大型飞机发动机反推装置及应用.doc

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1、 毕业设计（论文）大型飞机发动机反推装置及应用学 院：专 业：姓 名：指导老师：航空学院飞行器制造工程专业方嘉淇学 号：职 称：163701101385张守田副教授中国珠海二0二0年五月北京理工大学珠海学院毕业设计诚信承诺书本人郑重承诺：我所呈交的毕业设计（论文）大型飞机发动机反推装置及应用是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。 承诺人签名： 日期： 年 月 日北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计(论文)大型飞机发动机反推装置及应用摘 要 随着科学的发展，中国的航空业不断再进步。近十年的时间，我们可

2、以发现，我国的民航业发展非常快，从表面上来看，飞机的机型再不断增大，这意味着，一趟飞机能承载更多乘客了，而且飞行时间在不断缩短，说明飞机飞行的速度在加快，飞行器的发展研究有了新的成果。但是在飞行速度增加的同时，飞机着陆时候的滑跑距离，也会增加。如果不加大减速的力度的话，随着飞机速度的越来越快，飞机降落或者终止起飞时候的滑行距离也会越来越大。这就要关联到一个现实问题，机场的场地是否能满足飞机的滑跑距离呢。所以我们要研究一下，飞机的减速系统都有哪些，发动机反推装置能为飞机带来什么好处。本文主要内容是通过对飞机发动机反推装置的研究：反推装置的工作原理、类型及其具体应用实例。1.反推装置的发展；2.反

3、推装置主要类型；3.反推装置的要求；4.反推装置的应用实例；以及气流对飞机的影响，研究相对于刹车系统，反推装置的优势，和分析反推装置的缺点，并如何避免。采用反推装置可有效解决这一问题。关键词：发动机 反推装置 应用Large aircraft engine thrust reverser and its applicationAbstractWith the development of science, Chinas aviation industry continues to progress. In the past ten years, we can find that Chinas

4、civil aviation industry has developed very fast. On the surface, the aircraft types are increasing, which means that one aircraft can carry more passengers, and the flight time is constantly shortened, which indicates that the speed of aircraft flight is increasing, and the development of aircraft r

5、esearch has new achievements. However, with the increase of flight speed, the glide distance when the aircraft lands will also increase. If we dont speed up the deceleration, as the speed of the aircraft increases, the taxiing distance of the aircraft when it lands or stops taking off will also incr

6、ease. This is related to a practical problem, whether the airport site can meet the aircrafts running distance. So we need to study what are the deceleration systems of the aircraft and what benefits the engine thrust reverser can bring to the aircraft.The main content of this paper is through the r

7、esearch of the thrust reverser of aircraft engine: the working principle, type and application example of the thrust reverser. 1. Development of thrust reverser; 2. Main types of thrust reverser; 3. Requirements of thrust reverser; 4. Application examples of thrust reverser; as well as the impact of

8、 air flow on aircraft, study the advantages of thrust reverser relative to brake system, analyze the disadvantages of thrust reverser and how to avoid them. This problem can be effectively solved by using the backstepping device.Key words: Engines Thrust revers Applications目 录摘 要IAbstractII1.绪论11.1课

9、题背景11.2研究的意义12.反推装置32.1反推装置工作原理32.2反推装置的类型42.3对飞机反推装置的要求73.大型飞机发动机反推装置的发展及应用103.1反推装置的发展103.2反推装置的应用124.结论14参考文献15谢 辞16161.绪论1.1课题背景目前中国经济发展非常快，我国的科学技术领域发展也是突飞猛进。就航空产业来说，近十年发展是能用肉眼看到的。飞机的机型在增大，飞机的用途也在变多，飞机的速度也在变快。但是机场的大小不能随意改变，跑道的长度也不能改变，飞机的起飞降落可能会随之收到影响。我要研究的课题是飞机发动机的反推装置。反推装置，由名字来理解，就是反着推，让力改变方向，能

10、够帮助飞机在减速的时候，加大阻力，迅速地把速度降低，这就能帮助飞机减少降落时候的滑跑距离等。研究反推装置，主要是因为航空业的发展，飞机载客量增加了，飞行速度加快了，但是因为牛顿定律，在质量不变的情况下，速度变快了，力就会变大。飞机着陆的时候，速度比以前快了，如果摩擦力不变，减速系统提供的阻力不变，那飞机的滑行距离就会边长。假如机场跑道长度有限，那只能通过加大摩擦力，来解决这个问题。飞机需要更大的摩擦力、反作用力，才能让飞机停下来，这个更大的阻力，就是来自发动机反推系统。1.2研究的意义在上述背景介绍中，我提到了飞机发展越来越快，使得飞机着陆或者终止起飞的时候，飞机滑跑距离会变长。为了解决这个现

