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航空活塞式發動機(Piston Engine)是利用航空汽油與空氣混合,在密閉的容器(氣缸)內燃燒,膨脹作功的機械。活塞式發動機必須帶動螺旋槳(Propeller),由螺旋槳産生推(拉)力。故作爲航空器的動力裝置時,發動機與螺旋槳是不能將其分開的。

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航空器為求提升某些特殊的飛行性能,例如戰機與轟炸機,必須針對發動機進行推力增益(Thrust Augmentation)的設計,其中決定發動機推力大小的兩項重要因素,一為進入發動機的流體質量流率,及發動機高溫燃氣的排氣噴射速度。

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經過燃燒段噴上燃料點火燃燒,燃燒後的高溫氣流向後進入渦輪段。高溫氣流衝擊渦輪段的葉片,使渦輪旋轉,並驅動發動機的軸心,帶動壓縮段。

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壓縮段基本構造
壓縮段是用轉動之葉片轂提高通過氣流的壓力和密度,以使壓縮後氣流進入燃燒段燃燒,目前壓縮段之設計有以下兩種方式。壓縮段又稱為冷段。

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次音速氣流進入壓縮段經過壓縮後,壓力與密度大幅上升,緊接著壓縮段之後就是燃燒段。噴射發動機與一般內燃發動機不同處在於其燃燒段幾乎沒有可動組件,氣流進入後噴上燃料點火燃燒,燃燒後的高溫氣流向後進入渦輪段。此段也稱為熱段。

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一、歷史
在第二次世界大戰以前,所有的固定翼航空器皆以活塞式發動機作爲本身的動力來源,但此類型發動機本身並不能産生向前進的動力,而是需要驅動一具螺旋槳(Propeller),使螺旋槳在空氣中旋轉,以此推動航空器前進。此活塞式發動機與螺旋槳的組合方式,在當時一直是固定翼航空器的固定推進模式,所以很少有航空界人士提出質疑。

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噴射發動機的推重比

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噴射發動機是熱機的一種。熱機是連續不斷地將熱能轉換爲機械能的動力裝置,熱機的熱效率爲輸出的機械能與輸入的熱能的比值。根據熱力學第二定律,這個比值應小於1。

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噴射發動機進氣口之位置與航空器進氣道設計息息相關,也與噴射發動機之進氣量、操作需求、操作環境等運轉環境有著密不可分的關係。目前常用之進氣口位置如下。

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目前裝置噴射發動機之軍、商用機相當多樣化,而噴射發動機須在進氣氣流流速為音速以下之穩定狀態,方能順利運轉。在裝置活塞氣冷、空冷發動機並以螺旋槳推進之航空器極少有此方面問題,再者噴射發動機運轉之環境需求與活塞發動機不同,故在發動機進氣道設計方面比活塞發動機更為講究。渦輪噴射發動機進氣道種類如下三種。

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高速氣流震波算是一種能量分佈之不均勻現象,就像是爆炸時因能量迅速增加而產生,也可以看做為壓力突然產生變化而形成,故於氣流震波之兩側壓力與氣流性質皆不同。

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貳、發動機艙於機身外
此類設置方式變化很多,共同特性是機身內空間增大,可裝載人員與貨物,且動力系統不影響機身設計,便於更換與維修。缺點是滾轉慣性力矩較大,且影響到波阻力而難以高速飛行,此類設置方式又可細分為以下五類方式:

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航空發動機艙於航空器上之位置,與航空器設計上之操作用途有很大的關係。而發動機艙位置之選擇,須一併考慮航空器之氣動力設計與所選擇之發動機型式。發動機是選擇渦輪扇、渦輪噴射、渦輪軸、活塞空冷、活塞液冷等型式,發動機位置之選定須考慮維修的便利性。

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航空器之航空發動機的數量,於原型機之構型規劃定案時即已決定,是由航空器的重量、種類、用途及發動機類型所決定。

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飛行器發動機的主要功能是爲飛行器提供推進動力及支援力,是飛行器的心臟。自從固定翼航空器問世至今將近百年的發展過程中,發動機的演進相當迅速,自早期的低速航空器上使用的活塞式發動機,到可以推動航空器進行超音速飛行的噴射式發動機(Jet Engine),還有運載火箭上可以在太空環境下運作的火箭發動機等。時至今日飛行器發動機已經形成一個種類繁多,各種不同用途的大家族。

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“發動機”是航空器動力系統的重要部分,其功能是提供航空器在進行飛行動作時所需的動力:“推力”或“拉力”,並用以克服航空器所產生的慣性和空氣阻力。

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壹、航空汽油
一、表現值

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戰機在空中加油具有重要的軍事意義,現代化的戰爭每一刻都至關重要,尤其是作戰任務更是如此。在執行任務時戰機不經過航程中間的基地落地加油,直接經空中加油後投入作戰任務,就能爭取到許多寶貴時間而取得作戰優勢。轟炸機及攻擊機經過空中加油,航程可大幅增加,如此就可繞過敵方防空雷達及防空飛彈陣地,進行長程迂迴方式飛行,以順利執行長程攻擊任務。

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參、技術運用實例
近年空中加油技術使用得更爲廣泛的,空中加油機頻頻出現在一些區域戰爭中,如英阿福島之戰、美國入侵巴拿馬以及1991年的波斯灣戰爭,空中加油機都發揮了重要作用。在1985年4月15日,美國空軍的18架F-111戰鬥轟炸機及3架EF-111A電子反制機,自駐紮於英國的雷昆西斯空軍基地出發,與擔任該次任務的12架A-6E、12架A-7E及F/A-18C/D、7架F-14A機群會合,途經北大西洋、直布羅陀海峽,穿越地中海上空到達利比亞,順利執行轟炸任務,此次任務僅損失一架遭防空砲火擊落的F-111。從起飛到降落,連續飛行1萬多公里,經過了6次24架支援該次任務的KC-135及KC-10空中加油機補給油料,才使這次長程攻擊任務得以圓滿成功。

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一、軟管-浮錨式
軟管式空中加油設備亦稱爲軟管-浮錨式(Probe & Drogue)加油系統,是英國空中加油有限公司在繼承前人經驗的基礎上所研發出來的,於1949年問世。採用此種方式進行空中加油,受油機的設備非常簡單,只要在機首或機翼前緣裝一根固定的或可伸縮的受油管即可。而加油機的加油設備則由絞盤、一條22至30公尺長的軟管和一個漏斗式浮錨所組成。浮錨呈漏斗狀,且重量輕,上面裝有機械自鎖機構。當受油管伸進浮錨後,浮錨上的機構自動鎖緊受油管口使之與輸油軟管相銜接,軟管則由絞盤控制放出和回收。

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