航空概論-9發(fā)動(dòng)機(jī)全.ppt

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航空工程與技術(shù)概論 第九章航空發(fā)動(dòng)機(jī) 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)槳扇發(fā)動(dòng)機(jī) 航空發(fā)動(dòng)機(jī) aero engine 是為航空器提供推動(dòng)力或支持力的裝置 是航空器的心臟 自從飛機(jī)問(wèn)世以來(lái)的幾十年中 發(fā)動(dòng)機(jī)得到了迅速的發(fā)展 從早期的低速飛機(jī)上使用的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī) 到可以推動(dòng)飛機(jī)以超音速飛行的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī) 航空發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)形成了一個(gè)種類繁多 用途各不相同的大家族 從發(fā)展歷程來(lái)說(shuō) 航空發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)歷了兩個(gè)顯著的發(fā)展時(shí)期 即 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)期和燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)期 航空發(fā)動(dòng)機(jī)分類 在過(guò)去的一個(gè)航空百年里 人類所使用的主要的航空發(fā)動(dòng)機(jī) 可分為兩大類 1 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻方式 液冷式 氣冷式 氣缸排列方式 星形 V形 直列式 對(duì)列式 X形 2 空氣噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)壓氣機(jī) 沖壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 脈動(dòng)式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 有壓氣機(jī) 渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī) 渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī) 渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī) 螺槳風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī) 與航空器的發(fā)展史一樣 航空發(fā)動(dòng)機(jī)也經(jīng)歷了百余年的發(fā)展 飛行者1號(hào)的活塞發(fā)動(dòng)機(jī) 從二十世紀(jì)初到二十世紀(jì)四十年代中期 所有帶動(dòng)力的飛行器都毫無(wú)例外的以活塞式發(fā)動(dòng)機(jī) 螺旋槳為動(dòng)力裝置 1935年 德國(guó)人漢斯 馮 奧海因 HansvonOhain 博士開(kāi)始世界上第一臺(tái)離心式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)HeS 3A的設(shè)計(jì) 于1936年完成研制 1942年 另一位德國(guó)人海爾伯特 瓦格納 HerbertWagner 教授完成了世界上第一臺(tái)軸流燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的研制 從20世紀(jì)40年代末到21世紀(jì)初 與噴氣戰(zhàn)斗機(jī)的發(fā)展歷程類似 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展也大致經(jīng)歷了四次更新?lián)Q代 第一代航空燃?xì)廨啺l(fā)動(dòng)機(jī) 20世紀(jì)40年代末到50年代中 第二代航空燃?xì)廨啺l(fā)動(dòng)機(jī) 20世紀(jì)50年代中使用到70年代 第三代典型發(fā)動(dòng)機(jī) 從1974年到21世紀(jì)初期 裝有第三代噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的戰(zhàn)斗機(jī)都是戰(zhàn)斗機(jī)中的主力 第四代典型發(fā)動(dòng)機(jī) 第四代戰(zhàn)斗機(jī)要求發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比要在10以上 采用矢量推力噴管 有良好的隱身能力等 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī) 為航空器提供飛行動(dòng)力的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī) 發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)空氣螺旋槳等推進(jìn)器旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推進(jìn)力 小功率活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)比燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì) 在輕型低速飛機(jī)上仍得到應(yīng)用 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的主要組成 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)主要由汽缸 活塞 連桿 曲軸 分氣機(jī)構(gòu) 螺旋槳減速器和機(jī)匣等部件組成 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理 1 氣缸 2 活塞 3 進(jìn)氣門 4 進(jìn)氣閥 5 排氣門 6 排氣閥 7 連桿 8 曲軸 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理 進(jìn)氣沖程 進(jìn)氣門打開(kāi) 排氣門關(guān)閉 活塞從上死點(diǎn)向下滑動(dòng)到下死點(diǎn)為止 氣缸內(nèi)的容積逐漸增大 氣壓降低 低于外面的大氣壓 新鮮的汽油和空氣的混合氣體 通過(guò)打開(kāi)的進(jìn)氣門被吸入氣缸內(nèi) 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理 