11、象，现在的大型飞机上，基本都安装了发动机反推装置。飞机着陆需要把速度迅速降到很低，这时候需要的是飞机的减速系统，减速系统中包括：机轮减速、机翼扰流板减速还有发动机反推装置。机轮减速，主要是靠轮胎和地面的摩擦力；机翼扰流板，是增大了迎风面积，增大了空气阻力来减速。假如只有这两种减速装置存在，在下雨天，跑道地面湿滑的时候，轮胎与地面的摩擦力会减小很多，那就更不用提冰雪天气对机轮刹车的影响了。如果是在这种恶劣的天气条件下，单单靠机翼扰流板减速和微弱的刹车减速，是无法达到预期的减速效果的，飞机就可能冲出跑道。这时候发动机反推装置的作用，就体现得淋漓尽致了，它不会受到跑道面的影响，反推装置的原理在下文会

12、有介绍。所以为了航行的安全，研究和应用发动机反推装置是非常有意义和有必要的，研究发动机反推装置，可以很好的解决飞机飞行时，遇到恶劣的天气条件，降落困难，或者终止起飞时跑道不够长等地面因素造成的一些问题，避免事故发生。根据对现今民航业飞机的分析，我们知道了如今飞机的发展非常迅猛，航空业正在不断进步，但随之而来的问题，我们不可忽视。上文提到了研究反推装置的意义，我们得知，大型飞机发动机反推装置，对飞机降落和终止起飞有重要作用。通过对反推装置的研究，和推广应用，有助于航空业的发展，落实国家航空业安全第一的原则。为将飞行中，因天气、地面因素对飞机刹车系统的影响降到最低，本论文将探讨，发动机反推装置有什

13、么技术上的要求，以及如何检修排查发动机反推装置的故障。具体我们将讨论1.反推装置的发展；2.反推装置主要类型；3.反推装置的要求；4.反推装置的应用实例；以及气流对飞机的影响，研究相对于刹车系统，反推装置的优势，和分析反推装置的优点缺点，并如何避免一些缺陷问题。通过本文的研究，能让大家进一步的了解反推装置，本专业的学生和相关的工作者也可以采纳本文的意见，发表自己的意见和看法，更好的认知反推装置，并把反推装置更好的发展下去。2.反推装置2.1反推装置工作原理首先我们要了解一下，飞机的动力是怎么产生和从哪里产生的。飞机的结构，拆开来分析，可以拆分为：机翼、机身、尾翼、起落装置、动力装置。飞机主要是

14、从动力装置，也就是发动机，产生的动力。现在的民航飞机，大部分都是涡轮风扇发动机，发动机从前面吸气，然后经过里面的气体加速，从尾部高速喷出，这样就产生了动力。飞机在降落着陆的时候，飞机必须得平稳，水平的接触地面，也就是飞机周围的气体稳定性要好，飞机还得保证一定的速度，才能降落。飞机着陆的时候，我们都要经过一段距离的滑行，在滑行期间，就是飞机减速的过程。飞机减速的时候依靠的是飞机的减速系统，依靠飞机机轮的刹车，还有扰流板的减速，再就是发动机反推装置了。发动机反推装置，大致上描述就是，改变了发动机原本的喷气方向，使得喷出的气体是反向喷出去，让其方向大致与原本的动力方向相反。现在一般的发动机都是涡轮风

15、扇发动机。涡轮风扇发动机有两个进气道，一个是内进气道，另一个是外进气道。发动机在工作的时候，空气是按照一定比例进入这两个进气道的。它们还分为低压和高压进气道，空气进去之后，通过各级零件，气体会被加速，然后以很高的速度从发动机尾部喷出，以此产生动力。当反推装置打开时，我们需要达到的目的是把推力变为反推力，这时候发动机里的导流板会工作，挡住原来的气流，改变原有的气流方向，然后以另一个方向喷出去，产生一个逆向的推力，与飞机运行的方向相反，称之为反推力。但是发动机反推装置基本不可能做到将气流直接转个头向着另一个方向，一般只能向斜方向喷出，不可能达到一百八十度。所以他的反推力其实是小于正常的推力的，大概

