燃?xì)廨啓C(jī)工作原理及性能

目錄

符號(hào)表

第一篇 燃?xì)廨啓C(jī)理論基礎(chǔ)

第二篇 燃?xì)廨啓C(jī)的應(yīng)用

第三篇 獲取燃?xì)廨啓C(jī)特性的方法及燃?xì)廨啓C(jī)仿真模型

參考文獻(xiàn)

附錄1 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣表

附錄2 空氣和燃?xì)獾葴仂什畋?

附錄3 空氣和燃?xì)獾臒崃π再|(zhì)表

附錄4 空氣和燃?xì)鉄崃π再|(zhì)表分段擬合公式（一）

附錄5 空氣和燃?xì)鉄崃π再|(zhì)表分段擬合公式（二）

索引

該書(shū)著重分析了與實(shí)際工作過(guò)程比較接近的實(shí)際循環(huán)理論、各部件的相互制約關(guān)系和部件匹配關(guān)系，變比熱計(jì)算方法等。

燃?xì)廨啓C(jī)是以空氣為介質(zhì)，靠高溫燃?xì)馔苿?dòng)渦輪機(jī)械連續(xù)做功的大功率、高性能動(dòng)力機(jī)械。它主要是由壓氣機(jī)、燃燒室和渦輪三大部件組成，再配以進(jìn)氣、排氣、控制、傳動(dòng)和其他輔助系統(tǒng)。當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組起動(dòng)成功后，燃?xì)廨啓C(jī)就會(huì)開(kāi)始進(jìn)入穩(wěn)定的熱力學(xué)循環(huán)過(guò)程。壓氣機(jī)連續(xù)不斷地從外界大氣中吸入空氣并增壓，這個(gè)過(guò)程可以認(rèn)為是壓氣機(jī)動(dòng)能向空氣熱能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)換，被壓縮后的空氣溫度升高有利于與燃料進(jìn)行更猛烈的化學(xué)反應(yīng)（化學(xué)反應(yīng)速度和程度與溫度成正比），更大的膨脹比也有利于壓縮空氣燃燒后釋放更大的能量。壓縮空氣從壓氣機(jī)出來(lái)后即進(jìn)入燃燒室，首先會(huì)在燃燒室進(jìn)口被噴入燃料進(jìn)行摻混，然后就會(huì)點(diǎn)火燃燒。這個(gè)過(guò)程可以認(rèn)為是燃料化學(xué)能向空氣熱能和勢(shì)能的轉(zhuǎn)換，在短短幾十厘米的距離內(nèi)空氣的溫度上升數(shù)百甚至上千度，壓力也會(huì)激增。高溫高壓的燃?xì)鈴娜紵页隹趪姵?，就開(kāi)始膨脹，在膨脹的同時(shí)推動(dòng)渦輪葉片做功。這個(gè)過(guò)程就是燃?xì)鉄崮芎蛣?shì)能向動(dòng)能的轉(zhuǎn)化。渦輪將燃?xì)獾哪芰哭D(zhuǎn)化為動(dòng)能后，一方面用于壓氣機(jī)壓縮空氣持續(xù)進(jìn)行熱力學(xué)循環(huán)，另外一方面由主軸將轉(zhuǎn)子的扭矩輸出，經(jīng)過(guò)減速器減速以后用于推動(dòng)軍艦。整個(gè)熱力學(xué)循環(huán)完成使得燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)現(xiàn)了燃料化學(xué)能向機(jī)械能轉(zhuǎn)換的最終目的。

國(guó)產(chǎn)燃?xì)廨啓C(jī)優(yōu)勢(shì)

在軍艦動(dòng)力方案選擇上，燃?xì)廨啓C(jī)的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是艦用柴油機(jī)和艦用蒸汽輪機(jī)，但是由于燃?xì)廨啓C(jī)先天優(yōu)勢(shì)與軍艦動(dòng)力系統(tǒng)性能要求更為吻合，燃?xì)廨啓C(jī)成為了各國(guó)軍艦動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展的唯一選擇。老牌海軍強(qiáng)國(guó)如美國(guó)海軍、英國(guó)海軍、日本海上自衛(wèi)隊(duì)的主力水面作戰(zhàn)艦只早已完成動(dòng)力燃?xì)廨啓C(jī)化。

燃?xì)廨啓C(jī)第一個(gè)優(yōu)勢(shì)是功率密度極大。一般情況下，同等功率的燃機(jī)體積是柴油機(jī)的三分之一到五分之一，是蒸汽輪機(jī)的五分之一到十分之一左右。這是由于燃?xì)廨啓C(jī)本身精巧的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)熱力學(xué)循環(huán)結(jié)構(gòu)造成的，體積小、功率大，非常適合軍艦分艙小、航速要求高的特點(diǎn)。