壓縮沖程 曲軸靠慣性作用把活塞由下死點(diǎn)向上推動(dòng) 進(jìn)氣門和排氣門關(guān)閉 氣缸內(nèi)容積逐漸減少 混合氣體受到活塞的強(qiáng)烈壓縮 被壓縮在 燃燒室 壓強(qiáng)到十個(gè)大氣壓 溫度到攝氏4OO度左右 活塞航空發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比大約是5到8 壓縮比越大 氣體被壓縮得越厲害 發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的功率也就越大 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理 工作沖程 壓縮沖程結(jié)束 活塞接近上死點(diǎn)時(shí) 氣缸頭上的火花塞通過(guò)高壓電產(chǎn)生了電火花 將混合氣體點(diǎn)燃 燃燒時(shí)間很短 大約0 015秒 但是速度很快 大約達(dá)到每秒30米 壓強(qiáng)可達(dá)6O到75個(gè)大氣壓 溫度達(dá)攝氏2000到250O度 燃?xì)饧拥交钊系臎_擊力可達(dá)15噸 工作沖程是使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠工作而獲得動(dòng)力的唯一沖程 其余三個(gè)沖程都是為這個(gè)沖程作準(zhǔn)備的 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理 排氣沖程 工作沖程結(jié)束后 由于慣性 曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn) 使活塞由下死點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng) 這時(shí)進(jìn)氣門仍關(guān)閉 排氣門大開(kāi) 燃燒后的廢氣便通過(guò)排氣門向外排出 然后排氣門關(guān)閉 進(jìn)氣門打開(kāi) 活塞又由上死點(diǎn)下行 開(kāi)始了新的一次循環(huán) 這是一種周而復(fù)始的運(yùn)動(dòng) 由于其中包含著熱能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)化 又叫做 熱循環(huán) 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助工作系統(tǒng) 進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)常裝有增壓器來(lái)增大進(jìn)氣壓力 以此改善高空性能 燃料系統(tǒng)燃料系統(tǒng)由燃料泵 氣化器或燃料噴射裝置等組成 燃料泵將汽油壓人氣化器 汽油在此霧化并與空氣混合進(jìn)入氣缸 發(fā)動(dòng)機(jī)除主要部件外 還須有若干輔助系統(tǒng)與之配合才能工作 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助工作系統(tǒng) 點(diǎn)火系統(tǒng)點(diǎn)火系統(tǒng)由磁電機(jī)產(chǎn)生的高壓電在規(guī)定的時(shí)間產(chǎn)生電火花 將氣缸內(nèi)的混合氣體點(diǎn)燃 冷卻系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量除轉(zhuǎn)化為動(dòng)能和排出的廢氣所帶走的部分內(nèi)能外 還有很大一部分傳給了氣缸壁和其他有關(guān)機(jī)件 冷卻系統(tǒng)的作用就是將這些熱量散發(fā)出去 以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的輔助工作系統(tǒng) 啟動(dòng)系統(tǒng)將發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)起來(lái) 需要借助外來(lái)動(dòng)力 通常用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)使發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng) 定時(shí)系統(tǒng)定時(shí)系統(tǒng)是由曲軸帶動(dòng)凸輪盤推動(dòng)連桿和搖臂 定時(shí)將進(jìn)氣活門和排氣活門開(kāi)啟和關(guān)閉的系統(tǒng) 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的兩種典型的冷卻方式 V形排列 星形排列 熱機(jī) 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)是熱機(jī)但本身不能產(chǎn)生推力 只能從軸上輸出功率帶動(dòng)螺旋槳 由螺旋槳產(chǎn)生推力 所以螺旋槳稱為推進(jìn)器 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī) 熱機(jī) 加螺旋槳 推進(jìn)器 稱為活塞式動(dòng)力裝置 螺旋槳的構(gòu)造與工作原理 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)必須帶動(dòng)螺旋槳 由螺旋槳產(chǎn)生推 拉 力 作為飛機(jī)的動(dòng)力裝置 發(fā)動(dòng)機(jī)與螺旋槳是不能分割的 螺旋槳的構(gòu)造與工作原理 螺旋槳的型式 螺旋槳的構(gòu)造與工作原理 螺旋槳從構(gòu)造上分為 定矩螺旋槳和變距螺旋槳 定矩螺旋槳是槳葉角固定的螺旋槳 它應(yīng)用在飛行速為200km h以下的小飛機(jī)上 變矩螺旋槳是槳葉角可改變的螺旋槳 它應(yīng)用在飛行速大于200km h的大飛機(jī)上 螺旋槳的構(gòu)造與工作原理 航空活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)主要性能指標(biāo) 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的主要要求是重量輕 功率大 尺寸小和耗油省等 因此活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)有以下幾個(gè) 1 發(fā)動(dòng)機(jī)功率 2 功率重量比 3 燃料消耗率 活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展階段 逐步退出主要航空領(lǐng)域 廣泛應(yīng)用在輕型低速飛機(jī)和直升機(jī)上 氣冷發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展迅速 發(fā)動(dòng)機(jī)的性能提高很快 達(dá)到其發(fā)展的頂峰 液冷發(fā)動(dòng)機(jī)居主導(dǎo)地位 早期 兩次世界大戰(zhàn)期間 