16、是正常推力的百分之四十到五十左右，所以在减速的时候，需要各个减速系统配合使用，才能真正达到最佳的减速效果。下图是发动机反推装置原理的图片。图2-1 反推原理示意图2.2反推装置的类型现在的反推装置类型大体上，常见的，有四种：桶式、蚌壳式、折流门式、格栅式（也称为冷流式）。第一种是折流门式，折流门式的工作方式，是当打开反推装置时，发动机中段或者中尾段的挡板会转动方向，发动机里面的部分，会将里面的气流挡住，将尾喷口封闭上，改变气流行驶轨迹。如下图发动机中段打开位置，就是折流门。 图2-2 折流门式反推装置图 2-3 折流门式工作原理图 第二种类型反推装置称为桶式。桶式的反推操作方法是，当反推装置开

17、启时，发动机尾喷上有两块或多块可以旋转的装置，它们旋转到尾部，把从尾部出来的气流全部挡住，然后改变它们的方向，产生反推力。图2-4 桶式反推装置图2-5 桶式工作原理图反推装置的用途不止减速，可以利用发动机两边的力的差异，实现转向，有助于没有转向功能的飞机。以下图为例子：图片上的飞机，右边的发动机反推装置打开了，这是个桶式的反推装置，然后左边的反推装置没有打开，所以右边可以理解为没有推力，左边还有推力，左边的力大于右边的，飞机就会向右边偏转了，实现了一个转向。图 2-6 反推装置转向示意图 第三种类型的叫格栅式，也称为冷流式。它的工作原理是，发动机后段的整流罩向后推移，打开内部的网状栅口，然后

18、再把尾部封闭起来，气流从栅口喷出，改变气流方向，产生反向的力。图2-7 格栅式反推装置图2-8 格栅式工作原理图 第四种类型的反推装置稍微少见一些，叫蚌壳式反推类型。他的工作类型与桶式类似，但是反推过程是在发动机内完成的。当反推装置开启时，发动机尾部的旋转机，就会将两块挡板闭合，挡住尾部气流，然后气流从后端的栅口喷出，使气流转向。在民航机里比较少见。图2-9 蚌壳式工作原理图2.3对飞机反推装置的要求不仅是发动机需要严格的技术要求，反推装置也是有技术要求的，因为他是发动机动力装置的一部分。反推装置是要安装在发动机里面的，它一经安装在发动机上，就是发动机内的装置，所以他的主体材料，结构、性能，和

19、它的工作原理性能，都会对发动机的运行，有直接的推动影响。所以，在设计和建造发动机反推装置时，我们也要考虑一些基本的技术条件。例如最基本的，所用材料的规格，材料的刚度硬度，还有材料本身的重量，还要与发动机本身契合运行，这些基本的要求具体在下面列举：(1) 操纵便捷性：反推装置必须响应灵敏，安全可靠，要保证在规定的短时间内和紧急状态下，快速响应操作，打开和关闭。飞机准备着陆的时候，反推装置一般在落地的一瞬间，或者提前几秒钟打开，但是落地减速的时间很短，如果响应不灵敏的话，或者操作程序复杂，就会耽误了实用反推装置的最佳时机。(2) 安装性：反推装置是发动机系统的一部分，所以安装的时候，要与其他零部件

20、配合，结构紧凑，形状布局要满足基本的气动要求，与发动机和机身能实现最合适最佳的匹配。(3) 材料硬度和刚度要强：机在开始起飞和准备着陆的任何时候,承载的机械负荷都比其他飞行时间飞机要大。而且都一定是在每次起飞期间和飞机着陆的时候需要使用反推传动装置,所以反推装置，要能承受在这种特定的时候，带给飞机的高强度高压力，高的气流载荷。所以材料一定要好，能承受住这种压力，避免发动机零件因为压力而变形，损坏，导致不能工作。(4)气密性强：反推装置是发动机的重要零件，反推装置在工作的时候，它和其他重要相邻的零件之间，要进行严格的空气密封。尽量把气体泄露减低到最小。(5)稳定性好：反推装置在开启的时候，必须保

21、持机身两边的发动机动力平衡，减小减速时对机身或滑跑的方向的干扰，才能使飞机平稳的滑跑减速。此外，下述条件也是必不可少的：(1)当发动机反推装置工作时，要避免反推装置派出的气流冲击到发动机系统的其他零部件上，造成其他部件的损伤，而导致飞机的其他部件损伤。(2)反推装置工作时，反推的气体是几乎向发动机的进气口的，所以要避免发动机再吸入反推时的排气，避免引发发动机出现喘振等不正常的工作现象。(3)在飞机着陆或终止起飞，启动反推装置时，要注意反推力激起的异物，例如小石子，撞击机身或者机翼，导致飞机的机体损伤，所以每次航行任务完成，都要认真检查靠近地面的飞机机身部件。(4)反推装置在使用的时候，会产生比

