民航概论第二章2

第二章、民用航空器,飞机的动力装置,飞机的仪表和电子装置,2.4飞机动力装置,发动机是飞机的核心部分、飞机的心脏，为飞机提供动力，包括发动机、螺旋桨、辅助动力装置及其他附件，其中最主要的部分是发动机。,分类：,1、活塞式发动机,活塞式发动机的组成：气缸、活塞、连杆和曲轴,四冲程活塞发动机：进气：进气活门打开，油、气进入气缸，活塞下移压缩：进气、排气活门关闭，曲轴惯性向上，混合体受压缩，至上死点；温度，400；压力，10几个大气压工作：上、下死点的容积比称压缩比，在5-8之间。点火，燃烧，活塞向下快速运动，产生机械能；温度，2500；压力，50-75个大气压排气：曲轴从下死点惯性旋转，活塞向上，进气活门关闭，排气活门打开废气排出,每次循环：往复两次，四个冲程,单个气缸功率不够多缸：工作时间错开，振动均匀，5-28缸4000马力；往复运动，连续旋转，惯性使活塞运动保持下去曲轴输出功率，使螺旋桨转动，产生拉力曲轴通过齿轮带动凸轮轴，控制气门顺序开闭进、排气活门,活塞式发动机的结构,活塞式发动机的系统,燃料系统组成：油箱，导管和进气系统点火系统：磁电机产生高压电点火分配器高压电按顺序送到各火花塞火花塞发出电火花点燃混合气体润滑系统：减少机件之间的摩擦阻力滑油箱，滑油泵将滑油送到各摩擦面，流回滑油箱，管道,冷却系统：液冷式发动机截面小，阻力小，结构复杂，重量大。用气缸外流动的冷却液吸收热量，散热器上气流带走冷却液吸收的热量气冷式冷却效率高，迎风面积大，结构简单重量较轻，使用居多，气缸外壁上有许多散热片；气缸迎风呈星形布置，迎风气流带走热量启动系统：气动压缩空气充入气缸使发动机启动电动启动电机带动启动机使曲轴旋转,活塞式发动机的性能,燃油消耗率：每马力小时消耗油量。单位，公斤/马力小时最初1，目前0.2-0.25重量功率比：单位，公斤/马力，最初6.4，20世纪40年代0.52、螺旋桨发动机+螺旋桨，产生拉力或推力,叶片（2-6个）从根部到顶部扭曲截面为翼型面,组成,迎角：桨叶的叶弦相对于迎面气流的角度（）从根部到尖部逐渐变小，是为了保持叶片各段产生大致相等的拉力桨叶角：桨叶剖面的叶弦与旋转平面的夹角（）,又叫安装角与的关系：飞机不动，=飞机运动旋转v1前进v2桨叶相对气流u空中螺旋桨,3、空气喷气发动机,喷气发动机原理热能转化为机械能发动机内的气流燃烧，膨胀，向后排出，产生反作用力，飞机向前,发动机内的气流燃烧，膨胀，向后排出，产生反作用力，飞机向前F=ma=m(v2-v1)/t=(m/t)(v2-v1)=G(v2-v1)G每秒喷出的燃气的质量F=G(v-v0)v燃气喷出的速度v0飞行速度喷气发动机和螺旋桨推力产生的不同之处：依靠内部气体的排出产生的反作用力：高空、无空气处不受影响螺旋桨依靠外部介质（空气）产生的反作用力高空受影响,推力的产生,相同点：热能转化为机械能不同点：活塞式：封闭空间点燃喷气式：开敞空间燃烧，不需坚固的器壁，连杆，曲轴重量轻喷气发动机的出现使高速飞行成为可能,能量的转化,涡轮式喷气发动机的构造,基本组成：进气道，压气机，燃烧室，涡轮，尾喷管比较活塞式发动机做功是周期性的涡喷发动机是连续的,进气道使进入发动机的空气流平稳地，以稳定的流速连续进行，有防冰装置,压气机作用：使空气压力增大，密度增大轴流式压气机：沿发动机轴向逐级压缩9级增加7.14倍，温度500K以上离心式压气机：依靠离心力把气体压向叶轮的外缘,燃烧室燃油雾化后喷入，与高压空气混合后点燃环形燃烧室：由内外四层壳体组成、内壁和外壁、中间是火焰筒，火焰温度2000以上，火焰筒温度900-1000其它燃烧室：单管燃烧室，多个独立管状燃烧室组成（6-16个）联管燃烧室，多个管状火焰筒，由联焰管连通,涡轮高速旋转，在气流作用下做功带动压气机转动1级到多级构造：前小后大材料：耐高温合金材料涡轮前温度1400,尾喷管圆筒状：喷口处面积缩小使排出气流流速增加整流锥：使环形气流变为柱形反推：打开时，气流产生向后的拉力，使飞机减速。