第1次課第1章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)概述

航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)

原理與構(gòu)造航空工程系張彥星

手機(jī)號(hào)/p>

qq號(hào)：1576148667第一章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)概述

第一節(jié)航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介1.燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展1.燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展1.燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展1.燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展1.燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展1.燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展1.燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展11概論

發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)上的動(dòng)力裝置。自從人類(lèi)嘗試進(jìn)行有翼飛行器飛行以來(lái)，經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次失敗，只是在使用了活塞式內(nèi)燃機(jī)以后，才在20世紀(jì)初把第一架飛機(jī)送上藍(lán)天。二戰(zhàn)后,由于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的迅速發(fā)展,活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)逐漸被淘汰。20世紀(jì)60年代，由于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的問(wèn)世，大大降低了耗油率，才有可能設(shè)計(jì)制造成大型噴氣飛機(jī)，大幅度提高載重量和航程。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)大大提高了戰(zhàn)斗機(jī)的性能，使其飛行速度達(dá)到2倍以上的音速。直到現(xiàn)在還被廣泛應(yīng)用于各種類(lèi)型的飛機(jī)上。1.燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展

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(lèi)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1.燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展第二代航空燃?xì)廨啺l(fā)動(dòng)機(jī)20世紀(jì)50年代中使用到70年代1.燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展第三代典型發(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。1.燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展第四代典型發(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。1.燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展16航空發(fā)動(dòng)機(jī)是航空器飛行的動(dòng)力，也是航空事業(yè)發(fā)展的推動(dòng)力；航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)性能、可靠性和成本的決定性因素；航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展對(duì)冶金、機(jī)械、電子、儀表等行業(yè)的發(fā)展具有重要的帶動(dòng)和促進(jìn)作用。2.航空發(fā)動(dòng)機(jī)的作用17

3.航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究工作的特點(diǎn)

技術(shù)難度大一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)有十幾個(gè)部件和系統(tǒng)及數(shù)萬(wàn)個(gè)零件。研制一種新的發(fā)動(dòng)機(jī)需要1萬(wàn)小時(shí)的整機(jī)試驗(yàn)和10萬(wàn)小時(shí)的部件和系統(tǒng)試驗(yàn)。周期長(zhǎng)先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的研制周期為9-15年，F(xiàn)119從1986年開(kāi)始到2005年投入使用，前后達(dá)19年。費(fèi)用高F119的研制費(fèi)用超過(guò)20億美元；發(fā)動(dòng)機(jī)的研究和發(fā)展費(fèi)用占航空總費(fèi)用的1/4。18A性能要求，包括地面臺(tái)架性能和空中飛行性能（推力和耗油率）、起動(dòng)性能、加減速性能、引氣量、功率提取和過(guò)載；

B適用性要求，包括發(fā)動(dòng)機(jī)在飛行包線(xiàn)內(nèi)穩(wěn)定工作和油門(mén)桿使用不受限制，加力接通、切斷不受限制，飛行狀態(tài)變化、極限機(jī)動(dòng)狀態(tài)等時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作；

C結(jié)構(gòu)和安裝要求，包括安裝節(jié)位置、外廓尺寸、重量和重心位置；

4.軍用發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)要求19

D可靠性要求包括發(fā)動(dòng)機(jī)壽命和工作循環(huán)、發(fā)動(dòng)機(jī)各狀態(tài)連續(xù)工作時(shí)間和平均故障時(shí)間；E維修性要求，包括發(fā)動(dòng)機(jī)外場(chǎng)可更換件的更換時(shí)間、每飛行小時(shí)的平均維修工時(shí)和更換發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)間等；

F其他要求，如滿(mǎn)足飛機(jī)隱身要求的紅外信號(hào)和雷達(dá)反射特性以及飛行控制的矢量推力。4.軍用發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)要求20A起飛推力和推重比，要滿(mǎn)足要求；

B巡航耗油率，盡可能低；

C發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和安裝，包括安裝節(jié)位置、外廓尺寸、重量和重心位置；

D可靠性、壽命和維修性，包括空中停車(chē)率、航班準(zhǔn)點(diǎn)率、計(jì)劃外返修率、機(jī)上壽命和每飛行小時(shí)維修工時(shí)等；E污染物排放，滿(mǎn)足機(jī)場(chǎng)當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門(mén)的規(guī)定；

F噪聲，滿(mǎn)足國(guó)際民航組織（ICAO）的規(guī)定。5.民用發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)要求21在過(guò)去的一個(gè)航空百年里，人類(lèi)所使用的主要的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，可分為兩大類(lèi):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)（沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)、脈動(dòng)式發(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)、漿扇發(fā)動(dòng)機(jī)）。第二節(jié)航空發(fā)動(dòng)機(jī)分類(lèi)第二節(jié)航空發(fā)動(dòng)機(jī)分類(lèi)（一）火箭發(fā)動(dòng)機(jī)特點(diǎn)：自己攜帶燃料和氧化劑，靠燃燒壓縮工質(zhì)。分類(lèi)：固體燃料、液體燃料、混合燃料（二）空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)：利用空氣中的氧氣與燃料進(jìn)行混合燃燒，作為工質(zhì)的動(dòng)力裝置。分類(lèi)：無(wú)壓氣機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)（沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)）

