航空发动机及历史简介.ppt
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1、航空发动机航空发动机Page 2v 航空发动机(航空发动机(aero-engineaero-engine),是为航空器提供推动力或支持力的),是为航空器提供推动力或支持力的装置,是航空器的心脏。装置,是航空器的心脏。v 自从飞机问世以来的几十年中,发动机得到了迅速的发展,从早期自从飞机问世以来的几十年中,发动机得到了迅速的发展,从早期的低速飞机上使用的活塞式发动机,到可以推动飞机以超音速飞行的的低速飞机上使用的活塞式发动机,到可以推动飞机以超音速飞行的喷气式发动机,航空发动机已经形成了一个种类繁多,用途各不相同喷气式发动机,航空发动机已经形成了一个种类繁多,用途各不相同的大家族。的大家族。v
2、从发展历程来说,航空发动机经历了两个显著的发展时期,即:活从发展历程来说,航空发动机经历了两个显著的发展时期,即:活塞式发动机时期和燃气涡轮发动机时期。塞式发动机时期和燃气涡轮发动机时期。航空发动机航空发动机Page 3发动机在飞机上的位置发动机在飞机上的位置机身内后部机身内后部 Page 4发动机在飞机上的位置发动机在飞机上的位置机翼根部机翼根部 Page 5发动机在飞机上的位置发动机在飞机上的位置机翼下(多用于旅客机)机翼下(多用于旅客机)Page 6发动机在飞机上的位置发动机在飞机上的位置机身后部平尾根部机身后部平尾根部 活塞式发动机时期活塞式发动机时期8活塞式航空发动机活塞式航空发动机
3、活塞式航空发动机活塞式航空发动机为航空器提供飞行动力的往复式内为航空器提供飞行动力的往复式内燃机。发动机带动空气螺旋桨等推燃机。发动机带动空气螺旋桨等推进器旋转产生推进力。进器旋转产生推进力。活塞式发动机主要由曲轴、连杆、活塞式发动机主要由曲轴、连杆、活塞、汽缸、分气机构和机匣等部活塞、汽缸、分气机构和机匣等部件组成。件组成。小功率活塞式航空发动机比燃气涡小功率活塞式航空发动机比燃气涡轮发动机经济,在轻型低速飞机上轮发动机经济,在轻型低速飞机上仍得到应用。仍得到应用。9活塞式航空发动机工作原理活塞式航空发动机工作原理活塞顶部在曲轴旋转中心最远的位置叫上死点、最近的位置叫下死点、从上活塞顶部在曲
4、轴旋转中心最远的位置叫上死点、最近的位置叫下死点、从上死点到下死点的距离叫活塞冲程。活塞式航空发动机大多是四冲程发动机,死点到下死点的距离叫活塞冲程。活塞式航空发动机大多是四冲程发动机,即一个气缸完成一个工作循环,活塞在气缸内要经过四个冲程,依次是进气即一个气缸完成一个工作循环,活塞在气缸内要经过四个冲程,依次是进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。10活塞式航空发动机发展阶段活塞式航空发动机发展阶段逐步退出主要航空领域,逐步退出主要航空领域,广泛应用在轻型低速飞广泛应用在轻型低速飞机和直升机上。机和直升机上。气冷发动机发展迅速,发气冷发动机发展迅速,发动
5、机的性能提高很快,达动机的性能提高很快,达到其发展的顶峰。到其发展的顶峰。液冷发动机液冷发动机 居主导地位居主导地位早期早期两次世两次世界大战界大战期间期间喷气时喷气时代代11活塞式航空发动机的发展活塞式航空发动机的发展v 活塞式航空发动机发展早期,法国处于领先地位。当时装活塞式航空发动机发展早期,法国处于领先地位。当时装备伊斯潘诺备伊斯潘诺-西扎西扎V V型液冷发动机的型液冷发动机的 斯佩德斯佩德 战斗机的功率已战斗机的功率已达达130220kW,130220kW,功重比为功重比为0.7kW/daN0.7kW/daN左右。飞机速度超过左右。飞机速度超过200km/h200km/h,升限,升限