噴氣時(shí)代 活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展 活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展早期 法國(guó)處于領(lǐng)先地位 當(dāng)時(shí)裝備伊斯潘諾 西扎V型液冷發(fā)動(dòng)機(jī)的 斯佩德 戰(zhàn)斗機(jī)的功率已達(dá)130 220kW 功重比為0 7kW daN左右 飛機(jī)速度超過(guò)200km h 升限6650m 在兩次世界大戰(zhàn)的推動(dòng)下 發(fā)動(dòng)機(jī)的性能提高很快 單機(jī)功率從不到10kW增加到2500kW左右 功率重量比從0 11kW daN提高到1 5kW daN左右 升功率從每升排量幾千瓦增加到四五十千瓦 耗油率從約0 50kg kW h 降低到0 23 0 27kg kW h 翻修壽命從幾十小時(shí)延長(zhǎng)到2000 3000h 到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時(shí) 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟 以它為動(dòng)力的螺旋槳飛機(jī)的飛行速度從16km h提高到近800km h 飛行高度達(dá)到15000m 渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)明開(kāi)創(chuàng)了噴氣時(shí)代 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)逐步退出主要航空領(lǐng)域 但功率小于370kW的水平對(duì)缸活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)仍廣泛應(yīng)用在輕型低速飛機(jī)和直升機(jī)上 如行政機(jī) 農(nóng)林機(jī) 勘探機(jī) 體育運(yùn)動(dòng)機(jī) 私人飛機(jī)和各種無(wú)人機(jī) 活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)舉例 飛行者1號(hào)的活塞發(fā)動(dòng)機(jī) R 2800 普 惠公司生產(chǎn)的雙排 雙黃蜂 屬于氣冷星型發(fā)動(dòng)機(jī) 這種發(fā)動(dòng)機(jī)在航空史上占有特殊的地位 活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)舉例 P 47 綽號(hào) 雷電 裝備R 2800發(fā)動(dòng)機(jī) 是美國(guó)共和飛機(jī)公司研制的戰(zhàn)斗機(jī) 該種機(jī)型產(chǎn)量達(dá)到15683架 是美國(guó)戰(zhàn)斗機(jī)史上生產(chǎn)量最大的飛機(jī)之一 活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)舉例 R 3350 萊特公司生產(chǎn)的雙排氣冷星型發(fā)動(dòng)機(jī) 1941年投入使用 開(kāi)始時(shí)功率為2088kW 主要用于著名的B 29 空中堡壘 戰(zhàn)略轟炸機(jī) 活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)舉例 B 29戰(zhàn)略轟炸機(jī) 裝備萊特公司的R 3350發(fā)動(dòng)機(jī) 世稱 超級(jí)空中堡壘 史上最強(qiáng)的轟炸機(jī) 在轟炸東京等二戰(zhàn)及之后的戰(zhàn)場(chǎng)都可以看到他的身影 廣島和長(zhǎng)崎的兩次原子彈襲擊 B 29也是空中平臺(tái) 活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)舉例 由于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)明而開(kāi)創(chuàng)了噴氣時(shí)代 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)逐步退出主要航空領(lǐng)域 但功率小于370kW的水平對(duì)缸活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)仍廣泛應(yīng)用在輕型低速飛機(jī)和直升機(jī)上 如行政機(jī) 農(nóng)林機(jī) 勘探機(jī) 體育運(yùn)動(dòng)機(jī) 私人飛機(jī)和各種無(wú)人機(jī) 美國(guó)NASA已經(jīng)實(shí)施了一項(xiàng)通用航空推進(jìn)計(jì)劃 為未來(lái)安全舒適 操作簡(jiǎn)便和價(jià)格低廉的通用輕型飛機(jī)提供動(dòng)力技術(shù) 方案是用狄塞爾循環(huán)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī) 用它的飛機(jī)有4個(gè)座位 速度偏低 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求為 功率為150kW 耗油率0 22kg kW h 滿足未來(lái)的排放要求 制造和維修成本降低一半 到2000年 該計(jì)劃已經(jīng)進(jìn)行了500h以上的發(fā)動(dòng)機(jī)地面試驗(yàn) 功率達(dá)到130kW 耗油率0 23kg kW h 噴氣時(shí)代的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī) 燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī) 原理 空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 牛頓第三定律 作用力等于反作用力噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí) 從前端吸入大量的空氣 燃燒后高速噴出 在此過(guò)程中 發(fā)動(dòng)機(jī)向氣體施加力 使之向后加速 氣體也給發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)反作用力 推動(dòng)飛機(jī)前進(jìn) 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比 推力和發(fā)動(dòng)機(jī)的凈重之比 稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比 推重比是一個(gè)綜合性的性能指標(biāo) 它不僅體現(xiàn)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)在氣動(dòng)熱力循環(huán)方面的水平 