,涡轮喷气发动机的特点：重量轻，推力大，高速性能好，油耗大，经济性差,涡轮输出轴功率带动螺旋桨构造和涡喷基本相同；增加两个要求_涡轮级数相应增加减速机构(为使发动机紧凑，可采用离心式压气机)动力分配：90%拉力（螺旋桨产生），10%推力（尾喷管产生）应用：800km/h以下油耗接近活塞式，燃烧煤油，马力大，用于中速支线飞机,涡论螺旋浆发动机,涡轮风扇发动机高亚音速实现低油耗飞行，压气机前加几级风扇，之后气流分成两部分外涵道：气流从核心发动机外流过，产生推力，类似螺旋桨内涵道：气流通过核心发动机，推动涡轮，从尾喷管排出，与涡喷相同结构特点：叶片缩短，有限涵道，避免叶尖激波涵道比：外/内涵道流量比一般在5-8之间（涵道比大，经济性高；但太大会导致阻力上升，造成制造困难）涡轮前温度：1250增压比27涡扇发动机特点：空气流量大推力大高亚音速时油耗低，噪音低，民航飞机上应用广泛.,涡轮轴发动机应用于直升机和只输出轴功率而不需要喷气动力的机械的一种涡轮发动机构成：两套涡轮，一套带动压气机；另一套专门输出功率自由涡轮带动减速器进而带动旋翼，喷气通过自由涡轮后动力很小涡轴发动机的特点：结构重量轻，功率大，油耗低制造困难，技术复杂，减速器重量大，初成本,涡喷发动机的附属系统1）燃油系统：把储油装置（油箱）和发动机连接起来，按预定的油量和程序向发动机供油2）启动系统：带动发动机启动，有电动机启动和空气启动3）附件传动系统：减速齿轮装置，为飞机的液压，气压和电气装置提供动力4）润滑系统：对涡轮发动机的所有齿轮，轴承用润滑油润滑和冷却。组成：滑油箱、滑油泵、供油管道、供油喷嘴、回油管道，冷却装置5）控制仪表系统：使驾驶员能控制和选择发动机的状态，通过仪表监视发动机的工作情况压力表，温度表，转速表，燃油流量和油量表，振动指示器，扭矩表6）冷却系统：大部分由空气冷却，齿轮箱，轴承由滑油冷却,4.发动机的性能和安装,发动机的性能功率和推力的关系：发动机产生的动能有多少用语推动飞机，这个比值叫做推进效率；推进效率和飞行速度有直接关系；耗油率：千克（油量）/马力小时（螺旋桨）千克（油量）/千牛小时（喷气）耗油率越低越好重量：功率重量比：马力重量比（螺旋桨）越高越好推力重量比：公斤力/公斤（喷气）越高越好,发动机的安装位置螺旋桨发动机：机身前段、机翼上喷气式发动机：机翼根部、中部短舱内、机身尾部翼吊布局：阻力小、噪声小、偏航力矩大尾吊布局：阻力小、噪声小、力矩小混合布局：如MD11,发动机在机头：,发动机在机翼：,发动机在机翼根部：,发动机在翼下吊舱：,发动机在尾部B727,发动机在尾部雅克42,发动机在翼下和尾部的混合布局MD11,5.辅助动力装置,向飞机提供电力，压缩空气飞前：APU供电启动主发动机起飞时：APU提供电力和压缩空气，115V三相交流电降落后：APU提供电力和空调空中发动机停车：APU启动APU是一个完整的独立系统，有独立的附加齿轮箱，润滑系统，冷却系统，防火系统，但是在控制上它和整架飞机是一体的。电子控制组件ECU协调APU的启动，操纵，监控以及空气输出。并显示到发动机指示与机组浸膏系统EICAS的屏幕上。,APU,B737,thankyou!,2.5飞机电子仪表装置,飞行仪表,机械式仪表,无线电仪表和装置,电子综合仪表,飞机的自动驾驶和飞行控制系统,飞行管理系统,5.1、飞行仪表,在飞机出现的早期，飞机上只有简单的计时、测温的仪表，没有专门的飞行仪表。驾驶员主要依靠目视来飞行。但是仅仅依靠驾驶员的感官操纵，保证不了飞行的安全需要，飞行仪表应运而生。,5.2、机械式仪表,1、气压式仪表利用大气的压力和空气的动压测出飞行的高度和空速以及相关参数。这类仪表的核心部分是感受气压变化的金属膜盒。气压式高度仪表依据大气压随着高度升高呈线性下降，测出这一高度的气压就可以换算出高度值。