为什么飞机发动机需要用炸药启动?原理是什么?
来源:浙江制造认证    发布时间:2024-03-20 08:10:18 ...


  发动机工作前都需要启动的,应该见过“手摇式启动拖拉机”或者“手动转动螺旋桨”启动螺旋桨飞机吧?你说的火药启动发也就是发动机启动方式的一种,除此之外还有电机启动、涡轮启动、风车启动、液压启动、空气-燃油燃烧启动等原理制成的各种启动机,而火药启动机只是其中一种而已。在过去航空发动机技术不发达的年代,还是有个别老飞机用火药启动的,但是在燃气涡轮启动机技术成熟以后,火药启动基本已经在飞机上被淘汰了。

  就目前来说,火药启动技术在一些导弹的微型涡喷发动机设计中还能见到,其基础原理和启动方式与飞机用的涡喷发动机基本一样,并且你也可以把导弹简单看做是一种“无人机”,所以搞清楚涡喷发动机的火药启动,你也就明白了这种技术是怎么回事,今天就根据涡喷发动机火药启动方式来谈谈其技术原理:

  火药启动是指,利用火药启动器产生高温度高压力燃气,燃气冲击压气机或涡轮叶片带动转子旋转,从而完成发动机点火启动的过程。这种启动方式的成本比较高,并且只能启动一次,中途停机后没办法再次启动,不适合飞机使用,但是对于导弹这种一次性消耗品来说,就比较不错。

  在军用领域很多时候要求响应速度极快,比如说防空拦截弹或者反舰导弹的响应速度就必须快,否则就会错过最佳拦截/攻击时间,通畅要求比较高的马赫数、高度范围和环境范围内迅速启动,这时候火药启动机能快速、可靠的带动发动机旋转的能力就显的弥足珍贵了。

  美国“鱼叉”导弹上的J402-CA-400涡喷发动机启动,是通过两个火药筒产生的燃气冲击离心压气机实现,启动后导弹发动机的转速能够达到最大转速的约40%,火药在火药筒中燃烧的时间为2.4秒,燃烧平均压力为14.8MPa。通常来说,火药启动机由涡轮和燃气发生器组成,用电火花起爆器点着燃气发生器(火药筒)内的火药,火药燃烧产生的燃气通过冲击式涡轮输出轴功率,再通过离合机构和减速齿轮带动发动机旋转,从而完成整个启动过程。上图柯蒂斯公司研制的火药启动式发动机(用于起动的固体推进剂燃气发生器,实际上的意思就是火药筒),省去了传动机构,利用燃气引流管将燃气引出,直接冲击涡轮,从而带动发动机旋转。

  这是苏联的核战略轰炸机的启动方式,当时美苏争霸期间,苏联曾开发出了核动力战略轰炸机,这种战机就是以核动力作为驱动的飞行器,这是一款非常巨大的空中巨无霸,在飞行中几乎就是永动机,可以一直飞行下去。这种战机在启动的时候需要用炸药来点火核反应堆。

  但是这款战机只生产出了试验机,并没有真正服役,还在于不实用。因为即便动力问题不需要仔细考虑,飞机的飞行员也得吃喝拉撒,不可能一直待在战机上面。

  其次,即便核发动机可以依靠核原料一直燃烧下去,可是战机是在大气层里飞行,这飞行会导致飞机机体受到磨损,飞机的飞行寿命也不过几千到一万多小时而已,这无法匹配核动力那种几乎无限的航程,所以刚试验便退役!其实在研究这款战机以前大家不是不知道这样一些问题,就是冷战时期的一种政治需要。

  相对而言,美国也研发出了飞行器核动力发动机,但是他们并不是用来制造核动力战略轰炸机,而是旅行者号宇宙飞船,目前这艘宇宙飞船已经飞出了太阳系。

  因为启动过程复杂,火药供应储存都是一个难题,单次启动成本高,这些都限制了其发展。目前该种启动方式基本很少采用。

  通用汽车在1943年至1945年共计生产了4467架,FM-2采用涡轮增压式莱特R-1820-56“旋风”发动机,其性能大幅度超越上一代FM-1发动机,该机一直在护航航母上服役,直到被F6F“泼妇”代替。

  这是一种采用固体火箭燃料为能源的 高能起动机,最大的特点是功率非常大、而自身重量轻、启动速度快、结构紧凑小巧不占空间,不需要地面供应能源,再不需要外来能源的情况下能轻松实现自起动。

  但是该种启动方式单次启动成本过高,固体燃料存放运输都很困难,后来逐步被燃气涡轮启动机所取代。

  燃气涡轮启动机更适合启动涡轮发动机,启动过程中扭矩可控,所以能延长发动机的常规使用的寿命,并能消除起动扭矩过载引发的危险。目前燃气涡轮起动机慢慢的变成了主流机型。





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