也體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)水平 目前 高性能的加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比可達(dá)8 10 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是熱機(jī)的一種 熱機(jī)是連續(xù)不斷地將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的動(dòng)力裝置 熱機(jī)的熱效率為輸出的機(jī)械能與輸入的熱能的比值 根據(jù)熱力學(xué)第二定律 這個(gè)比值應(yīng)小于1 獲得機(jī)械能的過(guò)程是通過(guò)氣體膨脹做功 但是 膨脹是有限度的 必須在膨脹后使其恢復(fù)到初始狀態(tài) 才能進(jìn)行下一次做功 以獲得連續(xù)的機(jī)械能輸出 對(duì)于航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)講 雖然其循環(huán)并非嚴(yán)格卡諾循環(huán) 但這一原則同樣有效 因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)庵苯优诺娇諝庵?低溫?zé)嵩礈囟群茈y降低 只有提高高溫?zé)嵩吹臏囟?即提高燃?xì)鈴娜紵疫M(jìn)入到渦輪前的溫度 這樣才能提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)效率 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)既是發(fā)動(dòng)機(jī)又是推進(jìn)器 因此就存在一個(gè)推進(jìn)效率的問(wèn)題 所謂推進(jìn)效率 就是指發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞給飛行器的推進(jìn)功率與其產(chǎn)生的總機(jī)械功率之比 即 推進(jìn)效率 傳給飛行器的推進(jìn)功率 進(jìn)排氣的機(jī)械能之差根據(jù)計(jì)算可知 發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)效率僅與進(jìn)氣速度 等于飛機(jī)飛行速度 和排氣速度有關(guān) 推進(jìn)效率 2 1 排氣速度 進(jìn)氣速度 由此可見(jiàn) 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)效率由排氣速度和飛行速度的比值決定 比值越大 推進(jìn)效率越低 航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的基本類型按照做功方式分五種基本類型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 渦噴 WP 渦輪螺漿發(fā)動(dòng)機(jī) 渦漿 WJ 渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī) 渦扇 WS 渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī) 渦軸 WZ 螺漿風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī) 漿扇 JS 燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)期從第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束至今 60年來(lái) 航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)取代了活塞式發(fā)動(dòng)機(jī) 開(kāi)創(chuàng)了噴氣時(shí)代 居航空動(dòng)力的主導(dǎo)地位 在技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下 渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī) 渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī) 槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)在不同時(shí)期在不同的飛行領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著各自的作用 使航空器性能跨上一個(gè)又一個(gè)新的臺(tái)階 燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)期概況 燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)是目前應(yīng)用最廣泛的航空發(fā)動(dòng)機(jī) 它主要由壓氣機(jī) 燃燒室和渦輪組成 按核心機(jī)出口燃?xì)饪捎媚芰康睦梅绞讲煌?燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)分為渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī) 渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī) 渦輪槳扇發(fā)動(dòng)機(jī) 渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)和垂直起落發(fā)動(dòng)機(jī)等 渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) WP 渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) WP 渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)仍屬于熱機(jī)的一種 因此 從產(chǎn)生輸出能量的原理上講 噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)和活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)是相同的 都需要有進(jìn)氣 加壓 燃燒和排氣這四個(gè)階段 不同的是 在活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)中這4個(gè)階段是分時(shí)依次進(jìn)行的 但在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中則是連續(xù)進(jìn)行的 氣體依次流經(jīng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)部分 