22、较大的噪音，为了控制降低噪音，反推装置最好加上减噪的装置，一起使用。这样可以减少噪音太大的情况，从而损伤机身的结构。(5)反推装置的结构，最好是整块连接的，结构简单完整，这样能更好的维护检查，保证反推装置能正常运行。发动机反推装置带来的好处很多，但也存在一些缺点。首先来说，刹车系统可以算是一种保险系统，刹车肯定是越好越安全。假如不依靠反推装置的时候，刹车的效果只是恰到好处，刚好差不多利用整条跑道来减速的话，安全性还是要进行提高的。反推装置的利，我觉得它相当于一种保险，一种减速的保险，不管是正常天气，还是环境恶劣的天气，他都是减速系统里必不可缺的保险装置。在正常的天气情况和跑道情况下来说，反推装

23、置可以开，可以不开，就算不开，依靠机轮减速和扰流板之类的减速系统，也可以很好的减速，因此飞行员可以依据情况来选择开或者不开。但是不开发动机反推装置的时候，飞机用机轮减速时，机轮的磨损就会增大，损耗增大，更换机轮的时间就要提前了。但是发动机反推装置也存在一定的缺点。发动机反推装置工作的时候，原本的气流方向会被改变，气流会向斜方喷出，这样就会有气流冲击地面。加入跑道上有碎石等异物的话，碎石会被吹飞，可能会撞到机身等飞机上的补位，造成一定损伤。这是反推装置的主要缺点。其次就是，反推装置是安装在发动机上的，这对发动机本身的性能可能会收到影响，还要考虑安装的时候，相邻的零件要互相配合，加大了发动机生产和

24、维修的难度，增加了生产和维修时的成本，而且在飞行过程中（空中），要设置特定的程序，给反推装置上锁，避免机组人员的失误，在飞行过程中误打开了反推装置。总的来说，我认为优点远大于缺点，随着科学技术不断发展，反推装置也会越来越完善。反推装置是减速系统里的保险装置，正好契合我国国内民航业以安全第一为首的战略目标。3.大型飞机发动机反推装置的发展及应用3.1反推装置的发展 反推装置在现在的民航业，常见的有三种：1.折流板式 2.桶式 3.冷流式反推装置的发展起源，其实历史还是挺久的。最早是螺旋桨飞机的时候，利用反桨，将风逆着吹，就开始了反推的历史。螺旋桨飞机是靠桨距的变化，桨距变成负距，这样在相同的旋转

25、方向下，风的方向变成相反的了。最早是在1921年的时候，法国配置出一台这样的飞机。然后到后来发明出涡轮发动机，马力比螺旋桨发动机大很多，螺旋桨飞机逐渐被淘汰。在改用涡轮发动机后，涡轮风扇发动机是比较常见的，跟螺旋桨飞机大致相同的是，发动机里面的叶片旋转，和螺旋桨有点相似。在改用发动机后，新型的反推装置诞生了。图3-1 蚌壳式反推装置1945年的时候，蚌壳式发动机反推装置初见雏形。蚌壳式反推装置，是现在的涡轮发动机里起源最早的反推装置了，而且效率也很高，发动机基本上所有吸进去的气体，都能被反推出去。早起的民航机，都用这个反推装置，不过现在比较少见了。图3-2 折流式反推装置当涡轮风扇发动机投入民

26、航业使用时，新的反推装置也一同问世，那就是折流式反推装置。这个装置到现在也经常能见到，可见当时小小的发明，就能改变世界很大的格局。当时使用这个反推装置的飞机有：伊尔公司的76型飞机、波音737等，较大型的飞机都采用了这个反推装置。图3-3 格栅式反推装置再后来，反推装置的发展越来越成熟，一直到我们现在都在使用。随着飞机发动机技术不断成熟创新，新型发动机也问世了。高涵道发动机的出现，大大的增加了飞机的飞行速度，加大了发动机的马力。差不多时期出现的后退格栅式反推装置，也叫冷流式，一直被采用到现在的飞机。不仅是民用飞机，很多军用飞机也采用了这个反推装置。它的安装相对于其他反推装置来说比较简单，技术要