飞机飞行的高度是指飞机在空中的位置和所选定的高度差值。标准气压高度：指飞机到标准气压平面之间的高度。,气压式仪表,相对高度：指飞机对制定的机场地面之间的高度；真实高度：指飞机和它正下方的地面之间的垂直距离；绝对高度：指飞机到海平面之间的高度。飞机上的高度表有两类：气压高度表和无线电高度表，无线电高度表用来测量飞机距地面某点的真实高度。速度表飞行速度和飞行高度一样，也有不同的定义：真空速：指飞机对空气的运动速度；指示空速：测量空气压力的表上直接指示速度；升降速度：飞机对地面运动的上升或下降的速度；地速：飞机运动速度对地面的水平分量；,马赫数：飞行速度和当地音速的比。所有的气压式仪表都是利用测量总压、静压和大气温度通过机械传动指针而工作的。大气温度表组成：温度探头和温度表大气总温包括两部分：静温和动温2、陀螺仪表是以陀螺为基础的，包括陀螺地平仪、侧滑指示器、姿态指引仪和陀螺航向仪。陀螺：其核心部分是一个高速旋转的转子，它的旋转轴指向空间固定的方向。利用陀螺的定轴性使陀螺轴指向空间的一个固定方向，以它作为基准，就可以得到飞机的各种姿态变化。,地平仪：也叫姿态指示器，用来指示飞机与地平面之间的相对关系，即只是飞机的俯仰和倾斜角度。利用飞机标志和人工地平线显示出飞机的飞行姿态，地平线指示的是惯性平台的位置或计算出的地平基准，飞机标志则表示飞机本身相对于地平面角度的变化。如果飞机上仰，飞机标志在地平线上；下俯时，飞机标志在地平线下。左侧倾或右侧倾都可以由飞机标志的倾斜上看出来。协调转弯仪：是为驾驶员指示侧倾和偏航的协调而设计的，表盘上部的飞机标志和陀螺组成转弯仪，当飞机有侧倾和偏航运动时，飞机标志就会指示出飞机转弯坡度的大小。表盘下部的盛有液体的密封弯管内，悬浮着一个小球，当飞机平衡时，小球处于弯管中央的最低位置，当飞机处于不平衡状态时，小球会偏离其平衡位置。,姿态指引仪：表盘由地平仪和转弯侧滑仪综合而成，表盘中央是一个固定的飞机标志，背景是带有人工地平线的球形刻度盘，由此指示出飞机的姿态。3、航向仪表航向仪表是主要依靠磁罗盘类型的仪表。磁罗盘利用磁针指示方向辨别地球的南北极，但是磁罗盘还受到机场内钢铁构建的此行干扰，会出现误差，因此磁罗盘只适用于飞机巡航平飞时，它在大、中型飞机中只作为备用仪表。航向指示仪，它的陀螺指向起始状态，飞机静止时或平飞时要调整的和磁针指向一致，表盘中央的飞机标志固定，而表上的罗盘刻度则随着机身的偏航而转动，由此指示出飞机的航向。水平状态指示器，它的基本部分是航向指示器，它利用机上的计算系统适时调整航器指示器出现的偏移，并把风速、,地速、飞机的偏离等显示在表盘的周围，使驾驶员能迅速掌握航向方向的大量数据，正确操纵飞机。4、飞机仪表板的安排呈基准T型分布。5.3、无线电仪表和装置无线电仪表设备安系统可分为通信设备系统、导航设备系统和雷达系统。1、飞机无线电通信系统主要作用：是飞机在飞行的个阶段中和地面的航行管制人员、维修人员保持双向的语音和信号联系，这个系统也提供了飞机内部人员之间和旅客联络服务，它分为：,甚高频通信系统：作用范围只在目视范围之内，作用距离随高度变化，主要用于飞机在起飞、降落时或通过控制空域时机组人元和地面人员的双向语音通信。高频通信系统：用于飞行中保持与基地和远方航站的联络。选择呼叫系统：当地面呼叫一架飞机时，飞机上的选择呼叫系统以灯光和音响通知机组有人呼叫，从而进行联络。音频综合系统：包括机组人员之间的通话系统、对旅客的广播和电视等娱乐设施以及飞机在地面时机组和地面维护人员之间的通话系统。2、无线电导航仪表主要包括罗盘系统、甚高频全向信标系统、仪表着路系统、无线电高度表、测距机、气象雷达。,飞机的无线电罗盘系统：利用无线电罗盘系统来测定飞机纵轴与地面导航台的相对方位角，从而引导飞机按照一定方向飞行。测距机：利用飞机和地面测距台之间的无线电波往返所用去的时间来测定飞机和测距台之间的距离。