6、6650m6650m。v 在两次世界大战的推动下,发动机的性能提高很快,单机在两次世界大战的推动下,发动机的性能提高很快,单机功率从不到功率从不到10 kW10 kW增加到增加到2500 kW2500 kW左右,功率重量比从左右,功率重量比从0.11 0.11 kW/daN kW/daN 提高到提高到1.5 kW/daN1.5 kW/daN左右,升功率从每升排量几千左右,升功率从每升排量几千瓦增加到四五十千瓦,耗油率从约瓦增加到四五十千瓦,耗油率从约0.50 kg/(kW0.50 kg/(kWh)h)降低到降低到0.230.27 kg/(kW0.230.27 kg/(kWh)h)。翻修寿命从几
7、十小时延长到。翻修寿命从几十小时延长到20003000h20003000h。到第二次世界大战结束时,活塞式发动机已经。到第二次世界大战结束时,活塞式发动机已经发展得相当成熟,以它为动力的螺旋桨飞机的飞行速度从发展得相当成熟,以它为动力的螺旋桨飞机的飞行速度从16km/h16km/h提高到近提高到近800 km/h800 km/h,飞行高度达到,飞行高度达到15000 m15000 m。v 涡轮喷气发动机的发明开创了喷气时代,活塞式发动机逐涡轮喷气发动机的发明开创了喷气时代,活塞式发动机逐步退出主要航空领域,但功率小于步退出主要航空领域,但功率小于370 kW370 kW的水平对缸活塞式的水平对
8、缸活塞式发动机仍广泛应用在轻型低速飞机和直升机上,如行政机、发动机仍广泛应用在轻型低速飞机和直升机上,如行政机、农林机、勘探机、体育运动机、私人飞机和各种无人机。农林机、勘探机、体育运动机、私人飞机和各种无人机。12活塞式航空发动机举例活塞式航空发动机举例R-2800普普惠公司惠公司生产的双排生产的双排双黄蜂双黄蜂,属于气冷星型发动机。属于气冷星型发动机。这种发动机在航空史上这种发动机在航空史上占有特殊的地位。占有特殊的地位。13活塞式航空发动机举例活塞式航空发动机举例P-47P-47,绰号,绰号“雷电雷电”,装备,装备R-2800R-2800发动机,是美国共和飞机公司研发动机,是美国共和飞机
9、公司研制的战斗机。该种机型产量达到制的战斗机。该种机型产量达到1568315683架,是美国战斗机史上生产量架,是美国战斗机史上生产量最大的飞机之一。最大的飞机之一。14活塞式航空发动机举例活塞式航空发动机举例R-3350R-3350,莱特公司生产的双,莱特公司生产的双排气冷星型发动机,排气冷星型发动机,19411941年投入使用,开始时功率为年投入使用,开始时功率为2088kW2088kW,主要用于著名的,主要用于著名的B-29B-29空中堡垒空中堡垒 战略轰炸机。战略轰炸机。15活塞式航空发动机举例活塞式航空发动机举例B-29B-29战略轰炸机,装备战略轰炸机,装备莱特公司的莱特公司的R-
10、3350R-3350发动发动机。世称机。世称“超级空中堡超级空中堡垒垒”“”“史上最强的轰炸史上最强的轰炸机机”,在轰炸东京等二,在轰炸东京等二战及之后的战场都可以战及之后的战场都可以看到他的身影,广岛和看到他的身影,广岛和长崎的两次原子弹袭击,长崎的两次原子弹袭击,B-29B-29也是空中平台也是空中平台。16v 由于涡轮喷气发动机的发明而开创了喷气时代,活塞式发动机逐步退出由于涡轮喷气发动机的发明而开创了喷气时代,活塞式发动机逐步退出主要航空领域,但功率小于主要航空领域,但功率小于370 kW的水平对缸活塞式发动机发动机仍广泛的水平对缸活塞式发动机发动机仍广泛应用在轻型低速飞机和直升机上,
11、如行政机、农林机、勘探机、体育运动应用在轻型低速飞机和直升机上,如行政机、农林机、勘探机、体育运动机、私人飞机和各种无人机。机、私人飞机和各种无人机。v 美国美国NASA已经实施了一项通用航空推进计划,为未来安全舒适、操作已经实施了一项通用航空推进计划,为未来安全舒适、操作简便和价格低廉的通用轻型飞机提供动力技术。方案是用狄塞尔循环活塞简便和价格低廉的通用轻型飞机提供动力技术。方案是用狄塞尔循环活塞式发动机,用它的飞机有式发动机,用它的飞机有4个座位,速度偏低。对发动机的要求为:个座位,速度偏低。对发动机的要求为:功率功率为为150 kW;耗油率耗油率0.22 kg/(kWh);满足未来的排放