有壓氣機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)（燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)）發(fā)動(dòng)機(jī)：將燃油燃燒釋放出的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的裝置。噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)：把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為發(fā)動(dòng)機(jī)高速?lài)姵鋈細(xì)獾膭?dòng)能，從而獲得反作用力，推進(jìn)飛行器飛行的發(fā)動(dòng)機(jī)。1)、無(wú)壓氣機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)分類(lèi)：沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)、脈沖式發(fā)動(dòng)機(jī)。沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)：在起飛時(shí)推力為零，低速時(shí)性能不好；適用于靶彈、巡航導(dǎo)彈。脈沖式發(fā)動(dòng)機(jī)：通過(guò)燃燒室前面的單向活門(mén)，空氣和燃料間歇地供入燃燒室，主要用于低速靶機(jī)和航模飛機(jī)。2)、燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的四種基本類(lèi)型：渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪螺旋漿發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)（1）渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)（1）渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)空氣/燃?xì)膺M(jìn)入壓縮燃燒排氣（1）渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)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)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?lài)姵龅娜細(xì)馑a(chǎn)生的反作用力。（1）渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁u輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)

燃?xì)獍l(fā)生器后的燃?xì)饪捎媚苋坑脕?lái)在噴管內(nèi)繼續(xù)膨脹,加速燃?xì)?提高燃?xì)獾乃俣?使燃?xì)庖暂^高的速度噴出,產(chǎn)生推力。航空燃?xì)鉁u輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)既是熱機(jī)又是推進(jìn)器與航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)相比

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,重量輕,推力大,推進(jìn)效率高在很大的飛行速度范圍內(nèi),發(fā)動(dòng)機(jī)的推力隨飛行速度的增加而增加

（2）渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)（內(nèi)外涵發(fā)動(dòng)機(jī)）涵道比：外涵道空氣流量/內(nèi)涵道空氣流量高涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)低涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)

由進(jìn)氣道,

低壓壓氣機(jī),高壓壓氣機(jī),燃燒室,高壓渦輪,低壓渦輪,噴管,風(fēng)扇和外涵道組成

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)推力：內(nèi)、外涵道氣流反作用力的總和。優(yōu)點(diǎn)：燃料使用效率高，噪聲小，能獲得較大加力比。（3）渦輪螺旋漿發(fā)動(dòng)機(jī)（3）渦輪螺旋漿發(fā)動(dòng)機(jī)英國(guó)“子爵號(hào)”四發(fā)旅客機(jī)用的“達(dá)特”渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)為定軸式渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)41

（3）渦輪螺旋漿發(fā)動(dòng)機(jī)主要部件：螺旋槳、壓氣機(jī)、燃燒室、燃?xì)鉁u輪、尾噴管、減速器。特點(diǎn)：

渦輪不僅帶動(dòng)壓氣機(jī)壓縮空氣，還帶動(dòng)螺漿產(chǎn)生拉力。發(fā)動(dòng)機(jī)推力來(lái)自?xún)蓚€(gè)部分，一部分是由高速?lài)姵龅娜細(xì)馑a(chǎn)生的反作用力（10%），一部分渦輪帶動(dòng)螺漿產(chǎn)生前進(jìn)的拉力（90%）。

渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)

由燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)和螺旋槳組成,在它們之間還安排了一個(gè)減速器

渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理

螺旋槳產(chǎn)生拉力

氣體流過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)產(chǎn)生反作用推力在較低的飛行速度下,具有較高的推進(jìn)效率,所以它在低亞音速飛行時(shí)的經(jīng)濟(jì)性較好

適用于低空低速的運(yùn)輸機(jī)和民航機(jī)定軸式：具有大減速臂的減速器（黑色部分）大大增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的重量自由渦輪式：自由渦輪轉(zhuǎn)速較低，可以采用小減速比的減速器來(lái)減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的重量渦輪螺旋漿發(fā)動(dòng)機(jī)特點(diǎn)：推力主要靠螺旋漿產(chǎn)生的拉力，燃?xì)庵惺Ｏ碌暮苌倌芰吭谖矅姽苤信蛎?，產(chǎn)生一小部分推力（約10％）（4）渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)

主要部件：進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、動(dòng)力渦輪、自由渦輪、尾噴管。渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)