就對(duì)應(yīng)著活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)工作位置 工作原理 主要部件 進(jìn)氣裝置 壓氣機(jī) 燃燒室 燃?xì)鉁u輪 尾噴管 加力燃燒室 核心發(fā)動(dòng)機(jī) 燃?xì)獍l(fā)生器 壓氣機(jī) 燃燒室 燃?xì)鉁u輪特點(diǎn) 1 渦輪只帶動(dòng)壓氣機(jī)壓縮空氣 2 發(fā)動(dòng)機(jī)的全部推力來(lái)自高速噴出的燃?xì)馑a(chǎn)生的反作用力 渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu) 進(jìn)氣道壓氣機(jī)燃燒室渦輪尾噴管加力燃燒室 渦輪和尾噴管之間 F 110發(fā)動(dòng)機(jī) 進(jìn)氣道系統(tǒng) 根據(jù)飛行速度的不同 分為亞聲速進(jìn)氣道和超聲速進(jìn)氣道 壓氣機(jī) 壓氣機(jī) 離心式壓氣機(jī)工作葉輪 軸流壓氣機(jī) 壓氣機(jī)工作葉片 軸流壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子和靜子 燃燒室 功用 是燃料與從壓氣機(jī)出來(lái)的高壓空氣混合燃燒的地方 燃料 航空煤油 燃燒后 燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能 氣體溫度和壓力升高 高溫 高壓的氣體沖向渦輪 驅(qū)動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)而發(fā)出功率 基本結(jié)構(gòu)形式 由火焰筒 噴嘴 渦流器和燃燒室外套組成 典型結(jié)構(gòu) 單管燃燒室 聯(lián)管燃燒室 環(huán)管燃燒室 燃燒室的組成和工作原理 渦輪 功用 是將燃燒室出口的高溫 高壓氣體的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能 燃?xì)鈴娜紵伊鞒龊?沖擊渦輪使其高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生機(jī)械能 渦輪的機(jī)械能以軸功率的形式輸出 驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī) 風(fēng)扇 螺旋槳和其他附件轉(zhuǎn)動(dòng) 燃?xì)饨?jīng)過(guò)渦輪后 溫度及壓力驟然下降 速度漸增 從渦輪流出的燃?xì)饬飨蛭矅姽?由尾噴管噴出產(chǎn)生推力 渦輪典型結(jié)構(gòu) 渦輪 渦輪葉片散熱 加力燃燒室 尾噴管 功用 燃?xì)馀蛎浖铀佼a(chǎn)生反推力 抑制噪音和紅外輻射 典型結(jié)構(gòu) 尾噴管 尾噴管內(nèi)部 后燃器的火焰環(huán) SU 27尾噴管 國(guó)產(chǎn)渦噴 7發(fā)動(dòng)機(jī)及剖視圖 He 178 世界上第一架試飛成功的噴氣式飛機(jī) 開(kāi)創(chuàng)了噴氣推進(jìn)新時(shí)代和航空事業(yè)的新紀(jì)元 該飛機(jī)裝配了德國(guó)奧海因研制成功的離心式渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)HeS3B 發(fā)動(dòng)機(jī)推力為490daN 推重比1 38 奧林帕斯593渦噴發(fā)動(dòng)機(jī) 最大推力達(dá)到17000daN 是英國(guó)羅爾斯 羅伊斯公司布里斯托爾分公司和法國(guó)SNECMA公司為 協(xié)和 號(hào)飛機(jī)共同研制的 1965年首次運(yùn)轉(zhuǎn) 1968年開(kāi)始調(diào)試 1973年定型 1976年1月投入使用 協(xié)和式飛機(jī) 英國(guó)和法國(guó)聯(lián)合研制的超音速客機(jī) 最大飛行速度2 04馬赫 巡航高度18000米 1969年 第一架協(xié)和超音速客機(jī)誕生 1976年1月21日投入商業(yè)飛行 2003年10月24日 協(xié)和式飛機(jī)執(zhí)行了最后一次飛行 全部退役 隨著航空燃?xì)鉁u輪技術(shù)的進(jìn)步 人們?cè)跍u輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上 又發(fā)展了多種噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 如根據(jù)增壓技術(shù)的不同 有沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)和脈動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī) 根據(jù)能量輸出的不同 有渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī) 渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī) 渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)和螺槳風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)等 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)盡管在低速時(shí)油耗要大于活塞式發(fā)動(dòng)機(jī) 但其優(yōu)異的高速性能使其迅速取代了后者 成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的主流 渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展源于第二次世界大戰(zhàn) 世界上第一臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)是德國(guó)戴姆勒 奔馳研制的DB670 或109 007 于1943年4月在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上達(dá)到840千克推力 第一種批量生產(chǎn)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是1959年定型的英國(guó)康維 推力為5730daN 以后 渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)向低涵道比的軍用加力發(fā)動(dòng)機(jī)和高涵道比的民用發(fā)動(dòng)機(jī)的兩個(gè)方向發(fā)展 在低涵道比軍用加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)方面 英美研制出斯貝 MK202和TF30 分別用于英國(guó)購(gòu)買的 鬼怪 F 4M