j58发动机.doc
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1、 普惠公司J58-P-4变循环发动机整理搜集完结 于 2011-1-5 J58-P-4变循环发动机,普惠内部编号为JT11D-20B,研发工作主要在佛罗里达州西部棕榈海滩的研究中心进行。1956年下半年开始的JT11发动机原计划用于可以进行3马赫冲刺的海军攻击机,设计最大起飞推力为11800千克,适合高速飞行而且推重比较高。在美国海军取消此鸡鸡的装备计划后,为了活下去,此发动机进行了大规模设计修改,修改后的J58-P-4发动机成为到目前为止世界上唯一一种投入实际规模化生产的变循环发动机,它增加了变循环旁路,对比于原设计的压气机、涡轮气动参数甚至基本尺寸,都发生了很大变化。J58的基本结构与一般
2、单转子带加力涡喷发动机区别主要在于变循环用的旁路管道。此发动机采用钢质对开机匣,发动机附件均安装在机匣下方,具体内容如下:主齿轮箱、主燃油控制系统、主燃油泵和减速齿轮箱。发动机进口处安装有可调的进口导流叶片(IGV),压气机静子、转子叶片和叶轴盘采用全钢构造。9级压气机压比为8.8,在第4级压气机后,辟有24个内隐式旁路放气活门,可在高马赫数时打开,使气流通过驳接的6根粗管抄近路,绕过后几级压气机、燃烧室和涡轮。旁路气流从涡轮后重新进入,流入加力燃烧室从而实现增推和自动冷却。旁路管道上开有12个外部漏风活门,当流量超过燃烧增推需要时,空气会被导入发动机短舱。J58的燃烧室为环形,由8个火焰筒环
3、管构成,有48个可调面积双孔喷油嘴。发动机涡轮为2级轴流式,带有空心导向叶片,第1级涡轮叶片为空心、应用气冷方式维持工作温度,第2级涡轮叶片改为实心。短小而扩张的加力燃烧室带有气冷外罩、防振隔热衬套,其内部,有4个带火焰稳定器的同心喷油环。发动机运用了可调面积虹膜式加力室喷管技术,它由凸轮滚子机构和4个液压作动器操作的分段构成。J58的操作包线(不要问我神马叫飞行包线哈)要求使用特殊的燃油,因为,燃油不仅用作能源,也一并用于发动机的液压系统。在高马赫数飞行导致发动机输出功率增加时,燃油也用于其它可能在高温下出现过热的发动机部件的冷却(冷却剂)。所以燃油要有高度的热稳定性,不会分解或者结焦沉积在
4、燃油系统的管路内,要求低挥发性来减小燃烧部分的热量散失。当然其他指标如硫含量,也是重要的避免腐蚀的刚性要求之一。为上述要求,新开发了先进燃油JP- 7(PWA535,公司内部称为LF-2A即洛克希德轻油2A,与U-2飞机使用的LF-1A一致,由壳牌石油与阿什兰、孟山都和普惠合作研制)和 PWA535E。使用时JP-7和PWA535E燃油中每5200加仑中加入1加仑PWA536润滑剂,以保证燃油液压泵有足够润滑。这种燃油主要成分是烷烃和环烷烃,芳香烃含量较低,燃点很高,不能用普通的点火器点燃,发动机主燃烧室和加力室燃油的启动点火要使用三乙基硼烷(Triethyl boron,TEB)化学点火系统
5、。加力室火焰稳定器的催化点火系统还要在点火后保持加力室的燃烧。每台发动机在主燃烧室前上方装一个600cc(1又1/4品脱)三乙基硼烷储存箱。储箱在飞行前充氮气增压以提供惰性环境和可控压强。三乙基硼烷暴露在-5以上的空气中就会自燃,所以三乙基硼烷箱由主燃烧室燃油流提供冷却,储箱上还装一个安全盘,当储箱压强超过安全线时可使三乙基硼烷蒸气和氮气排入加力室。一满箱的三乙基硼烷至少可供16次喷射。每台发动机配备有一套燃油液压系统,用于驱动加力室喷管、进口导流叶片、启动器和旁路放气阀。燃油液压系统压强也用于冲洗化学点火系统。发动机驱动的燃油液压泵保持系统压强在1800磅/平方英寸,暂时最大流量可达50加仑