无线电高度表：使用无线电波的反射回波测量飞机和大地表面之间的实际高度。甚高频全向信标系统：由机载的全相信标接收机和地面的全向信标台组成。仪表着录系统：引导飞机沿着正确的航道下滑、着陆。3、机上雷达系统和装置气象雷达：探测飞机前方一个区域内的危险气象情况和障碍物、地形情况。,雷达系统,应答机：是机载设备和地面航空管制雷达配合使用的设备空中警告及避撞系统：应用二次雷达原理，把询问雷达装置和应答机都装在飞机上，在装有空中警告及避撞系统的飞机之间就组成个探测系统，通过询问和应答飞机之间可以相互显示它们之间的距离，这样驾驶员可以得到警告。4、电子综合仪表电子计算机应用到航空仪表领域，同时电子显示技术也得到了进展。1）电子综合仪表的传感部分大气数据计算机：惯性基准系统：有加速度计和陀螺再配以快速的计算机处理系统组成。它的原理是利用3个加速度计测出飞机在3个轴上的线加速度，再用对应于3个轴的陀螺测出飞机在3个轴上的角加速度。利用牛顿定律可以计算出它的速度，因,此就方便计算出飞机运行的距离。捷联式惯性导航系统：2）电子飞行仪表系统在机电式组合仪表、姿态指引仪和水平状态指示器的基础上把来自大气数字计算机、惯性基准系统、无线电导航、通信、雷达装置送来的信息经处理显示在荧光屏的画面上，由于不同飞行阶段需要不同的信息，在显示时可以使用几种模式。电子姿态指引仪：不仅要显示姿态，还要指引飞机的各种指令、空速、地速、无线电高度。电子水平状态指示器：指示航向、航路、航迹、高度偏离、风向以及与前方航路点的距离功能。它的显示分为四种模式，即飞行计划模式、地图模式、vor模式以及仪表着陆模式。信号源仪表选择板：有2套或3套信号源系统,电子仪表,3）发动机指示与机组警告系统它能够显示发动机的参数，并能在飞行的全部航段上连续自动监控发动机和飞机其他系统的工作并在出现异常时报警，能够自动记录故障时的系统参数。它由2台显示器，2台计算机，2套显示转换组件，1块显示面板和1块维护面板组成。功能：接收、处理、显示驾驶员所需要的发动机数据，处理从其他系统和传感器上得来的数据及向机组提出警告。显示转换组件和显示选择板的作用是转换显示方式。计算机的功用是把各种信息和数据综合处理从而实现显示、警告、控制、记录等功能。4）电子仪表的安排,正副驾驶员的正前方各安置一套电子飞行仪表系统。5.4、飞机的自动驾驶和飞行控制系统1、自动驾驶原理自动驾驶仪操纵飞机的过程和驾驶员操纵飞机的程序是相似的。传感元件：用来感受飞机的姿态和参数变化变换放大元件：把传感元件的信号放大和给定的标准比较，再把差值变成执行命令送到执行元件上去。执行元件：取代人手的工作。自动驾驶仪在姿态达到指定状态之前，随着偏差的大小发送指令，当达到规定状态后，偏差为零，不再发出指令。,2、现代飞机的各种飞行控制系统1）自动驾驶仪指引系统和飞行控制计算机自动飞行驾驶仪指引系统是自动飞行控制系统的核心部分，它由方式控制面板、3台飞行控制计算机和3套传感器、伺服机构和警告系统组成。方式控制面板可以有3种选择操纵方式：驾驶员操纵方式、驾驶员指令方式、全自动模式；飞行控制计算机是自动驾驶指引系统的核心部分，它接收从大气数据系统、惯性基准系统以及地面输入的各种信号，并根据这些信号计算出飞机在各轴上的操作指令，警告系统由一些警告的灯光和声音的指示器组成。传感器和伺服机构传感器测出各操纵面的位置反馈给计算机，伺服机构接收到信号后输出一个液压信号去控制动力作动筒。,2）推力管理系统推力控制系统的核心装置是推力计算机，它主要有发动机的推理限制计算、自动油门方式管理两个功能；3）偏航阻尼系统它的原理是在发生偏航加速度后，由大气数据系统和惯性基准系统测出偏航的速率和偏航的加速度，把这个数据输送到荷兰滚滤波器中过滤掉。该系统由两套偏航阻尼组件和偏航阻尼伺服机构组成4）自动安定面配平系统自动安定面配平系统由安定面