反推力

反推力

反推力一般是指由反推力裝置和引擎噴出的氣流。是現代大型噴氣客機必備的設備,位於飛機的引擎中,反推力裝置是可以使原本向後噴射氣流的飛機引擎,轉而向前噴出氣流的一個裝置。當裝置啟動時,引擎通過改變氣流流出通道並阻擋正常的噴氣口,使氣流穿過引擎側面的小噴氣口噴出。該裝置在飛機著地時立即啟動,可以使大型客機在較短的跑道上、或是雨天等惡劣環境著陸時,儘快停住,從而大大提高客機的安全性。

目的是為縮短飛機著陸滑跑距離以及作必要的機動飛行動作時常需要採用相應的減速。

基本介紹

  • 中文名:反推力
  • 外文名:Reaction Thrust
  • 主要用途:飛機的反推力裝置
  • 主要作用:提高飛機機動性與安全性
  • 其他定義:縮短噴氣式飛機著陸滑跑距離裝置
定義,作用,反推力裝置,特點,工作原理,裝置設計,設計基本要求,分類,相關技術,

定義

當物體受到力的作用時,會產生一個與物體受到的力相反方向的推力。發動機工作時,大量的氣體(高溫燃氣或空氣)以高速度向後噴出,產生與飛機飛行方向一致的推力,推動飛機克服空氣給他的阻力而向前飛行。

作用

運用於火箭發射和客機的反推力裝置中。可以在較短的跑道上、或是雨天等惡劣環境下,飛機在地面減速著陸時為飛機提供減速功能的系統,尤其在濕滑跑道上降落時,反推力可以彌補機輪剎車效率的不足,提高飛機地面著陸時的安全性,使其儘快停住。
戰鬥機的反推力
一般只有大型飛機才裝備反推力裝置以降低著陸滑跑距離,具體到戰鬥機恐怕還未有裝備,戰鬥機多用減速傘、著陸鉤索、回收網來縮短著陸滑跑距離其實反推力裝置的減速效果要大大優於其它方式,他的反推力一般是正常推力的15%-20%,是最平穩的效果最好的制動方法,我們常見的減速傘了減速拉力隨著速度的減低迅速下降從而使減速效果大打折扣,而反推力減速則不然,減速力矩始終如一,同樣一架飛機假如有減速傘換成反推力噴口則著陸滑跑距離會短三分之一以上,但多一套噴口裝置會增加額外重量,在戰鬥機上是無法容忍的。
反推力
反推力
火箭發射中的反推力
火箭發射時助推器噴出的強大氣流一瞬間打到大地上,產生了一個與氣流噴射相反而將將火箭升空的推力。就比如你在開槍時槍膛里的火藥爆炸後產生推力使彈頭向前運動,而你的肩膀就會感覺到一種向後的後坐力,這就是反推力。火箭發射也一樣,噴射的氣流向下運動,打倒大地上,就產生了一個“後坐力”,就是這個力將火箭升空。
反推力

反推力裝置

反推力裝置則是將噴出的發動機氣體折向發動機前方,使氣體向發動機前方噴出,產生與飛機飛行方向相反的力,即反推力。在飛機上很難做到,將排出發動機的氣流折轉180度與飛機運動方向完全一致,一般採用折流板擋住排氣流,使氣流斜著向前噴出,一般折流板與飛機軸線呈45度的夾角。
改變發動機推力方向的裝置。它用以縮短飛機著陸時的滑跑距離。大多用在民用機和艦載飛機上,殲擊機也有採用的。除縮短著陸滑跑距離外,還可改善飛機的機動性能,使飛機能急驟減速或俯衝,增強格鬥能力。它將噴管排出的燃氣(或風扇後的冷氣流)向前折轉大於90°的角度而產生反向推力。由於實際上難以將氣流折轉180°,因此反向推力的大小只是正向推力的45%左右。典型的反推力裝置有兩個鉸接的蚌蛤式阻擋門。正常工作時蛤殼形門緊貼於噴管兩側的折流葉柵處,燃氣由噴管流出。需要反向推力時,蛤殼形門在液壓作動筒的作用下堵住噴管通路,燃氣被蛤殼形門阻擋而由折流葉柵處向前與軸線呈45°角流出,產生反向推力。

