人類發明的第一架飛機起飛後,沒過多久,航空發動機便出現在人們的視野當中。
在現代民航飛機中,發動機的作用越來越大,發動機除了給飛機提供前進的動力,還能給飛機上的設備提供所需電力,為空調系統提供冷熱氣源。
飛機的安全性非常高,不過我們偶爾也會看到個別航空飛機發動機發生故障的情況,也經常看到有人因往飛機發動機裡扔硬幣被拘留的新聞。
今天我們就來了解一下航空發動機到底有哪些種類,以及這些發動機的常見故障是什麼。
航空發動機的選用
說到航空發動機,就不得不說一下常見的航空發動機種類,常見的航空發動機大致分為兩大類,分別為活塞式航空發動機與渦輪式航空發動機。
航空活塞發動機區別於普通汽車發動機的地方主要在於功率重量比與可靠性兩方面。航空活塞發動機通常搭配螺旋槳使用,利用螺旋槳的旋轉產生推力或拉力,從而給飛機提供前進的動力。
渦輪發動機有更好的高空高速性能與更高的功率重量比,不過其製造成本高,維修保養要求也更高。
所以,在飛機上安裝何種發動機的問題上,各有各的道理。
活塞發動機
常見的活塞發動機主要有兩種,分別是星型航空活塞發動機與直列式航空活塞發動機(常見的為水平對置航空活塞發動機)。
>>>>星型航空活塞發動機
在其他更先進的航空發動機出現之前,大型飛機的發動機常採用星型設計,也叫星型航空活塞發動機。
>>>>水平對置航空活塞發動機
水平對置航空活塞發動機因每一側氣缸都為直列式排列,所以它屬於直列式航空活塞發動機的一種。
水平對置航空活塞發動機具有迎面面積小、每個缸體散熱好、動力響應速度快等特點,深受小型運動類飛機設計者喜愛。
活塞發動機具有工作時振動大的特點,為適應活塞發動機的這個特點,在設計飛機結構時,設計師會進行充分的考慮,儘可能多地減少振動,並避免振動傳遞到機艙內。
雖然航空活塞發動機適應的機型較多,但它並不完美,除了不適應高空高速等特性外,還有一些常見故障,如過貧油,過負油,單缸缺火等。
這些故障主要的外在表現是動力降低、振動增大等。
渦輪發動機
另外一種常見的航空發動機就是渦輪發動機。
根據飛機設計的不同,會選用不同種類的渦輪發動機,常見的渦輪發動機有渦噴發動機、渦扇發動機、渦槳發動機、渦軸發動機。
>>>>渦噴發動機
渦輪噴氣發動機簡稱渦噴發動機,其歷史也很悠久。1937年,世界上第一個渦輪噴氣發動機就開始運行了。
空氣從進氣道進入發動機後,首先被高速運轉的壓氣機壓縮,產生高壓緻密空氣以提供大量氧氣。
隨後,燃燒室噴油使燃油接觸高壓空氣並燃燒。燃燒使氣體劇烈膨脹,向後衝擊渦輪機,而渦輪機又帶動前面的壓氣機。最終燃氣流從噴口噴出產生推力。
渦噴發動機使用範圍很廣,從低空低速到高空超音速飛機都有廣泛應用。戰鬥機米格-25高空超音速戰機採用的就是渦噴發動機,它曾經創下3.3馬赫的飛行記錄,也創下了37250米的升限紀錄。
>>>>渦扇發動機
將發動機的前一級或兩級壓氣機葉片加大,就變成了渦扇發動機。
渦扇發動機和渦噴發動機兩者之間的區別主要在於空氣通道的個數不同。渦噴只有一個空氣通道(專業上叫做「涵道」),而渦扇發動機卻有兩個空氣通道。也就是說,渦噴發動機是單涵道發動機,而渦扇是雙涵道發動機。
涵道比越大越省油,經濟性越好,高涵道比的發動機在亞音速時有非常好的能效,所以它廣泛地運用於客機、運輸機等。
>>>>渦槳發動機
渦槳發動機的本質類似於在渦噴發動機上接一個減速器,並帶動外部的螺旋槳轉動。
渦槳發動機的燃油效率通常高於渦扇發動機,但它也不是盡善盡美,原因之一是,渦槳發動機上多了一個減速器,也就是變速齒輪。
變速齒輪的存在一是增加了發動機重量,二是或多或少會帶來一些功率上的損耗。
由於螺旋槳的特性,它不適於高空高速的環境,一般安裝在運輸機或者中小型的支線客機上。
>>>>渦軸發動機
渦輪軸發動機簡稱渦軸發動機,顧名思義,它是通過「軸」來傳輸動力的,直升機、坦克、船舶上都有使用。
渦輪軸發動機是現代活塞發動機的完美替代品,它採用氣動連接,用高溫高壓的氣體吹動動力渦輪進行旋轉,有良好的轉速自匹配性,防止了由於突然增加油門或者是減少油門而產生的動力變化對後端設備產生衝擊。
而且,這種發動機集體積功率比高、運轉平穩、震動小等一系列優點於一身,非常適合為設備提供動力。
說完渦輪發動機的分類,我們再來了解一下渦輪發動機的主要故障。
由於渦輪發動機是連續工作的,所以渦輪發動機工作時擁有相當好的平順性,採用渦輪發動機的飛機,除了飛行速度高於活塞發動機飛機外,舒適性也優於活塞發動機飛機。
由於機械原因,渦輪發動機也不是完美的,通常,渦輪發動機常見故障多出現在啟動時,容易出現超溫、超轉和啟動時的轉速懸掛等問題。
另外,空中熄火是渦輪發動機穩定性的一個挑戰,滑油壓力低或者滑油溫度超溫等也是比較嚴重的問題。
由於渦輪發動機進氣口比較大,進氣量比較多,在工作時發動機進氣口處會形成負壓力,容易使雜物進入,所以這種發動機還有個最常見的故障——外來物進入,比如鳥擊事件和發動機前部部件掉落等。
這種故障對發動機的影響是很大的,輕則需要進行孔探檢測,孔探檢測後如發現問題就需要及時處理;重則需要更換渦輪葉片壓氣機葉片等。
近年來,隨著生活水平的提高,老年人乘坐飛機出行的情況越來越多,曾多次出現過老人乘坐飛機前向發動機投幣祈福的事件。
小編在這裡提醒大家,向飛機發動機拋硬幣的行為是萬萬不可取的,如果因扔硬幣導致飛機故障檢修、航班取消,責任人需要承擔責任!