航空航天概論

第六章航空器推進裝置2參觀日期：班車發車時間：9：00參觀時間：9：30-11：00班車返回時間：11：153主要內容6.1推進裝置分類和特點6.2活塞式發動機6.3燃氣渦輪發動機6.4沖壓/脈動發動機46.1推進裝置分類和特點為飛行器提供動力，推動飛行器前進的裝置稱為動力系統。它包括發動機和保證發動機正常工作的輔助系統。可以簡稱為發動機。發動機是飛行器的動力源，它的性能對飛行器的性能有極重要的影響。故而被人們稱為飛行器的心臟。航空發動機是將航空燃料中所含的化學能量轉變為熱能、再轉化成機械能的熱力機械。5

發動機

推進劑或燃料系統

保證發動機正常工作的其他附屬系統66.1推進裝置分類和特點航空發動機的性能對飛機的性能影響很大。評定航空發動機品質的主要指標有：性能參數-----推重比、耗油率等可靠性耐久性

……76.1推進裝置分類和特點參照教材P142-P14386.1推進裝置分類和特點飛行器推進系統吸氣式發動機活塞式發動機燃氣渦輪發動機沖壓噴氣式發動機脈動噴氣式發動機參照教材P142-P14396.1推進裝置分類和特點飛行器推進系統直接反作用推進系統間接反作用推進系統組合發動機沖壓發動機渦輪噴氣發動機渦輪風扇發動機活塞式發動機渦輪螺旋槳發動機渦輪軸發動機活塞式航空發動機一般以汽油為燃料，帶動螺旋槳，由螺旋槳產生推〔拉〕力為飛機提供動力。所以，作為飛機的動力裝置時，發動機與螺旋槳是不能分割的。6.2活塞式發動機活塞式航空發動機的主要構件氣缸活塞連桿曲軸進、排氣活門6.2活塞式發動機活塞式航空發動機的工作原理絕大多數活塞式航空發動機的工作循環是由四個沖程組成的，稱為四沖程發動機。即活塞在氣缸內要經過四個沖程，依次是進氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程。進氣壓縮膨脹排氣6.2活塞式發動機活塞沖程當活塞在氣缸中移動時，它相對曲軸有兩個極限位置：活塞離曲軸中心最遠的位置稱為上死點，活塞離曲軸中心最近的位置稱為下死點。上死點和下死點之間的距離稱為活塞沖程。6.2活塞式發動機活塞式航空發動機的工作原理6.2活塞式發動機進氣沖程壓縮沖程燃燒沖程排氣沖程活塞式航空發動機的工作原理示意圖6.2活塞式發動機活塞式發動機的氣缸排列方式為滿足功率要求并使發動機工作平穩，活塞式航空發動機一般都是多氣缸組合構成的。依照氣缸排列方式不同，可分為：直立型、V型、對立型、X型、星型等。6.2活塞式發動機活塞式發動機的氣缸排列方式V型和對立型6.2活塞式發動機活塞式發動機的輔助系統

進氣系統

燃料系統

冷卻系統

啟動系統

定時系統6.2活塞式發動機航空活塞式發動機主要性能參數發動機功率

發動機可用于驅動螺旋槳的功率稱為有效功率。燃料消耗率 衡量發動機經濟性的一項指標，以每千瓦功率在1小時所消耗的燃料質量表示，單位為kg/(kW·h)加速性 發動機從最小轉速到最大轉速所需的時間，愈短愈好。良好的加速性可提高飛機機動性能。