12、要求;满足未来的排放要求;制造和维修制造和维修成本降低一半。到成本降低一半。到2000年,该计划已经进行了年,该计划已经进行了500h以上的发动机地面试验,以上的发动机地面试验,功率达到功率达到130 kW,耗油率,耗油率0.23 kg/(kWh)。喷气时代的活塞式发动机喷气时代的活塞式发动机燃气涡轮发动机时期燃气涡轮发动机时期18二、喷气发动机二、喷气发动机火箭发动机火箭发动机固体火箭发动机固体火箭发动机液体火箭发动机液体火箭发动机空气喷气发动机空气喷气发动机无压气机式空无压气机式空气喷气发动机气喷气发动机有压气机式空气喷有压气机式空气喷气发动机气发动机冲压式喷气发动机冲压式喷气发动机脉动式
13、喷气发动机脉动式喷气发动机涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机涡轮风扇发动机涡轮风扇发动机涡轮螺旋桨发动机涡轮螺旋桨发动机涡轮轴发动机涡轮轴发动机19燃气涡轮发动机工作原理燃气涡轮发动机工作原理燃气涡轮机主要由压缩机、燃烧室、涡轮等部分构成。新鲜空气由进气道进燃气涡轮机主要由压缩机、燃烧室、涡轮等部分构成。新鲜空气由进气道进入燃气轮机后,首先由压缩机加压成高压气体,接着由喷油嘴喷出燃油与空入燃气轮机后,首先由压缩机加压成高压气体,接着由喷油嘴喷出燃油与空气混合后在燃烧室进行燃烧成为高温高压气体,然后进入涡轮段推动涡轮,气混合后在燃烧室进行燃烧成为高温高压气体,然后进入涡轮段推动涡轮,将热能转换成机械能
14、输出,最后的废气由排气管排出。而由涡轮输出的机械将热能转换成机械能输出,最后的废气由排气管排出。而由涡轮输出的机械能中,一部分会用来驱动压缩机,另一部分则经由传动轴输出,用以驱动我能中,一部分会用来驱动压缩机,另一部分则经由传动轴输出,用以驱动我们希望驱动的机构如发电机、传动系统等。们希望驱动的机构如发电机、传动系统等。20燃气涡轮发动机时期从第二次世界大战结束至今。燃气涡轮发动机时期从第二次世界大战结束至今。60年来,航空燃年来,航空燃气涡轮发动机取代了活塞式发动机,开创了喷气时代,居航空动力气涡轮发动机取代了活塞式发动机,开创了喷气时代,居航空动力的主导地位。在技术发展的推动下,涡轮喷气发
15、动机、涡轮风扇发的主导地位。在技术发展的推动下,涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、桨扇发动机和涡轮轴发动机在不同时期动机、涡轮螺旋桨发动机、桨扇发动机和涡轮轴发动机在不同时期在不同的飞行领域内发挥着各自的作用,使航空器性能跨上一个又在不同的飞行领域内发挥着各自的作用,使航空器性能跨上一个又一个新的台阶。一个新的台阶。燃气涡轮发动机时期概况燃气涡轮发动机时期概况21涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机仍属于热机的一种,涡轮喷气发动机仍属于热机的一种,因此,从产生输出能量的原理上讲,因此,从产生输出能量的原理上讲,喷气式发动机和活塞式发动机是相同喷气式发动机和活塞式发动机是相
16、同的,都需要有进气、加压、燃烧和排的,都需要有进气、加压、燃烧和排气这四个阶段,不同的是,在活塞式气这四个阶段,不同的是,在活塞式发动机中这发动机中这4 4个阶段是分时依次进行个阶段是分时依次进行的,但在喷气发动机中则是连续进行的,但在喷气发动机中则是连续进行的,气体依次流经喷气发动机的各个的,气体依次流经喷气发动机的各个部分,就对应着活塞式发动机的四个部分,就对应着活塞式发动机的四个工作位置。工作位置。22涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机He-178He-178,世界上第一架试飞成功的喷气式飞机,开创了喷气推进新,世界上第一架试飞成功的喷气式飞机,开创了喷气推进新时代和航空事业的新纪元。该飞机装
