第一講航空發(fā)動機的發(fā)展歷史課件

6/12/20231航空發(fā)動機原理6/12/20232航空發(fā)動機原理航空發(fā)動機原理與構(gòu)造6/12/20233航空發(fā)動機原理課程教學(xué)說明歸屬單位課程編號開課學(xué)期3總學(xué)時數(shù)72學(xué)時學(xué)分適用專業(yè)ME首選教材航空發(fā)動機原理與構(gòu)造.中國民航大學(xué)校內(nèi)講義6/12/20234航空發(fā)動機原理一、課程教學(xué)大綱說明本課程與其它課程的聯(lián)系主要先修課程：氣體動力學(xué)、工程熱力學(xué)主要后續(xù)課程：專業(yè)英語、發(fā)動機機型課程的性質(zhì)機務(wù)專業(yè)（ME）專業(yè)必修課6/12/20235航空發(fā)動機原理一、課程教學(xué)大綱說明課程的作用與任務(wù)掌握航空發(fā)動機的基本工作原理和特性以及基本結(jié)構(gòu)了解航空發(fā)動機各主要工作系統(tǒng)的組成、工作原理為今后從事相關(guān)飛機發(fā)動機維修工作打下理論基礎(chǔ)6/12/20236航空發(fā)動機原理一、課程教學(xué)大綱說明考核方法考核方式考試課閉卷、筆試平時成績15分、卷面成績85分6/12/20237航空發(fā)動機原理二、課堂要求課堂紀(jì)律不準(zhǔn)遲到曠課10次及以上取消考試資格上課期間保持安靜等6/12/20238航空發(fā)動機原理三、課程主要內(nèi)容航空發(fā)動機的歷史回顧熱工氣動基礎(chǔ)航空發(fā)動機原理部分航空發(fā)動機構(gòu)造部分6/12/20239航空發(fā)動機原理1.1人類的飛天之夢兩千多年前的風(fēng)箏世界上目前公認(rèn)最早的重于空氣的飛行器它是如何飛起來的一千多年以前的“孔明燈”世界上最早的、最原始的熱氣球現(xiàn)代熱氣球的鼻祖6/12/202310航空發(fā)動機原理關(guān)于民間神話傳說

嫦娥奔月（圖1）舜帝的斗笠（圖2）風(fēng)神演義中的雷震子達(dá)·芬奇筆下的“撲翼機”（圖3）事實證明：依靠人力飛行是不可能的

6/12/202311航空發(fā)動機原理圖1嫦娥奔月

圖2舜帝的斗笠圖3達(dá)·芬奇筆下的"撲翼機"

6/12/202312航空發(fā)動機原理氣球、飛艇、無動力的滑翔機

飛上天有三種基本的途徑：基于阿基米德浮力的原理熱氣球、包括氫氣、氦氣球，包括飛艇

基于直接有升力的飛行火箭、垂直起落的飛機

基于柏努利定律，以速度換取升力的飛行固定翼飛機、直升機、旋翼機

6/12/202313航空發(fā)動機原理補充：關(guān)于飛機發(fā)動機的知識飛機的組成？機身機翼尾翼起落架飛機動力裝置-發(fā)動機飛機操縱系統(tǒng)各種其它設(shè)備6/12/202314航空發(fā)動機原理補充：關(guān)于飛機發(fā)動機的知識飛機是如何產(chǎn)生升力？對于忽略重力位能的定熵絕能不可壓流貝努利方程

6/12/202315航空發(fā)動機原理補充：關(guān)于飛機發(fā)動機的知識飛機的起飛過程飛機的降落過程6/12/202316航空發(fā)動機原理航空發(fā)動機發(fā)展歷史

航空發(fā)動機百年歷史可分為兩個時期：第一個時期從萊特兄弟的首次飛行開始到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束為止活塞式發(fā)動機統(tǒng)治了40年左右第二個時期從第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束至今60年來，航空燃?xì)廨啓C取代了活塞式發(fā)動機航空燃?xì)廨啓C開創(chuàng)了噴氣時代，居航空動力的主導(dǎo)地位