K戰(zhàn)斗機(jī)和美國(guó)的F111 在70 80年代 各國(guó)研制出推重比8一級(jí)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī) 裝備在一線的第三戰(zhàn)斗機(jī) 如F 15 F 16 F 18 狂風(fēng) 米格 29和蘇 27 具備第四代戰(zhàn)斗機(jī)特征的戰(zhàn)機(jī) 如美國(guó)的F 22 F119等 裝備的則是推重比10一級(jí)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī) 渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī) WS 主要部件 風(fēng)扇 外涵道 內(nèi)涵道 壓氣機(jī) 燃燒室 渦輪 尾噴管特點(diǎn) 發(fā)動(dòng)機(jī)的推力是內(nèi)外涵道氣流反作用力的總和 涵道比 流量比 外 內(nèi)涵道空氣質(zhì)量流量之比 依據(jù)涵道比劃分 渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)分為低涵道比 1 0以下 中等涵道比 1 0 3 0 和高涵道比 3 0以上 三類 渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比 渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)是在渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的的基礎(chǔ)上增加了幾級(jí)渦輪 并由這些渦輪帶動(dòng)一排或幾排風(fēng)扇 風(fēng)扇后的氣流分為兩部分 一部分進(jìn)入壓氣機(jī) 內(nèi)涵道 另一部分則不經(jīng)過(guò)燃燒 直接排到空氣中 外涵道 內(nèi)外涵道的協(xié)同作用可以很好的解決熱效率和推進(jìn)效率之間的矛盾 依據(jù)排氣方式劃分 渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)分為分開(kāi)排氣和混合排氣兩類 依據(jù)轉(zhuǎn)子數(shù)目劃分 分為單軸 雙軸和三軸三類 按是否帶加力燃燒室 分為加力與不加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī) 現(xiàn)役的第三代戰(zhàn)斗機(jī)采用的都是低涵道比雙軸混合排氣加力渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī) 大型運(yùn)輸機(jī)和遠(yuǎn)程轟炸機(jī)多采用大涵道比雙軸分開(kāi)排氣渦扇發(fā)動(dòng)機(jī) 不加力渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī) 主要用于高亞音速運(yùn)輸機(jī) 加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī) 主要用于殲擊機(jī) 涵道比等于5的高涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī) GP7000大涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī) 渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)例 F22 猛禽 戰(zhàn)斗機(jī) 蘇 27 綽號(hào) 側(cè)衛(wèi) 波音747 100寬體客機(jī) 裝備普惠公司JT9D 3渦扇發(fā)動(dòng)機(jī) 涵道比為5 2 渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)例 渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī) WJ 第一臺(tái)渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)為匈牙利于1937年設(shè)計(jì) 1940年試運(yùn)轉(zhuǎn)的JendrassikCs 1 美國(guó)在1956年服役的渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)T56 501 裝于C 130運(yùn)輸機(jī) P3 C偵察機(jī)和E 2C預(yù)警機(jī) 它的功率范圍為2580 4414kW 是世界上生產(chǎn)數(shù)量最多的渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)之一 至今還在生產(chǎn) 螺旋槳在吸收功率 尺寸和飛行速度方面的限制 在大型飛機(jī)上渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)逐步被渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)所取代 但在中小型運(yùn)輸機(jī)和通用飛機(jī)上仍有一席之地 渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)由螺旋槳和燃?xì)獍l(fā)生器組成 螺旋槳由渦輪帶動(dòng) 工作原理與渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)近似 但產(chǎn)生動(dòng)力方面卻有著很大的不同 渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的主要功率輸出方式為螺旋槳的軸功率 渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋槳后的空氣流就相當(dāng)于渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的外涵道 由于螺旋槳的直徑比發(fā)動(dòng)機(jī)大很多 氣流量也遠(yuǎn)大于內(nèi)涵道 因此這種發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際上相當(dāng)于一臺(tái)超大涵道比的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī) 渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理 渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)例 美國(guó)C 130運(yùn)輸機(jī) 美國(guó)E 2C預(yù)警機(jī) 渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)是用于直升機(jī)的 它與旋翼配合 構(gòu)成了直升機(jī)的動(dòng)力裝置 半個(gè)世紀(jì)以來(lái) 渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)已成功地發(fā)展了四代 功重比已從2kW daN提高到6 8 7 1kW daN 渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī) WZ 米 26直升機(jī) 渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理 在構(gòu)造上 渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)也有進(jìn)氣道 壓氣機(jī) 燃燒室和尾噴管等燃?xì)獍l(fā)生器基本構(gòu)造 但它一般都裝有自由渦輪 前面的是兩級(jí)普通渦輪 它帶動(dòng)壓氣機(jī) 維持發(fā)動(dòng)機(jī)工作 后面的二級(jí)是自由渦輪 燃?xì)庠谄渲凶鞴?