燃?xì)廨啓C(jī)的第二個(gè)優(yōu)勢(shì)是啟動(dòng)速度快。雖然燃機(jī)的轉(zhuǎn)速是三種動(dòng)力系統(tǒng)中最高的，但是由于整個(gè)轉(zhuǎn)子十分輕巧，在啟動(dòng)機(jī)幫助下在1-2分鐘就可以達(dá)到最高轉(zhuǎn)速。而柴油機(jī)由于轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)源于活塞的往復(fù)，加速較慢，蒸汽輪機(jī)更是“反應(yīng)遲鈍”，整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到最高功率輸出可能需要長(zhǎng)達(dá)一小時(shí)的時(shí)間。而啟動(dòng)速度，對(duì)于軍艦的戰(zhàn)時(shí)出動(dòng)和反潛作戰(zhàn)時(shí)加減速性能有著直接的影響。

燃?xì)廨啓C(jī)第三個(gè)優(yōu)勢(shì)是噪聲低頻分量很低。由于燃?xì)廨啓C(jī)本身處于高速穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)當(dāng)中，產(chǎn)生的噪聲更多是高頻嘯聲。而柴油機(jī)的活塞往復(fù)產(chǎn)生了大量低頻機(jī)械振動(dòng)噪聲，恰好迎合了海洋容易傳播低頻噪聲的特點(diǎn)，導(dǎo)致軍艦容易被敵方聲納探測(cè)。所以柴油機(jī)動(dòng)力尤為不適合給反潛軍艦作動(dòng)力系統(tǒng)。

國(guó)產(chǎn)燃?xì)廨啓C(jī)自研燃機(jī)

我國(guó)艦用燃?xì)廨啓C(jī)研發(fā)的起步并不算晚。根據(jù)“中國(guó)艦用燃?xì)廨啓C(jī)總師訪談錄”的介紹，1958年我國(guó)開(kāi)始著手研發(fā)計(jì)劃的具體組織實(shí)施，決定成立南、北方兩個(gè)聯(lián)合設(shè)計(jì)組，先開(kāi)展大、中、小三型機(jī)組的可行性論證和方案設(shè)計(jì)。1959年底，前蘇聯(lián)向我國(guó)轉(zhuǎn)讓了M-1艦用燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，我國(guó)對(duì)該機(jī)組進(jìn)行了以技術(shù)練兵為目的的仿制工作。僅用了11個(gè)月，上海輪機(jī)廠就完成了該型燃機(jī)的首臺(tái)樣機(jī)制造。不過(guò)由于各種原因，仿制樣機(jī)經(jīng)過(guò)3年才排除大量故障通過(guò)驗(yàn)收試驗(yàn)。后來(lái)該型燃機(jī)在一艘高速炮艇上進(jìn)行了試驗(yàn)并且裝備了部隊(duì)。1964年完成設(shè)計(jì)的6000馬力燃機(jī)組是我國(guó)第一次自行設(shè)計(jì)研制的艦用燃機(jī)，但是由于研制周期過(guò)長(zhǎng)加之原裝配對(duì)象計(jì)劃調(diào)整未能裝備部隊(duì)。與世界上其他國(guó)家主要依靠航空發(fā)動(dòng)機(jī)改燃機(jī)不同，我國(guó)由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)水平落后，采取的是改進(jìn)和專(zhuān)用研制并舉的道路。

1967年我國(guó)決定將轟六轟炸機(jī)上的渦噴8發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)為大功率艦載燃?xì)廨啓C(jī)，這是我國(guó)首次進(jìn)行“航改燃”實(shí)踐，但是最終因?yàn)榘l(fā)達(dá)國(guó)家同意進(jìn)口相應(yīng)型號(hào)受到?jīng)_擊無(wú)果而終。后來(lái)我國(guó)一直在艦用燃機(jī)方面不斷嘗試，但是一直沒(méi)能拿出一款成熟可靠性能優(yōu)良的艦載燃?xì)廨啓C(jī)。這就是中國(guó)6艘裝備燃?xì)廨啓C(jī)的驅(qū)逐艦都采用外國(guó)產(chǎn)品的原因，其中112、113兩艘驅(qū)逐艦因?yàn)槭艿矫绹?guó)禁運(yùn)影響，其裝備的LM2500燃?xì)廨啓C(jī)到了使用時(shí)限也難以獲得大修。

國(guó)產(chǎn)燃?xì)廨啓C(jī)艦用燃機(jī)

我國(guó)在艦載燃?xì)廨啓C(jī)方面一直沒(méi)能突破技術(shù)瓶頸的主要原因有很多，既有航空動(dòng)力方面的問(wèn)題也有艦用燃機(jī)工業(yè)本身的體制問(wèn)題。其中最主要的一個(gè)原因是我國(guó)航空動(dòng)力工業(yè)缺乏長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃。我國(guó)航空動(dòng)力工業(yè)像很多落后國(guó)家一