6、/分(约合19700磅/小时)。燃油由发动机主燃油泵推动级提供给这个泵。一些液压系统的高压燃油被分配到冷却不加力再循环管路和空转旁路阀流出的管路,这些燃油会重新回到飞机燃油系统。而液压泵出来的低压燃油重新回到主燃油泵推动级。液压系统由主燃油泵提供的补充燃油进行循环冷却。尽管发动机本身的结构不太复杂,但是由于J58-P-4发动机独有的变循环工作方式和复杂的工作环境,该发动机的控制所运用的程序和控制系统却很复杂,并且有一些特有的附件。其燃油系统包括发动机驱动燃油泵,主燃油控制系统,空转旁路阀和主燃烧室可调面积喷油嘴。发动机驱动主构件是钱德勒伊万斯公司的主燃油泵,其由2级部件组成。第一级是一个独立的
7、离心泵,作为推动级。第二级由2个并联带输出单向阀的齿轮泵组合而成。这样的设计可保证整机在任一泵失效时仍然持续工作。汉密尔顿标准公司JFC主燃油控制系统则负责计量主燃烧室燃油流量、控制旁路放气、启动放气阀、进口导流叶片和喷管的调节。它根据油门位置、压气机进气口温度、主燃烧室压强和发动机转速调节发动机推力;变循环旁路、启动放气阀位置和进口导流叶片则另行根据发动机转速控制,压气机进口温度在这里作为修正参数。发动机加力时,则在保持经济燃油利用效率前提下,调节转速和涡轮出口燃气温度。控制系统由一个微调器负责调节涡轮出口燃气温度。当需要升高温度时,一个装在发动机燃油控制系统上的小电动机会提高主燃烧室燃油流
8、量与主燃烧室燃气压之比,这样就提高了涡轮出口燃气温度。需要降温时,电动机反向旋转以降低涡轮出口燃气温度。此操作不会影响转速,转速主要与喷管位置有关。但是当喷管位置固定在最小(或最大)转速档位时,发动机转速会随涡轮出口燃气温度的增减而增减。一个涡轮出口燃气温度指令电路(Permission Circuit)阻止油门位置在正常军用推力以下或者发动机防过热操作时涡轮出口燃气温度的自动调节和人工上调。人工下调涡轮出口燃气温度在允许电路接通时(油门位置低于军用推力或者发动机防过热操作)仍然可以进行。当涡轮出口燃气温度开关位于“自动”,相应油门位置在军用推力或以上,而且发动机没有进行防过热操作时,允许电路
9、打开(断路)允许自动调节涡轮出口燃气温度。对应发动机的主燃油控制系统调节它的调节电机,并且自动保持一个10范围的涡轮出口燃气温度允许区间。当涡轮出口温度得不到正确及时的调节时,由防过热系统保护涡轮。这个系统工作时,当涡轮出口燃气温度超过860时,涡轮出口燃气温度计的信号会触发一个电磁阀,使发动机燃油从燃油/滑油冷却器旁路到加力燃油泵进口,发动机燃烧室火焰筒内的油气比被调低。这个系统一旦被触发,电磁阀将持续开启直到系统被关闭或重启。仪表板上一个闪烁的红色防过热警告灯在对应发动机的电磁阀打开时就会发光告警。防过热操作在海平面大约使全加力推力降低5%,正常工作推力降低7%。在超音速巡航时进行防过热操
10、作可使全加力推力降低约45%并可能导致加力室熄火。如果防过热操作能把涡轮出口燃气温度降低到正常限制以下,在启动防过热操作后继续操纵发动机不会损伤发动机。燃油系统的空转旁路和排油阀在发动机正常工作时使燃油输入发动机燃烧室,在空转时使燃油通过旁路进入再循环系统,冷却附件,发动机部件和发动机滑油。排油阀由主燃油控制系统的信号控制,当发动机关闭时阀门放出发动机燃油管路的燃油。主燃烧室每个火焰筒排列6个喷油嘴。每个喷嘴有一个固定面积的主孔和一个可调面积的辅助孔,共同喷油。辅助孔根据主孔压降调节面积。主发动机点火系统安装了一个油滤,可以通过主燃油泵级间的燃油冲刷点火探针中残余的点火液(三乙基硼烷)。它防止
11、点火探针“结焦”堵塞,保护发动机点火系统。只要燃油泵进口有油压,冲刷用的少量燃油就能从燃烧室外排管排出,如果化学点火系统探针堵塞或者燃烧室外排管故障,可能会使燃油不能正常排出。在开车前必须确认正常的发动机主燃烧室排油,如果外排管堵塞,就会增加燃烧室的“湿”燃油面积,在发动机开车时会发生严重的燃烧。加力燃油系统包括加力燃油泵和加力燃油控制系统。加力燃油泵是一个高速的单级离心泵。这个泵由压气机引气驱动的空气涡轮带动。压气机引气量由一个蝶形阀根据加力燃油控制系统的需要调节。JFC-51机械液压加力燃油控制系统根据油门位置,主燃烧室压强和压气机进口温度调节燃油流量。燃油流被控制分流到4个同心加力喷油环
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