27、求很好，响应快、稳定性好等有点，让它在反推装置中占有一席之地。3.2反推装置的应用现今的民航大型飞机，都装有反推装置，不同的机型，安装的反推装置也不同，各有各的特点，反推装置是现在民航飞机不可缺的部分。但是在早期的时候，也有些大型飞机是不想安装反推装置的，目的是为了省油省钱。一开始的大型飞机都采用减速伞的装置来代替反推装置，直到1957年，波音的707开始，是全世界第一台采用反推装置的民航业商用飞机。但在后来也还是有公司不装反推装置，目的还是为了省钱，比若说早期的汉莎航空公司，但就他们自己的说法是，自己的飞机性能很好，机场条件也很好，不需要反推装置。再后来，全世界最大的宽体客机A380诞生了，

28、起初的时候，空客公司也不打算给飞机装上反推装置，理由是飞机机翼的设计，可以使降落进近的时候的速度降得非常低，就不需要反推装置了，最后因为航空局的要求，还是加上了两个反推装置，但是A380是有4个引擎的，由于飞机本身就很宽，外引擎几乎是在跑道外侧了，很容易吹起碎石之类的杂物，所以外侧的两个引擎就没装反推装置。下面是现在民航业大型飞机应用反推装置的例子： 图3-4 波音737的反推装置这款机型是波音公司的737型号，这是一款窄体的民航机型，采用的是两发喷气式发动机，这款飞机在民航业中是比较常见的，他安装的反推装饰是，后退格栅式反推装置，也称为冷流式。图3-5 空客320的反推装置 如图，这款飞机是

29、空客公司的320型号的飞机，这是一款单通道的小型民航飞机，这款飞机是除了波音公司的飞机之外最常见的中小型客机了，它采用的是数字电传技术，是当时世界第一个采用这种技术的公司，这也奠定了空客公司在民航产业中的地位。这款空客320飞机采用的是折流门式反推装置，与他相似的还有空客的340型号的飞机，它采用的是后退格栅式反推装置。非常显而易见的是，反推装置已经称为民航中大型飞机的必不可缺的减速保险装置。但不单单是民航飞机，军用飞机也开始使用反推装置了。比如说现在非常厉害的，加拿大空军的大型运输机，他的反推装置非常厉害，它的反推力可以让飞机倒退行驶，还能利用发动机力的差异，实现原地转弯和掉头。这么多例子说

30、明，发动机反推装置的应用，给飞机的灵活性和操作性带来了很大的提升。4.结论现今发动机反推装置已经非常成熟，并且应用在很多大型民用飞机上，发展速度非常快。在航空界未来的发展方向，反推装置将成为大型飞机必不可少的装置。很多时候都是一些不起眼的装置，给人们带来了极大的好处，反推装置就是其中一个。在现在的民航业发展中，机型不断增大，飞机航程也在增大，为了适应这种发展速度，反推装置无疑是锦上添花，推动了航空业的发展。我们应该好好利用这一装置，减少在恶劣的天气环境下事故的发生率。参考文献 1张美红，张冬云:民用飞机/反推装置一体化设计研究。2易 贤， 王开春， 马红林， 朱国林：民用飞机发动机反推的空气动

31、力学特性研究。3Boeing 737-600/700/800、System Schermatic Manual（SSM）P美国专利:9E991，2012-08-024张卫华，王 龙:B737NG 飞机反推系统故障分析。5杨环宇:某类型飞机发动机反推装置的研究6王鲁闽.波音 737-700和800型飞机发动机进气系统和它的故障 检测排查J.现代制造技术与装备，2015（4）：69-70. 7原国森, 兖利鹏, 韩艳艳:钛合金的应用进展8王志强，沈锡钢，胡 骏，高 翔，刘立平:反推气流对发动机进气口的数值研究9乔向光:CFM56-5B 发动机反推失效故障分析10刘复秀:湾流G200飞机反推系统排故浅谈谢 辞 时间转瞬即逝，我也即将毕业。经过一个多月的时间，在我的指导老师的帮助下，我完成了这篇论文。通过大学四年的学习，我喜欢上了民航业，回想大学的学习历程，从懵懂到成熟，感谢老师孜孜不倦的教导，感谢老师的以身作则，让我深刻了解到，民航业是个非常严肃严谨的行业，今后无论做什么事，都要保持一颗积极向上的心，热情洋溢的态度，永不放弃的决心。我会好好利用自己所学的知识，好好工作，今后不断学习，继续成长。 最后再次感谢我的老师、同学、亲人的鼓励与支持，你们给了我建议，给了我很多信心。祝愿老师和同学们一切顺利！谢谢！