樣是從仿制和修理開(kāi)始的。在老大哥的幫助下，我國(guó)迅速建立起一個(gè)能夠和世界一流水平比肩的航空工業(yè)體系，但是我國(guó)并沒(méi)有為航空工業(yè)以及航空動(dòng)力工業(yè)制定一個(gè)從仿制到研制的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃，而是將航空工業(yè)本身的任務(wù)局限于仿制、生產(chǎn)和修理，確定了以生產(chǎn)為主的“遍地批量廠”發(fā)展方針。我國(guó)航空工業(yè)的運(yùn)行狀態(tài)就是，仿制生產(chǎn)再仿制再生產(chǎn)，長(zhǎng)期處于這種發(fā)展?fàn)顟B(tài)下，我國(guó)航空動(dòng)力工業(yè)對(duì)于現(xiàn)代航空動(dòng)力系統(tǒng)的研究發(fā)展客觀規(guī)律認(rèn)識(shí)極為不足。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制沒(méi)能突破相關(guān)技術(shù)瓶頸，與航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)相通的艦用燃機(jī)更是無(wú)從談起。在2004年，中國(guó)一航開(kāi)發(fā)研制的國(guó)產(chǎn)新型燃?xì)廨啓C(jī)QC185在珠海航展上首次面世。而該機(jī)就是以太行核心機(jī)為基礎(chǔ)改進(jìn)的輕型燃機(jī)，不過(guò)輸出功率17兆瓦的水平也不足于我國(guó)發(fā)展大型水面艦艇的需要。另外，我國(guó)艦用燃機(jī)輪機(jī)主要研制和生產(chǎn)單位存在于航空工業(yè)之外，在體制方面非常不利于航空發(fā)動(dòng)機(jī)向燃?xì)廨啓C(jī)的改進(jìn)工程。

斗型螺栓的性能等級(jí)可以分為3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9共10個(gè)性能等級(jí)，其中8.8級(jí)（含）以上強(qiáng)度螺栓材質(zhì)為中碳鋼以及合金鋼經(jīng)熱處理 ，這些螺栓稱(chēng)為高強(qiáng)度螺栓，其余通稱(chēng)為普通強(qiáng)度螺栓。螺栓性能等級(jí)標(biāo)號(hào)有兩部分?jǐn)?shù)字組成，分別表示螺栓的公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度值和屈強(qiáng)比值。例如：

1、性能等級(jí)4.8級(jí)的螺栓，其含義是：

(1)、螺栓材質(zhì)公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度達(dá)400MPa級(jí)；

(2)、螺栓材質(zhì)的屈強(qiáng)比值為0.8；

(3)、螺栓材質(zhì)的公稱(chēng)屈服強(qiáng)度達(dá)400X0.8=320MPa級(jí)

2、性能等級(jí)8.8級(jí)的螺栓，其含義是：

(1)、螺栓材質(zhì)公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度達(dá)800MPa級(jí)；

(2)、螺栓材質(zhì)的屈強(qiáng)比值為0.8；

(3)、螺栓材質(zhì)的公稱(chēng)屈服強(qiáng)度達(dá)800X0.8=640MPa級(jí)

3、性能等級(jí)10.9級(jí)的螺栓，其含義是：

(1)、螺栓材質(zhì)公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度達(dá)1000MPa級(jí)；

(2)、螺栓材質(zhì)的屈強(qiáng)比值為0.9；

(3)、螺栓材質(zhì)的公稱(chēng)屈服強(qiáng)度達(dá)1000X0.9=900MPa級(jí)

螺栓性能等級(jí)的含義是國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)，相同性能等級(jí)的螺栓，不管材料和產(chǎn)地的區(qū)別，其性能是相同的，設(shè)計(jì)上只選用性能等級(jí)即可。螺栓的強(qiáng)度等級(jí)為10.9級(jí)是指螺栓的抗剪切應(yīng)力等級(jí)為10.9GPa。

《高性能刀具及涂層刀具材料的切削性能》介紹了高速鋼切削刀具、硬質(zhì)合金切削刀具、陶瓷切削刀具、金剛石切削刀具及立方氮化硼切削刀具的切削性能，同時(shí)介紹了各系列涂層刀具，包括單一涂層刀具、多元復(fù)合涂層刀具及多元多層復(fù)合涂層刀具的切削性能以及不同刀具涂層的制備技術(shù)。全書(shū)共分13章：第1章介紹了各種高性能切削刀具的特點(diǎn)及綜合性能；第2～6章分析了高速鋼切削刀具、硬質(zhì)合金切削刀具、陶瓷切削刀具、金剛石切削刀具及立方氮化硼切削刀具的切削性能；第7～8章介紹了涂層刀具的特性、研究進(jìn)展及應(yīng)用；第9～12章分析了單一涂層刀具、多元復(fù)合涂層刀具及多元多層復(fù)合涂層刀具的切削性能及刀具涂層的各種制備技術(shù)；第13章探討了我國(guó)涂層刀具存在的問(wèn)題及解決對(duì)策。

《高性能刀具及涂層刀具材料的切削性能》可供從事切削加工技術(shù)及刀具材料生產(chǎn)的科技工作者閱讀，也可供高等院校材料類(lèi)、機(jī)械類(lèi)、表面工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)的本科生和研究生參考。