特點

雖然發動機反推力裝置在整個發動機的運行周期裡面只占很小的一個部分,但它對發動機短艙的設計、重量、飛機的巡航性能、整個飛機的運行及維護費用的影響都是很大的。美國通用電氣公司的研究表明,對於風扇直徑超過2.5米的渦扇發動機,其反推力裝置的重量將占到整個發動機短艙重量的30%。而由於安裝反推力裝置而帶來的氣流泄漏和壓力損失,將導致飛機飛行中的比油耗(SPC)增加0.5~1.0%。根據波音公司的評估,在波音-767飛機上使用反推力裝置將使其每年的成本增加125000美元。儘管反推力裝置的使用帶來的不利影響如此顯著,它仍然是絕大多數運輸機上必備的裝置。這是因為反推力裝置所帶來的諸多好處:
(1)這是一種有效的減速方式,不但能保持減速效率直至速度為零,而且制動效果不會因為跑道潮濕或地面履冰而受到影響。圖1顯示了在乾跑道和濕滑跑道上反推力裝置的作用,可以看到,在正常的乾跑道上反推力裝置的效果不大,但在潮濕或受到污染的跑道上則效果明顯。
(2)反推力裝置能夠在更寬的條件下正常工作,提高了飛機的安全係數。它能在飛機迫降、緊急終止起飛以及在惡劣氣候下為飛機提供可靠的減速力。這一點對於民航機尤其重要。
(3)可以減少飛機輪剎系統磨損,減小了剎車系統的發熱量,提高飛機使用的效率。
(4)反推力裝置不必像減速傘那樣需要重新包裝,不要求機場設定專門設備,不受著陸面積的制約,比其他幾種減速方式平穩可靠。
總的說來,反推力裝置使運輸機的安全性得到提高,增強了飛機應對突發情況和不利天氣的能力。即便因此帶來了維護、費用和成本上的問題,依然廣泛套用於絕大多數大型運輸機上。
蚌蛤式阻擋門
典型的反推力裝置有兩個鉸接蚌蛤式阻擋門。正常工作時蛤殼形門緊貼於噴管兩側的折流葉柵處,燃氣由噴管流出。需要反向推力時,蛤殼形門在液壓作動筒的作用下堵住噴管通路,燃氣被蛤殼形門阻擋而由折流葉柵處向前與軸線呈45度角流出,產生反向推力。
正常工作時蛤殼形門緊貼於噴管兩側的折流葉柵處,燃氣由噴管流出。需要反向推力時,蛤殼形門在液壓作動筒的作用下堵住噴管通路,燃氣被蛤殼形門阻擋而由折流葉柵處向前與軸線呈45度角流出,產生反向推力。

工作原理

氣飛機的反推力裝置的原理是通過某種方式改變發動機噴流的方向,使其與飛機的運動方向相反,從而產生反推力。對於渦扇發動機,反推力裝置可以僅改變外涵的流動,也可以同時改變內外涵的流動。這可以將反推力裝置分成兩個大類:
(1)出口後類型:整個發動機的噴流方向都被改變,也稱為靶型。
(2)出口前類型:使用葉柵或者阻流板在氣流流出噴管前改變其方向,從另外的出口噴出。
圖2是在渦扇發動機上安裝的反推力裝置(出口前類型)的工作原理示意圖。當發動機按反推力工作模式工作時,阻流門擋住發動機外涵道流路,可滑移罩蓋向後移動,露出變向葉柵,使向後排出的氣流轉入導流葉柵中,並沿導流葉柵所偏轉的方向(與正常前進推力的方向相反)排出,從而達到反推的目的

裝置設計

通常,反推力裝置的設計以取得最大的反推力效果為目標,但在設計中還需要改善反推力裝置帶來的不利因素:
(1)如果反推力氣流向前噴射的角度太大(向前分量太大),有可能被發動機的進氣道再度吸入,從而擾亂進氣道前的流動,導致諸如:喘振、失速、進氣道畸變以及噪聲等不穩定問題。
(2)外部物體損傷:當反推力氣流噴向地面的時候,很容易在進氣道與地面之間產生很強的渦流。這樣,地面的異物容易被捲起來,吸入到進氣道中,從而導致發動機內部部件的損壞。
(3)控制面和襟翼控制效率的降低:反推力氣流會嚴重地改變這些操縱面周圍的流場特性,導致飛機的穩定性問題。
(4)浮力:部分反推力氣流會在機身底部相遇,造成機身下表面較高的壓力,可能導致飛機的控制問題。
(5)反推力氣流衝擊到發動機短艙造成材料疲勞而損傷飛機構件。
(6)與減聲裝置要合理匹配,防止機身結構因聲壓交變載荷作用而損傷。
(7)結構要輕巧簡單,便於維護。

設計基本要求

(1)易操縱性:必須相應靈敏,安全可靠,能保證在規定時間內和應急狀態下快速打開與收回。
(2)安裝性能好:要結構緊湊,形體布局滿足氣動要求,與短艙和機身能實現最佳匹配。
(3)承載能力強:必須能承受飛機在著陸滑跑時所產生的氣動載荷和機械載荷。
(4)流量損失小:反推力裝置與機身和短艙之間的運動件接觸面(或工作界面)要嚴格密封,防止因氣流泄漏造成損失;儘量減小反推力機械操縱件對內流的干擾,避免出現流阻損失。

分類

抓鬥式折流板反推力器 ,葉柵式反推力器,瓣式轉動折流門反推力器
新型:無阻流器反推力裝置,機翼安裝式反推力裝置,織物靶式反推力裝置

相關技術

機體/推進/反推一體化設計;構件材料的選擇;結構完整性研究;氣動力和熱力分析;控制系統設計及安全防護。其中,機體/推進/反推一體化設計技術、減輕質量/減少機械複雜性措施以及安全防護技術是關鍵技術

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