6/12/202317航空發(fā)動機原理活塞式發(fā)動機時期

早期飛機動力源問題的解決過程

飛機動力源問題未解決導(dǎo)致屢次飛行失敗使用蒸氣機作為動力源，質(zhì)量過重1810年，英國科學(xué)家凱利發(fā)現(xiàn)了飛行原理1876年，德國工程師奧托試制成熱效率高于蒸汽機的四沖程煤氣內(nèi)燃機人們試圖采用內(nèi)燃機作為飛機飛行的動力源6/12/202318航空發(fā)動機原理活塞式發(fā)動機6/12/202319航空發(fā)動機原理活塞式發(fā)動機時期人類歷史上首次有動力、載人、持續(xù)、穩(wěn)定和可操作的重于空氣飛行器的飛行

航空發(fā)動機從狹義上是航空器飛行的動力，從廣義上它也是航空事業(yè)發(fā)展的推動力

6/12/202320航空發(fā)動機原理活塞式發(fā)動機時期活塞式發(fā)動機的發(fā)展飛機用于戰(zhàn)爭目的推動航空蓬勃發(fā)展早期液冷式、氣冷發(fā)動機兩次世界大戰(zhàn)推動發(fā)動機的性能提高：單機功率從不到10kW增加到2500kW左右螺旋槳飛機的V從16km/h提高到近800km/h飛行高度達(dá)到15000m到40年代末,活塞發(fā)動機達(dá)到了發(fā)展的頂峰6/12/202321航空發(fā)動機原理活塞式發(fā)動機時期活塞式發(fā)動機固有的缺陷功率與重量的矛盾

發(fā)動機功率與飛行速度的三次方成正比

發(fā)動機功率的增加，將導(dǎo)致發(fā)動機重量迅速增大（接近三次方關(guān)系）

螺旋槳的局限

接近音速時，導(dǎo)致螺旋槳工作不穩(wěn)定，推進(jìn)效率急劇下降

“音障”的出現(xiàn)6/12/202322航空發(fā)動機原理音障音障是一種物理現(xiàn)象，當(dāng)物體（通常是航空器）的速度接近音速時，將會逐漸追上自己發(fā)出的聲波。聲波疊合累積的結(jié)果，會造成震波（ShockWave）的產(chǎn)生，進(jìn)而對飛行器的加速產(chǎn)生障礙，而這種因為音速造成提升速度的障礙稱為音障。