通過(guò)傳動(dòng)軸專門用來(lái)帶動(dòng)直升機(jī)的旋翼旋轉(zhuǎn) 使它升空飛行 渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)原理圖 RTM322型渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī) NH90直升機(jī) 槳扇發(fā)動(dòng)機(jī) JS 螺槳風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)是一種介于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)和渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)之間的一種發(fā)動(dòng)機(jī)形式 它既可看作帶除去外涵道的大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī) 又可看作高速先進(jìn)螺槳的渦槳發(fā)動(dòng)機(jī) 因而兼有前者飛行速度高和后者耗油率低的優(yōu)點(diǎn) 槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)的概念研究始于70年代中期 80年代后半期已完成地面和飛行驗(yàn)證試驗(yàn) 基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo) 1988年蘇聯(lián)開(kāi)始研制以漿扇發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的安 70中程軍用運(yùn)輸機(jī) 后由俄羅斯和烏克蘭聯(lián)合研制 1995年12月首飛 是世界上第一種成功采用漿扇發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī) 裝有4臺(tái)D 27無(wú)外涵道的漿扇發(fā)動(dòng)機(jī) 單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)功率為10400千瓦 安 70中型軍用運(yùn)輸機(jī) 無(wú)外涵道的槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)圖 有外涵道的槳扇發(fā)動(dòng)機(jī) 可轉(zhuǎn)噴口的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī) 升力風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī) 垂直起落發(fā)動(dòng)機(jī) 燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展綜述 60年來(lái) 航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟 為各種航空器的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn) 其中包括M3一級(jí)的戰(zhàn)斗 偵察機(jī) 具有超聲速巡航 隱身 短距起落和超機(jī)動(dòng)能力的戰(zhàn)斗機(jī) 亞聲速垂直起落戰(zhàn)斗機(jī) 滿足180min雙發(fā)干線客機(jī)延長(zhǎng)航程 ETOPS 要求的寬體客機(jī) 有效載重大20t的巨型直升機(jī)和速度超過(guò)600km h的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī) 同時(shí) 還為各種航空改型輕型地面燃?xì)廨啓C(jī)打下基礎(chǔ) 我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制是在新中國(guó)成立后一片空白的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的 從最初的仿制 改進(jìn) 改型到今天可以獨(dú)立設(shè)計(jì)制造高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī) 走過(guò)了一條布滿荊棘的發(fā)展道路 一個(gè)國(guó)家 沒(méi)有獨(dú)立自主研制發(fā)展的航空發(fā)動(dòng)機(jī)事業(yè) 就沒(méi)有獨(dú)立自主發(fā)展的航空工業(yè) 沒(méi)有先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)事業(yè) 就沒(méi)有先進(jìn)的航空工業(yè) 改革開(kāi)放三十年 我國(guó)航空工業(yè)以 太行 發(fā)動(dòng)機(jī)研制成功為標(biāo)志 實(shí)現(xiàn)了我國(guó)軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)從第二代向第三代 從渦噴向渦扇 從中等推力向大推力的跨越 這 三大跨越 標(biāo)志著我國(guó)已具備自主研制大推力軍用發(fā)動(dòng)機(jī)的能力 配裝我軍主戰(zhàn)機(jī)種的發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始擺脫受制于人的被動(dòng)局面 渦噴5發(fā)動(dòng)機(jī)是我國(guó)根據(jù)前蘇聯(lián)BK 1 發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)資料仿制的第一種渦噴發(fā)動(dòng)機(jī) 由沈陽(yáng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)廠研制 渦噴5是一種離心式 單轉(zhuǎn)子 帶加力式航空發(fā)動(dòng)機(jī) 單臺(tái)最大推力為25 