良好的維護性、高可靠性、長壽命、小的結構質量和迎風面積。6.2活塞式發動機航空活塞式發動機主要性能參數從第一架飛機上天到二戰結束，活塞式發動機獲得了飛速開展：

單機功率：十幾千瓦提高到1800~3500千瓦

功率重量比由0.12千瓦/千克提高到1.85千瓦/千克

燃油消耗率由0.46千克/千瓦時降至0.26千克/千瓦時6.2活塞式發動機活塞式發動機的優點經濟性較好：不但耗油率低，而且單位功率的售價低；燃燒較完全，所以對環境的污染相對較小；噪音較小。目前，活塞式航空發動機仍廣泛地應用于小型低速飛機。6.2活塞式發動機小鷹-500旅行者活塞式發動機的應用6.2活塞式發動機活塞式發動機的缺點發動機功率小；重量大；外形阻力大；螺旋槳高速旋轉時效率低。6.2活塞式發動機航空燃氣渦輪發動機有四種根本類型，即渦輪噴氣發動機、渦輪風扇發動機、渦輪螺旋槳發動機和渦輪軸發動機。在這些發動機中都有壓氣機、燃燒室和燃氣渦輪，因此統稱為燃氣渦輪發動機。246.3燃氣渦輪發動機航空燃氣渦輪發動機仍屬于熱機的一種，因此從產生輸出能量的原理上講，燃氣渦輪發動機和活塞式發動機是相同的，都需要有進氣、加壓、燃燒和排氣這四個階段。256.3燃氣渦輪發動機在航空燃氣渦輪發動機中，進入發動機的空氣經壓氣機壓縮后，流入燃燒室與噴入的燃油混合后燃燒，形成高溫、高壓的燃氣，再進入燃氣渦輪中膨脹作功，使渦輪高速旋轉并輸出功率。266.3燃氣渦輪發動機276.3燃氣渦輪發動機6.3燃氣渦輪發動機渦輪噴氣發動機的性能參數

推力

單位推力

推重比

單位耗油率

單位迎風面積推力

噪聲和排氣污染296.3燃氣渦輪發動機燃氣發生器由壓氣機、燃燒室和燃氣渦輪組成。燃氣發生器用于提供高壓、高溫的燃氣。燃氣發生器又稱發動機的核心機。燃氣渦輪燃燒室壓氣機6.3燃氣渦輪發動機壓氣機的功用依靠其高速旋轉的工作葉輪對空氣作功，提高空氣的壓力和溫度，供給發動機工作時所需要的壓縮空氣。6.3燃氣渦輪發動機燃燒室的功用將燃料中所含的化學能轉化為熱能，燃料在燃燒過程中所釋放的熱量使流過燃燒室的空氣的溫度提高。即在燃燒室中，從壓氣機流入的壓縮空氣與噴嘴噴出的燃油混合燃燒，使燃氣膨脹加速，向渦輪提供具有一定溫度場的燃氣流。6.3燃氣渦輪發動機燃燒室工作原理6.3燃氣渦輪發動機燃氣渦輪的功用燃氣渦輪在高溫高壓燃氣的作用下高速旋轉，將燃氣中的局部熱能和壓力能轉換成機械功，帶動壓氣機和附件工作。6.3燃氣渦輪發動機進氣道進氣道的主要作用：整理進入發動機的氣流，消除旋渦，保證在各種工作狀態下都能供給發動機所需的空氣量；降低高速氣流的速度，將動能轉變為壓力勢能。根據飛機的飛行速度的不同，進氣道可分為：亞音速進氣道超音速進氣道6.3燃氣渦輪發動機殲-5亞音速進氣道米格-156.3燃氣渦輪發動機超音速進氣道F-16殲-76.3燃氣渦輪發動機發動機進氣道在機身上的位置