6/12/202323航空發(fā)動機原理音障在物體的速度快要接近音速時，周邊的空氣受到聲波疊合而呈現(xiàn)非常高壓的狀態(tài)，因此一旦物體穿越音障后，周圍壓力將會陡降。在比較潮濕的天氣，陡降的壓力所造成的瞬間低溫可能會讓氣溫低于它的露點（DewPoint）溫度，使得水汽凝結(jié)變成微小的水珠，肉眼看來就像是云霧般的狀態(tài)。由于這個低壓帶會隨著空氣離機身的距離增加而恢復(fù)到常壓，因此整體看來形狀像是一個以物體為中心軸、向四周均勻擴散的圓錐狀云團(tuán)。6/12/202324航空發(fā)動機原理6/12/202325航空發(fā)動機原理燃?xì)鉁u輪發(fā)動機時期第二個時期:從第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束至今60年來，航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機取代了活塞式發(fā)動機開創(chuàng)了噴氣時代，居航空動力的主導(dǎo)地位噴氣發(fā)動機的早期設(shè)想1937年，英國的惠特爾和德國的奧海因分別研制成功離心式渦輪噴氣發(fā)動機WU和He－S3B6/12/202326航空發(fā)動機原理6/12/202327航空發(fā)動機原理6/12/202328航空發(fā)動機原理渦輪噴氣發(fā)動機1939年8月27日率先裝在亨克爾公司的He-178飛機上試飛成功這是世界上第一架試飛成功的噴氣式飛機開創(chuàng)了噴氣推進(jìn)時代和航空事業(yè)的新紀(jì)元世界上第一臺實用的渦輪噴氣發(fā)動機是德國的尤莫-0041942年7月18日德國工程師把He－S3B裝在梅塞施米特Me-262飛機上試飛成功1944.9－1945.5，Me-262共擊落盟軍飛機613架，自己損失200架（包括非戰(zhàn)斗損失）6/12/202329航空發(fā)動機原理渦輪噴氣發(fā)動機戰(zhàn)后，美、蘇、法通過買專利，或借助從德國取得的資料和人員，陸續(xù)發(fā)展了本國第一代渦輪噴氣發(fā)動機：美國通用電氣公司的J47軸流式渦噴發(fā)動機蘇聯(lián)克里莫夫設(shè)計局的RD-45離心式渦噴發(fā)動機推力2650daN左右，推重比為2～3它們分別在裝在F-86和米格-15戰(zhàn)斗機上服役。這兩種飛機在朝鮮戰(zhàn)爭期間展開了你死我活的空戰(zhàn)6/12/202330航空發(fā)動機原理渦輪噴氣發(fā)動機50年代末至60年代初，各國研制了M2飛機的一批渦噴發(fā)動機如J79、J75、埃汶、奧林帕斯、阿塔9C、R-11和R-13推重比已達(dá)5～660年代中期用于M3飛機的J58和R-3170年代初，用于“協(xié)和”超聲速客機的奧林帕斯593渦噴發(fā)動機定型從此再沒有重要的渦噴發(fā)動機問世6/12/202331航空發(fā)動機原理渦扇發(fā)動機渦扇發(fā)動機的發(fā)展來自于民用發(fā)動機1959年定型的英國康維世界上第一臺渦扇發(fā)動機涵道比有0.3和0.6，推力為5730daN耗油率比同時期的渦噴發(fā)動機低10%～20%用于VC-10、DC-8和波音707客機渦扇發(fā)動機兩個發(fā)展方向低涵道比的軍用加力發(fā)動機高涵道比的民用發(fā)動機6/12/202332航空發(fā)動機原理6/12/202333航空發(fā)動機原理6/12/202334航空發(fā)動機原理6/12/202335航空發(fā)動機原理6/12/202336航空發(fā)動機原理6/12/202337航空發(fā)動機原理6/12/202338航空發(fā)動機原理6/12/202339航空發(fā)動機原理軍用渦扇發(fā)動機20世紀(jì)60年代英、美研制出斯貝-MK202和TF30用于英國購買的“鬼怪”F-4M/K戰(zhàn)斗機和美國的F111（后又用于F-14戰(zhàn)斗機）在70～80年代各國研制出推重比8的渦扇發(fā)動機如美國的F100、F404、F110，西歐三國的RB199，前蘇聯(lián)的RD-33和AL-31F裝備第三戰(zhàn)斗機，如F-15、F-16、F-18、“狂風(fēng)”、米格-29和蘇-27

6/12/202340航空發(fā)動機原理目前，推重比10渦扇發(fā)動機投入服役美國F-22/F119、西歐EFA2000/EJ200和法國的“陣風(fēng)”/M88F-22/F119具有第四代戰(zhàn)斗機代表性特征--超聲速巡航、短距起落、超機動性和隱身能力超聲速垂直起飛短距著陸的JSF動力裝置F136正在研制之中，預(yù)計將于2010～2012年投入服役。6/12/202341航空發(fā)動機原理民用發(fā)動機的研制20世紀(jì)70年代第一代推力在20000daN以上的高涵道比（4～6）渦扇發(fā)動機投入使用開創(chuàng)了大型寬體客機的新時代90年代中期裝備波音777投入使用的第二代高涵道比（6～9）渦扇發(fā)動機的推力超35000daN通用電氣公司GE90-115B在2003年2月創(chuàng)造了56900daN的發(fā)動機推力世界紀(jì)錄。6/12/202342航空發(fā)動機原理目前，普·惠公司正在研制新一代渦扇發(fā)動機PW8000齒輪傳動渦扇發(fā)動機推力為