17、配了德国奥海因研制成功的离时代和航空事业的新纪元。该飞机装配了德国奥海因研制成功的离心式涡轮喷气发动机心式涡轮喷气发动机HeS3BHeS3B,发动机推力为,发动机推力为490daN490daN,推重比,推重比1.381.38。23涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机奥林帕斯奥林帕斯593593涡喷发动机,最大推涡喷发动机,最大推力达到力达到17000daN17000daN。是英国罗尔斯。是英国罗尔斯罗伊斯公司布里斯托尔分公司和罗伊斯公司布里斯托尔分公司和法国法国SNECMASNECMA公司为公司为“协和协和”号飞号飞机共同研制的,机共同研制的,19651965年首次运转,年首次运转,19681968年
18、开始调试,年开始调试,19731973年定型,年定型,19761976年年1 1月投入使用。月投入使用。24涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机协和式飞机,英国和协和式飞机,英国和法国联合研制的超音法国联合研制的超音速客机,最大飞行速速客机,最大飞行速度度2.042.04马赫,巡航高马赫,巡航高度度1800018000米。米。19691969年,年,第一架协和超音速客第一架协和超音速客机诞生,机诞生,19761976年年1 1月月2121日投入商业飞行。日投入商业飞行。20032003年年1010月月2424日,日,协和式飞机执行了最协和式飞机执行了最后一次飞行,全部退后一次飞行,全部退役。役。25涡
19、轮喷气发动机涡轮喷气发动机v 随着航空燃气涡轮技术的进步,人们在涡轮喷气发动机的基础上,随着航空燃气涡轮技术的进步,人们在涡轮喷气发动机的基础上,又发展了多种喷气发动机,如根据增压技术的不同,有冲压发动机又发展了多种喷气发动机,如根据增压技术的不同,有冲压发动机和脉动发动机;根据能量输出的不同,有涡轮风扇发动机、涡轮螺和脉动发动机;根据能量输出的不同,有涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机和螺桨风扇发动机等。旋桨发动机、涡轮轴发动机和螺桨风扇发动机等。v 喷气发动机尽管在低速时油耗要大于活塞式发动机,但其优异的喷气发动机尽管在低速时油耗要大于活塞式发动机,但其优异的高速性能使其迅速取
20、代了后者,成为航空发动机的主流。高速性能使其迅速取代了后者,成为航空发动机的主流。26涡轮风扇发动机涡轮风扇发动机v 涡扇发动机的发展源于第二次世界大战。世界上第一台运转的涡轮涡扇发动机的发展源于第二次世界大战。世界上第一台运转的涡轮风扇发动机是德国戴姆勒风扇发动机是德国戴姆勒-奔驰研制的奔驰研制的DB670(DB670(或或109-007)109-007),于,于19431943年年4 4月在实验台上达到月在实验台上达到840840千克推力。第一种批量生产的涡扇发动机是千克推力。第一种批量生产的涡扇发动机是19591959年定型的英国康维,推力为年定型的英国康维,推力为5730daN5730
21、daN。v 以后,涡扇发动机向低涵道比的军用加力发动机和高涵道比的民用以后,涡扇发动机向低涵道比的军用加力发动机和高涵道比的民用发动机的两个方向发展。在低涵道比军用加力涡扇发动机方面,英美研发动机的两个方向发展。在低涵道比军用加力涡扇发动机方面,英美研制出斯贝制出斯贝-MK202-MK202和和TF30TF30,分别用于英国购买的,分别用于英国购买的 鬼怪鬼怪F-4M/KF-4M/K战斗机战斗机和美国的和美国的F111F111。在。在70807080年代,各国研制出推重比年代,各国研制出推重比8 8一级的涡扇发动机,一级的涡扇发动机,装备在一线的第三战斗机,如装备在一线的第三战斗机,如F-15
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