機頭進氣

背部進氣

機身兩側機翼下

腹部進氣

6.3燃氣渦輪發動機燃氣渦輪發動機根據燃氣發生器后面有無“動力渦輪〞以及動力渦輪所驅動的部件不同，分為四種類型。所謂動力渦輪是指位于燃氣發生器后面的一個傳動其他部件的渦輪，從燃氣發生器出來的燃氣流入這個渦輪中繼續膨脹作功。在大多數發動機中，動力渦輪與燃氣渦輪沒有機械連系，各自工作于不同的轉速，所以動力渦輪也稱為自由渦輪。6.3燃氣渦輪發動機渦輪噴氣發動機渦輪螺旋槳發動機渦輪軸發動機渦輪風扇發動機6.3燃氣渦輪發動機渦輪噴氣發動機的燃氣發生器后面直接布置了一個尾噴管，燃氣以高速由噴管排出，產生推力。6.3燃氣渦輪發動機6.3.1渦輪噴氣發動機由于渦輪噴氣發動機的推力是由高速排出高溫燃氣所獲得的，所以在得到推力的同時有不少由燃料燃燒所產生的能量以燃氣的動能和熱能的形式排出發動機，能量損失較大，因此其耗油率較高。6.3燃氣渦輪發動機6.3.1渦輪噴氣發動機為了短期內提高渦輪噴氣發動機的推力，可在尾噴管前加裝加力燃燒室。在需要增加推力時，向燃氣中補充噴入燃油進一步燃燒，提高燃氣的速度，到達增加推力的目的。在加力時，由于排出的燃氣溫度和速度均大大提高，因而能量損失更大，所以耗油率比非加力時將成倍增加。6.3燃氣渦輪發動機6.3.1渦輪噴氣發動機Su-25渦噴發動機的應用6.3燃氣渦輪發動機6.3.1渦輪噴氣發動機渦輪螺旋槳發動機的燃氣能量絕大局部在動力渦輪中膨脹做功，動力渦輪通過減速裝置降低轉速后再驅動螺旋槳，燃氣中剩下的很少局部能量在尾噴管中膨脹，產生一小局部推力。6.3燃氣渦輪發動機6.3.2渦輪螺旋槳發動機6.3燃氣渦輪發動機6.3.2渦輪螺旋槳發動機渦輪螺旋槳發動機由于有直徑較大的螺旋槳，所以飛行速度受到限制，一般用于M=0.5～0.7的飛機上。運－7運－8特點：動力渦輪通過減速器帶動螺旋槳。起飛功率大，油耗低，續航能力強，多用于低亞音速運輸機，轟炸機，目前短程客機也主要采用這種發動機。6.3燃氣渦輪發動機6.3.2渦輪螺旋槳發動機渦輪軸發動機是直升機的主要動力，其工作原理和結構根本與渦輪螺旋槳發動機相同。不同的是其燃氣發生器排出的燃氣能量幾乎全部在動力渦輪中膨脹，由噴管排出時，氣流速度很低；另外，其輸出軸轉速較高，有的渦輪軸發動機由動力渦輪直接輸出軸功率，有的那么裝有減速較小的減速器。6.3燃氣渦輪發動機6.3.3渦輪軸發動機直－11米－28AH－646.3燃氣渦輪發動機6.3.3渦輪軸發動機渦輪風扇發動機的動力渦輪的傳動軸驅動的是外徑比燃氣發生器大的1級或幾級稱為風扇的葉片。流入發動機的空氣在風扇中增壓后，一局部經燃氣發生器中流過，稱為內涵氣流；另一局部經圍繞燃氣發生器外殼的外環中流過，稱為外涵氣流。6.3燃氣渦輪發動機6.3.4渦輪風扇發動機渦輪風扇發動機推力由內、外涵道氣流分別產生的推力組成。外涵與內涵空氣流量的比值稱為涵道比。6.3燃氣渦輪發動機6.3.4渦輪風扇發動機6.3燃氣渦輪發動機6.3.4渦輪風扇發動機渦輪風扇發動機具有耗油率低、起飛推力大、推重比高、噪音低的優點。因此，目前高函道比、大推力的渦輪風扇發動機廣泛應用于大型運輸機上。Boeing737A3196.3燃氣渦輪發動機6.3.4渦輪風扇發動機此外，加力式渦輪風扇發動機由于具有低速時油耗較低，開加力時推重比大的特點，適合于高超音速的戰斗機、轟炸機。6.3燃氣渦輪發動機6.3.4渦輪風扇發動機F－22〔猛禽〕FC－1〔超7〕FBC－1〔飛豹〕6.3燃氣渦輪發動機6.3.4渦輪風扇發動機可轉噴口的渦輪風扇發動機通常用于垂直起降飛機，由于其噴口可轉向垂直于地面的方向提供沿垂直方向的推力，同時還需利用機頭、機尾、翼尖的噴口來進行姿態控制。例如英國的鷂式、俄羅斯的雅克-38、雅克-141、美國的AV-8b和競標JSF成功的XF-35都采用了這類發動機。6.3燃氣渦輪發動機6.3.4渦輪風扇發動機垂直起降飛機6.3燃氣渦輪發動機6.3.4渦輪風扇發動機發動機在機身上的位置

機身內后部

機翼根部

機翼下〔多用于旅客機〕機身后部平尾根部

6.3.4渦輪噴氣發動機脈動式噴氣發動機特點：簡單、體積小，可以自己啟動，推力忽大忽小，不宜載人，燃油消耗量大。原理：工作時，將活門翻開，空氣進入燃燒室與燃料混合燃燒。靠燃氣的壓力將活門關閉，以防止燃氣倒流。燃氣高速從長噴管噴出，產生推力。燃氣噴出后，燃燒