于涡轮材料和制造工艺水平的不断提高,通过提高涡轮前温度来提高发动机推力,发动机的推力储备大大增加,从而满足飞行性能需要。如图1所示为现代民用涡扇发动机的温度曲线图,图中FTR为平台温度,即在这个温度以下,发动机的推力随温度升高变化不大,当过了此温度之后发动机的推力就随温度升高而降低,发所以在炎热的夏季(尤其是高原机场),应注意发动机的推力性能变差,进而会影响飞机的飞行性能如起飞滑跑距离,复飞性能等。所以机组应严格遵守发动机限制。

1.2 压力

大气压力增加时,空气密度增加,空气流量增加;同时,由于大气压力增加时,发动机各截面气体压力成比例增加,喷管中气体的膨胀能力(膨胀比)不变。所以,发动机推力随着大气压力的增加成正比增加。

1.3 大气湿度

大气湿度对发动机推力也有影响,当气体湿度较大时,气体中水的成分增加,气体密度减小,进入发动机的空气流量减小;同时大气湿度增加,燃烧速度减慢,涡轮前湿度降低,燃气膨胀能力降低,排气速度减小。最终,发动机推力减小。

大气湿度除对发动机推力有影响外,更主要的是对飞机及发动机部件的腐蚀作用,尤其在沿海地区,高湿度大气中含卤族成份的物质将严重影响飞机及发动机部件的使用寿命。所以长期在这些地区飞行的飞机,需要对飞机及发动机进行特别的维护。

2 水吸入发动机对发动机工作的影响

水的吸入对涡轮发动机运转是有很大影响的,而且是多方面的,不仅可能影响发动机转速(影响大小取决于发动机控制组件和吸入水的多少),而且可能导致排气湿度(EGT)下降,燃油流量(F/F)增加,喘振机会增加,熄火机会增加。

在降水区飞行时,为了保障发动机工作的安全稳定,应减少发动机吸入水量的大小,或是利用进气量增加来减小进入发动机的水与空气的比值。如果在降水区低转速下大速度飞行时(如下降过程中),进入发动机的空气远远大于发动机本身所需要的空气量,因此部分空气被甩出发动机进气口,有效的减小了流过发动机的空气量。但水比较重,不能像空气一样被甩出发动机的进气口,从而导致水与空气比例的增加,发动机工作不稳定。所以应依靠增加发动机转速(RPM)增加所需空气流量,同时减小飞行速度也将使发动机进气口周围被甩出的空气量减小,来减小进入发动机水与空气的比值。所以,当穿越浓降水区时,应力图减速并增加发动机转速飞行。

发动机对油门活动的反映取决于油门活动方向(指在降水区飞行的情况下)。当加油门时由于吸水,空气量减小,这就是“富油”现象。因此发动机对加油门的反映较为迟缓;而收油门时,则相反,发动机比正常的反映要灵敏,将会导致快速降低功率。

总之,涡轮发动机吸入水后将导致:

(1)减小了喘振的裕度。(2)发动机可能降低功率乃至功率丧失。(3)发动机可能熄火。(4)发动机对油门的反映是:加油门,反映迟缓;收油门,反映灵敏。

3 积冰对发动机工作的影响

发动机的积冰部分包括进气道前缘,进气整流锥等部位.发动机积冰后,一方面使空气流量减小,发动机推力降低;另一方面引起进气道气流分离加剧,进而影响压气机工作的稳定性,发动机严重积冰时,发动机振动将加剧,压气机容易喘振。此外,当冰层脱落时,将直接被发动机吸入,损坏风扇叶片和压气机叶片,发动机也容易熄火。所以燃气涡轮动力装置对发动机容易积冰的部位应有相应的防止装置防止发动机积冰,确保发动机的性能及安全工作。

常见的防冰方式有:热空气防冰,电加温防冰和惯性防冰。热空气防冰是通过从压气机引来的热空气送到相应发动机防冰部位进行加温,广泛应用在涡

轮风扇发动机上。电加温防冰是利用飞机电源对安装在发动机防冰部位的电加热元件通电加温,常用在涡桨和涡轴发动机上。惯性防冰是通过改变气流方向,利用离心力将气流中的冰块、水分、外来特等分离出,防止进入发动机,达到防冰的目的。这种防冰方式无需消耗能量,但气流损失较大,常用在中、小功率的涡轴发动机上。有的涡扇发动机进气整流锥头部安装一特别橡皮头,当发动机工作时,因橡皮头自身不断微振,空气中的过冷水滴不易在橡皮头上凝结成冰;同时由于橡皮头位于发动机整流锥最容易积冰处,因而达到防止整流积冰的目地。

参考文献

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