5千牛 加力推力為32 5千牛 重量為980千克 主要用于國(guó)產(chǎn)殲 5戰(zhàn)斗機(jī) 殲 5 沈飛制造 裝備國(guó)產(chǎn)渦噴5發(fā)動(dòng)機(jī) 渦噴6發(fā)動(dòng)機(jī)是我國(guó)根據(jù)前蘇聯(lián)提供的P 9B型發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)資料制造的一種加力式渦噴發(fā)動(dòng)機(jī) 主要用于裝備國(guó)產(chǎn)殲 6戰(zhàn)斗機(jī)及稍后研制的強(qiáng) 5強(qiáng)擊機(jī) 同渦噴5發(fā)動(dòng)機(jī)相比 渦噴6在性能上有了很大的提高 由亞音速發(fā)展到了超音速 壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)也從離心式發(fā)展為軸流式 其最大推力為25 5千牛 加力推力為31 8千牛 雖與渦噴5相差不大 但重量卻減輕了23 只有708千克 直徑也縮短了48 大大減少了飛機(jī)的迎風(fēng)面積 適合殲 6超音速飛行 渦噴7發(fā)動(dòng)機(jī)是按前蘇聯(lián)提供的P 300發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)資料制造的 主要用于當(dāng)時(shí)研制的2倍音速殲 7飛機(jī) 渦噴7發(fā)動(dòng)機(jī)性能較渦噴6有了很大的提高 其最大推力為38 2千牛 加力推力達(dá)55 9千牛 分別比渦噴6提高了50 和77 并且為軸流式雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) 帶有6級(jí)低壓氣機(jī)和2級(jí)渦輪組成高壓和低壓兩個(gè)轉(zhuǎn)子 渦噴13系列發(fā)動(dòng)機(jī)的研制使我國(guó)結(jié)束了不能研制生產(chǎn)高性能渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的歷史 雖然其性能及技術(shù)還不是特別先進(jìn) 但卻是我國(guó)從仿制改型向自行設(shè)計(jì)制造的重要轉(zhuǎn)變 發(fā)動(dòng)機(jī)的推力也提高到了43 1千牛 加力推力則達(dá)到了64 7千牛 分別比渦噴7提高了50 和15 發(fā)動(dòng)機(jī)的翻修間隔也達(dá)到了350小時(shí) 80年代末 經(jīng)過(guò)改進(jìn)的渦噴13A發(fā)動(dòng)機(jī)前渦輪溫度提高了50度 發(fā)動(dòng)機(jī)的加力推力提高到了64 7千牛 后又相繼研制了渦噴13F發(fā)動(dòng)機(jī) 渦噴13F 型發(fā)動(dòng)機(jī)以及渦噴13A 和渦噴13B等型號(hào) 昆侖 發(fā)動(dòng)機(jī) 又稱渦噴14發(fā)動(dòng)機(jī) 是我國(guó)第一種完全自行設(shè)計(jì) 研制的國(guó)產(chǎn)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī) 具有完全的 自主知識(shí)產(chǎn)權(quán) 其所使用的技術(shù) 材料 工藝等完全立足國(guó)內(nèi) 1987年正式立項(xiàng) 開(kāi)始進(jìn)入原型機(jī)的研制階段 最后在2001年12月通過(guò)了國(guó)家測(cè)試 于2002年正式設(shè)計(jì)定型 歷經(jīng)18年的時(shí)間 后來(lái) 我國(guó)又先后推出 昆侖 昆侖 型發(fā)動(dòng)機(jī) 尤其是 昆侖 型發(fā)動(dòng)機(jī) 其最大推力和加力推力分別比 昆侖 型發(fā)動(dòng)機(jī)提高到了53 9千牛和76 4千牛 最大推力和加力推力時(shí)的耗油率則下降到0 093千克 牛 小時(shí)和0 18千克 牛 小時(shí) 推重比為7 昆侖 發(fā)動(dòng)機(jī)是國(guó)內(nèi)目前最先進(jìn)的中等推力級(jí)的軍用渦噴發(fā)動(dòng)機(jī) 可用于殲7和殲8系列飛機(jī) 國(guó)產(chǎn)昆侖發(fā)動(dòng)機(jī) 殲八F戰(zhàn)斗機(jī) 太行發(fā)動(dòng)機(jī) 也叫渦扇10系列發(fā)動(dòng)機(jī) 太行發(fā)動(dòng)機(jī)的研制始于上世紀(jì)八十年代末 2005年12月28日完成設(shè)計(jì)定型審查考核 歷時(shí)18年 太行發(fā)動(dòng)機(jī)是中國(guó)首個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能 大推力 加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī) 它結(jié)束了國(guó)產(chǎn)先進(jìn)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的空白 太行發(fā)動(dòng)機(jī)由中國(guó)606所研制 是國(guó)產(chǎn)第三代大型軍用航空渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī) 采用大推力函比及全自動(dòng)數(shù)字化控制系統(tǒng) 最大推力不超過(guò)12000公斤 目前主要用于裝備中國(guó)第三代高性能殲 10戰(zhàn)斗機(jī) 國(guó)產(chǎn)太行發(fā)動(dòng)機(jī) 殲十戰(zhàn)斗機(jī) 殲20 中國(guó)第四代隱身重型殲擊機(jī) 成都飛機(jī)制造廠研制 采用兩臺(tái)國(guó)產(chǎn)渦扇10B發(fā)動(dòng)機(jī) DSI兩側(cè)進(jìn)氣道 全動(dòng)垂尾 鴨式布局 該機(jī)于2010年10月14日完成組裝 2010年11月4日進(jìn)行首次滑跑試驗(yàn) 2011年1月11日12時(shí)50分 殲20在成都實(shí)現(xiàn)首飛 歷時(shí)18分鐘 殲二十 殲二十 航空發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng) 它的發(fā)展成熟同樣也是較為復(fù)雜的過(guò)程 并非一朝一夕就能夠得以順利完成 相信以踏實(shí)認(rèn)真的態(tài)度 刻苦鉆研的精神 一定會(huì)讓我國(guó)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)一步步走向成熟 也讓中國(guó)不再只是一個(gè)航空大國(guó) 而成為一個(gè)航空強(qiáng)國(guó) 俄羅斯水陸兩用飛機(jī)B 200 噴口可轉(zhuǎn)向的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī) 英國(guó)鷂式戰(zhàn)斗機(jī)