《民用涡扇发动机系统》本书详细介绍了现代民用航空发动机的空气系统、润滑系统、燃油系统、起动与点火系统、控制系统、反推系统、防冰系统、动力装置、飞机与发动机接口等方面的内容, 介绍了不同飞机发动机制造商采用的相关发动机系统实例, 对于完整地、准确地理解涡轮风扇发动机的工作原理, 以及发动机各个附件系统的功能和机理很有帮助。本书结构简单, 表达通俗易懂, 结合大量实物图片对发动机相关系统进行了详细讲解。
本书不仅对于从事飞机发动机总体设计、机械系统、控制系统、短舱系统等专业的工程师具有一定的指导和借鉴作用, 也可以作为燃气涡轮发动机专业入门人士、航空公司机械师、飞行员, 以及高等航空工程院校本科生和研究生的参考教材。
市面上有很多关于涡轮发动机功能方面的教材,这些书籍多半描述发动机主要部件的运作及其热力与推力的产生原理等。虽然各种不同深浅的书籍都有,然而对于一个涡轮发动机初学者所迫切需要知道的系统运作却付诸阙如。
有鉴于此,我遂萌生了撰写一本从系统角度来看涡轮发动机的书,以弥补此缺憾。依据我长期从事航空发动机教学的经验看来,要想全面了解发动机各系统的功能,不可把发动机系统从飞机的系统中提取出来单独讨论。因为,现代涡轮发动机的系统已与飞机系统完全融为一体,必须展现飞发之间的千丝万缕的关系,在这方面,我付出了很大努力,希望提供一系列的相关信息,使读者更好地了解这些功能。在编写本书的过程中,我得到了许多领域专家的指导和帮助,经过反复推敲整理,才使本书不断趋于完善。
安德瑞·林克-迪辛格,1986年从汉堡大学获得空气动力工程学位,并在汉莎航空技术和训练部门任职,从事航空推进系统工程研究。
中航商用航空发动机有限责任公司(简称中航工业商发)是中国航空工业集团公司旗下直属子公司之一,是我国大型客机发动机项目的总承制单位,主要从事民用发动机总体设计、系统集成、总装和试验、适航取证以及销售和售后服务等业务。
第1章 引言…(1)
1.1 发动机系统概述…(1)
1.1.1 发动机系统分类…(2)
1.1.2 发动机系统需求…(4)
1.2 数字化飞机系统…(6)
1.2.1 概述…(6)
1.2.2 联合航空电子体系结构…(7)
1.2.3 集成模块化航空电子…(8)
1.3 飞机/发动机接口…(9)
1.3.1 结构接口…(9)
1.3.2 系统接口…(9)
1.4 热管理…(10)
1.4.1 发动机零件的热管理…(10)
1.4.2 燃油和滑油的热管理…(10)
1.5 发动机实例…(11)
1.6 定义和术语…(12)
1.6.1 流道截面…(12)
1.6.2 压比…(13)
1.6.3 转速命名…(14)
1.6.4 换算参数…(14)
1.6.5 机匣位置的命名…(14)
第2章 发动机空气系统…(16)
2.1 内部空气系统…(16)
2.1.1 部件冷却和封严…(16)
2.1.2 压力平衡…(19)
2.1.3 轴承腔加压…(19)
2.2 外部空气系统…(20)
2.2.1 冷却和通风系统…(20)
2.2.2 主动间隙控制系统…(22)
2.2.3 压气机控制系统…(27)
第3章 发动机润滑系统…(34)
3.1 概述…(34)
3.1.1 发动机滑油特性…(34)
3.1.2 系统设计和部件…(35)
3.2 润滑区域…(37)
3.3 系统部件…(38)
3.3.1 滑油箱…(38)
3.3.2 滑油泵和油滤…(39)
3.3.3 滑油冷却…(40)
3.3.4 通风系统部件…(41)
3.4 润滑系统的指示和监视…(42)
3.4.1 运行数据的指示…(42)
3.4.2 指示系统传感器…(43)
3.4.3 数据处理和系统监测…(43)
3.4.4 碎屑监测…(44)
第4章 发动机燃油分配系统…(46)
4.1 概述…(46)
4.1.1 燃油性质…(46)
4.1.2 发动机的燃油供给…(47)
4.2 发动机上的燃油分配系统…(48)
4.2.1 系统设计和部件…(48)
4.2.2 工作原理…(49)
4.3 燃油与滑油热管理…(53)
4.3.1 滑油散热器和燃油温度…(53)
4.3.2 CFM56-7B的滑油冷却系统…(54)
4.3.3 CFM56-5A/5B/5C的滑油冷却系统…(54)
4.3.4 PW4000的滑油冷却系统…(55)
4.3.5 V2500-A5的滑油冷却系统…(56)
第5章 发动机和燃油控制系统…(59)
5.1 发动机和燃油控制系统的主要任务…(59)
5.2 转速和推力控制…(59)
5.2.1 转轴转速控制…(59)
5.2.2 推力控制…(60)
5.2.3 发动机推力等级…(63)
5.3 液压机械控制系统…(65)
5.3.1 CFM56-3发动机的控制系统…(65)
5.3.2 CF6-80C2(PMC型)的控制系统…(67)
5.4 FADEC系统…(69)
5.4.1 系统设计…(69)
5.4.2 发动机电子控制器(EEC)…(70)
5.4.3 传感器…(76)
5.4.4 飞机/发动机接口…(77)
5.4.5 发动机FADEC系统实例…(78)
5.4.6 FADEC系统设计的未来趋势…(84)
第6章 机组/发动机接口…(85)
6.1 发动机指示系统…(85)
6.1.1 指示的发动机参数…(85)
6.1.2 电子仪表系统上的发动机指示…(87)
6.1.3 经典仪表系统中的发动机指示…(92)
6.2 发动机控制…(95)
