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3.2倍音速的航空发动机之王的心脏结构剖面图

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3.2倍音速的航空发动机之王的心脏结构剖面图黑鸟的心脏,J58发动机咆哮的时候,很少有人能不为之动容,J58也是变循环发动机,却与GE走的不是一个路子。J58是在涡轮喷气和压气机辅助冲压发动机之间转换的变循环。

3.2倍音速的航空发动机之王的心脏结构剖面图

PW(普拉特惠特尼公司)在上个世纪五六十年代开发的这个发动机使黑鸟以三点二倍音速的速度持续飞行。直到几十年后今天,黑鸟仍保持着使用空气发动机的载人飞机的官方最快速度记录。

3.2倍音速的航空发动机之王的心脏结构剖面图

六条压缩波系(加上结尾正激波,应为七波系组态的超音速冲压进气道)的超音速内外混合压缩式超音速进气道,至今为止看到的组合斜激波最多的超音速冲压压缩系。涡喷模式下工作的J58发动机,空气在燃烧室燃烧,推动涡轮旋转,驱动压气机压缩空气当需要以2.3倍音速以上速度飞行时,J58发动机会利用6根大的引气管,把气流从第四级压气机就向外引出,直接越过中间的部分,在加力燃烧室内与燃油混合,并以冲压方式工作,减小推力损失。

3.2倍音速的航空发动机之王的心脏结构剖面图

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这幅图(可放大)是控制发动机推力工作的MEC(主发动机控制器),以下介绍能看得明的人都是机械专业人士了

发动机控制器就是调节燃油供给量的调节器,俗称燃油调节器,人们常说发动机是飞机的心脏,而燃调呢,是发动机的心脏,所以它的重要性和复杂性可想而知。要控制发动机的推力,当然就要知道推力的大小,目前采用的方法有两种:一是测量发动机转速,当然转速越大推力就越大,有一种函数关系;二是测量EPR,即发动机进口与出口的压力之比,显然发动机推力越大,EPR值也越大。

在图中找出给燃烧室供油的主油路。燃油从这条路奔入燃烧室,与高压气流混合燃烧释放出自身蕴涵的巨大热能,在图的右方,红白相间条纹的Ps油路就是这条能量之路,它从右向左,折而向下,变成红色,最后变成蓝红相间的P22压力(图上注明有CONTROL DISCHARGE 控制器输出),奔向燃烧室喷嘴。这条油路在前面已被高压油泵增压,具备了极大的压力和流量,在MEC所有的油路中,它是主油路,

为能按照发动机的需求精确的供给燃油,设置了三道闸门,使其它们分别是:

上游的旁路活门76(BYPASS VALVE),

中游的燃油计量转子活门117,

下游的增压和泄油活门131(PRESSURIZING AND DRAIN VALVE)。

旁路活门76通过放掉过多的燃油,让其流入回油路Pb(黄色)的方式来控制

燃油计量活门117就象水龙头,开大点供油量增加,关小点供油量就减少

而增压和泄油活门131就是道闸门,要么打开让燃油通过,要么关闭,切断唯一的通道。

在所有三个活门中,最重要的是处于中游枢纽位置的——计量转子活门117。

Pb : ( 黄色) BYPASS PRESSURE 旁路压力(回油路)

Ps: (红白相间条纹) SUPPLY PRESSURE 供油压力

发动机推力靠调节转速来实现,现在来看看转速是如何被调节的

燃油主油路左下侧,看到99了吧,它叫调节器分流活门(99)。这个活门被设计成:当它向下移动时,会增加发动机供油量,向上移动时,会减少供油量。分流活门99下面深蓝色的油路往右,这条油路变成黄白相间的条纹,向上一直通到调节器伺服活塞112,因此就控制了该活塞的运动,而这个活塞通过连杆控制着MEC主油路上最重要的燃油计量活门117,它的开大和关小直接决定了发动机供油量的大小。通过这一长串的联系,分流活门99就可以控制发动机的供油量了。99上面是一个离心飞重96,离心飞重96上面是调节器弹簧95,这可是极为关键的一个弹簧啊。离心飞重96与发动机高压转子N2机械相连,因此飞重离心力是N2转速的函数。当N2转速增加时,它克服弹簧力向上移动,同时也带动调节器分流活门99向上移动;反之当转速减少,它在弹簧的压力下向下移动,当然也带动了分流活门99向下移动调节器弹簧95,下面顶在分流活门上,上面被连杆91通过弹簧座压住。因此呢,只要向下压弹簧,分流活门99就将下移,发动机供油量就将增加;反之减小弹簧力,分流活门在离心力作用下向上移,发动机供油量减少。在这个弹簧的上方,找到功率杆93了吗(标有POWER LEVER)。和驾驶舱里的油门杆是机械相连的,当飞行员在驾驶舱里推油门的时候,他带动的就是这个功率杆93。功率杆93的轴向左一直移动,找到凸轮49了吧,这叫功率杆凸轮,它带动一套连杆机构,把运动向下传递到了连杆91,91被称为转速给定轴。而91是直接作用到弹簧95的。驾驶舱油门——功率杆93——功率杆凸轮49——转速给定轴91——调节器弹簧95——分流活门99然后活门99通过液压油路控制燃油计量活门117的开大和关小,控制了发动机供油量的大小。

飞行员推油门,带动功率杆转动,压缩了调节弹簧95,使分流活门99下移,液压力推动伺服活塞112,使计量活门117开度增大,因此发动机供油量增加,转速增加。

增加的转速传递到离心飞重96,是飞重离心力增加,逐渐克服弹簧95弹力向上移动,当发动机到达给定转速时,离心力与弹簧力达到平衡,分流活门99再一次处于中立位置,使燃油计量活门117保持在现在的开度,发动机稳定在新的转速下。控制系统的分流活门的确很复杂,对机加设备要求很高,加工精度也非常高,材料的耐磨性也非常好。也导致价格很昂贵。那个弹簧的确非常关键,但可靠性也非常高。一般来说如果弹力下降,会导致发动机性能的下降,但那是一个时间很长的渐进过程,由于发动机一直处于监控中,所以不会构成安全问题。

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