燃?xì)獍l(fā)生器后的燃?xì)饪捎媚苋坑糜隍?qū)動(dòng)動(dòng)力渦輪而不在噴管內(nèi)膨脹產(chǎn)生推力

動(dòng)力渦輪軸上輸出的功率可以用來(lái)帶動(dòng)直升機(jī)的旋翼

渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)與渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的不同之處：燃?xì)鈳缀跞吭趧?dòng)力渦輪中膨脹，由尾噴管排出時(shí)，氣流速度較低。（5）槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)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)。目前正處于研究和實(shí)驗(yàn)階段。（5）槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件是先進(jìn)高速螺槳，它帶有多個(gè)寬弦、薄葉型的后掠槳葉，能在飛行馬赫數(shù)0.8下保持較高的效率，見(jiàn)圖1－6。槳扇由渦輪驅(qū)動(dòng)，無(wú)涵道外殼，裝有減速器，從這些來(lái)看它有一點(diǎn)象螺旋槳；但是它的直徑比普通螺旋槳小，葉片數(shù)目也多（一般有6-8葉），葉片又薄又寬，而且前緣后掠，這些又有些類(lèi)似于風(fēng)扇葉片。

（6）升力/推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)（用于垂直/短距起落飛機(jī)）

Lift/Propulsionengine(forVTOL/STOLaircraft)（6）

升力/推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)（用于垂直/短距起落飛機(jī)）

Lift/Propulsionengine(forVTOL/STOLaircraft)小結(jié)燃?xì)獍l(fā)生器壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪統(tǒng)稱(chēng)為燃?xì)獍l(fā)生器。產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)庥址Q(chēng)為發(fā)動(dòng)機(jī)的核心機(jī)核心機(jī)它完成了發(fā)動(dòng)機(jī)將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的工作；對(duì)燃?xì)獍l(fā)生器所獲得的機(jī)械能進(jìn)行不同的分配（增添不同的部件），就形成不同型式的發(fā)動(dòng)機(jī)；渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋槳，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇，渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的懸翼的軀動(dòng)力都來(lái)自燃?xì)獍l(fā)生器。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)其他分類(lèi)（P4）民航方面的情況(p5)第三節(jié)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的主要性能參數(shù)

對(duì)于評(píng)判高性能發(fā)動(dòng)機(jī)的指標(biāo)，最常用的有推力、推重比、發(fā)動(dòng)機(jī)效率和燃油消耗率，還有加速性能、工作穩(wěn)定性、環(huán)境適應(yīng)性、隱身性、壽命，還可以加上發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲、污染、維修性、保障性以及幾何尺寸、重量和價(jià)格等。但對(duì)于軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)而言，推重比、可靠性、工作穩(wěn)定性和燃油消耗率是最重要的4個(gè)指標(biāo)。第三節(jié)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的

主要性能參數(shù)1、推力：航空發(fā)動(dòng)機(jī)的最重要參數(shù)。推力大小反映了發(fā)動(dòng)機(jī)的做功能力。單位：中國(guó)：牛頓（N）或大牛（daN）1daN=10N;俄羅斯：千克（㎏）美歐：磅（Pd）1Pd=0.4536㎏2、推重比：發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的推力和自身重量的比值；這是航空發(fā)動(dòng)機(jī)最重要的性能指標(biāo)，因?yàn)樗苯佑绊懙斤w機(jī)的最大飛行速度、升限、任務(wù)載荷和機(jī)動(dòng)性。高推重比是航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制不懈追求的目標(biāo)，是最常見(jiàn)、最重要的指標(biāo)。第三節(jié)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的

主要性能參數(shù)3、燃油消耗率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)產(chǎn)生單位推力或功率所消耗的燃油質(zhì)量；減少燃油消耗率對(duì)于減輕飛機(jī)起飛重量十分重要。4、增壓比：壓氣機(jī)出口壓力與進(jìn)口壓力之比稱(chēng)為增壓比。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓比,通常是指經(jīng)過(guò)壓氣機(jī)壓縮以后的空氣壓力,即壓氣機(jī)后的壓力與大氣壓之比。5、渦輪前燃?xì)鉁囟龋簻u輪進(jìn)口溫度關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)膨脹做功能力，對(duì)渦輪材料耐溫能力和冷卻技術(shù)的直觀(guān)反映。第三節(jié)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的

主要性能參數(shù)6、涵道比：渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)又稱(chēng)內(nèi)外涵發(fā)動(dòng)機(jī)，它在普通的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上加裝了由渦輪帶動(dòng)的風(fēng)扇和一個(gè)外涵道。這種發(fā)動(dòng)工作的特點(diǎn)是：空氣分兩路進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)，一路通過(guò)內(nèi)涵道（核心發(fā)動(dòng)機(jī)），另一路進(jìn)入外涵道，兩路氣流通過(guò)各自的噴管或在混合室內(nèi)摻混后通過(guò)共同噴管排出，產(chǎn)生推力。與渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)相比，渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)具有更大的空氣流量和較低的噴管?chē)娚渌俣?，因而推進(jìn)效率及經(jīng)濟(jì)性等都顯著提高。外涵道與內(nèi)涵道空氣質(zhì)