6.2.1 高压燃油关断控制系统…(95)
6.2.2 机械式推力杆系统…(98)
6.2.3 电气式推力杆系统…(100)
6.2.4 控制开关…(101)
6.2.5 自动飞行时的推力控制…(103)
第7章 起动和点火…(107)
7.1 起动系统…(107)
7.1.1 概述…(107)
7.1.2 起动系统部件…(108)
7.2 点火系统…(110)
7.2.1 概述…(110)
7.2.2 点火系统部件…(111)
7.3 驾驶舱控制和指示…(114)
7.3.1 CFM56-3的起动系统和点火系统…(114)
7.3.2 CFM56-7B的起动系统和点火系统…(115)
7.3.3 V2500-A5的起动系统和点火系统…(117)
第8章 反推系统…(119)
8.1 反推力装置的运行…(119)
8.1.1 基本原理…(119)
8.1.2 反向器的运行…(120)
8.2 反推力装置的类型…(120)
8.2.1 气流偏转系统…(120)
8.2.2 作动系统…(122)
8.2.3 反向器控制系统…(123)
8.3 反向器结构…(123)
8.3.1 固定结构…(123)
8.3.2 可移动结构和作动系统部件…(124)
8.4 反向器控制系统…(125)
8.4.1 波音737-600飞机控制系统…(125)
8.4.2 A320的控制系统…(127)
第9章 发动机防冰系统…(129)
9.1 发动机部件的冰生成…(129)
9.2 进气道防冰系统…(129)
9.2.1 概述…(129)
9.2.2 引气防冰系统的组件…(129)
9.3 帽罩防冰…(131)
第10章 动力装置…(133)
10.1 短舱…(133)
10.2 发动机本体…(134)
10.3 动力装置的组装…(134)
10.3.1 发动机安装节…(135)
10.3.2 进气道防冰系统…(137)
10.3.3 发电系统…(137)
10.3.4 引气系统…(137)
10.3.5 液压系统…(139)
10.3.6 燃油供给系统…(140)
10.3.7 火灾探测和灭火系统…(140)
10.3.8 机械式发动机控制系统…(142)
10.3.9 传感器和线束…(142)
10.3.10 发动机排液…(142)
附录A 数字化飞机系统中的数据传输…(144)
A.1 串行端口…(144)
A.2 数据总线…(145)
A.2.1 ARINC429…(145)
A.2.2 ARINC629…(146)
4民用涡扇发动机系统
A.2.3 AFDX…(147)
附录B 执行机构位置的伺服阀控制…(149)
B.1 概述…(149)
B.2 带有溢流阀的伺服阀…(149)
B.3 带有燃油喷嘴的伺服阀…(150)
B.4 带有导向阀的伺服阀…(151)
B.5 失效安全的执行机构定位…(152)
附录C 发动机起动失败…(153)
C.1 发动机起动失败的类型…(153)
C.1.1 热起动…(153)
C.1.2 湿起动…(154)
C.1.3 悬挂起动…(155)
C.1.4 起动失速…(156)
C.2 由FADEC系统检测到的其他异常起动情况…(156)
术语表…(158)
《民用涡扇发动机系统》:
因此,在现代发动机内加装多种传感器,监测到的数据不仅用于发动机或系统,同时也用于监测和分析系统的工作状况。数据传送到中央处理器和数据存储模块。某些数据就近由机载设备分析,其他数据则由地面计算机进一步分析。
系统控制主要是由嵌入式软件实时操作,并与硬件共同完成。软件直接从传感器或数据总线获取数据,处理信息,然后驱动电控的输出设备。
这一控制系统依赖于可靠的数据传输,以及可靠的电力供给系统。软件也可以用来提供系统监测、健康诊断和故障监测信息,这些信息处理后用于指导机组人员并存储下来用于维护。
因此,现代发动机的所有系统都是高度集成的、复杂的,并且在数据生成和传输的联合系统内相互关联。控制和数据处理功能都不是在各自的系统内完成,而是由一个中央处理器执行。
由此分析特定系统时需要注意,设计不仅要满足该系统的特定功能,安全性、可靠性、效率和维护功能也同样重要。尽可能地满足这些需求而形成联合系统,该联合系统通常由嵌入式软件控制,并与其他系统的计算机交换数据。
许多教材都介绍了涡轮发动机机械、空气动力学和热力学方面的知识。《民用涡扇发动机系统》无意赘述。此外,《民用涡扇发动机系统》还假定读者已经具备了涡轮发动机设计和操作的基础知识。事实证明,为了提高可靠性、经济性和维修性,涡轮发动机的设计出现了划时代的改变。在发动机设计中引入了崭新的数据处理技术,使得这种演变成为可能。与老式发动机相比较,现代发动机设计的进步是显而易见的。
在许多相关的教科书里,缺乏对喷气发动机系统的详尽介绍。新技术主要体现在设计系统与系统构型上,这点其他教科书也着墨不多。新技术系统主导着现代涡轮发动机的运行和使用经济性。
因此,正如开头所提到的,《民用涡扇发动机系统》的目的在于介绍现代民用涡扇发动机系统。相对于各种旧有设计,新设计体系表现出显著的优越性。《民用涡扇发动机系统》主要研究目前新一代大型民用运输机上非常成功的涡扇发动机系统,以及设计原则也已经应用在最新一代支线飞机和公务机动力的小型涡扇发动机系统。
这些研发集中在支持发动机操作、控制和供给的基本系统上。至于次要供给系统(如引气、电力和液压动力),只有在与发动机本体有所关联时才予以介绍。
……