航空发动机发展史

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中国航空发动机集团发展历史

中国航空发动机集团发展历史

中国航空发动机集团发展历史

中国航空发动机集团是中国目前领先的航空发动机制造商和研发机构,其发展历史可以追溯到上世纪50年代初期。中国在当时决定发展自己的航空工业,并于1951年成立了中国航空工业局,为后来的航空发动机事业打下了基础。

中国航空发动机集团的发展历程可以分为以下几个重要阶段:起步阶段、自主研发阶段、并购整合阶段和国际合作阶段。

起步阶段是中国航空工业局建立的初期阶段,当时中国面临了严重的技术落后和产业基础薄弱的问题。鉴于此,中国开始引进苏联的航空技术和设备,为国内的发动机制造提供了重要的支持。在这一阶段,中国航空工业局主要从事航空发动机的组装和维修工作,并逐步积累了经验和技术。

经过起步阶段的积累,中国开始进入了自主研发阶段。上世纪70年代初,中国开始首次研制自己的涡扇发动机,这标志着中国航空发动机制造业迈出了重要的一步。中国航空工业局成立了航空发动机研究所,专门从事航空发动机的研发工作。在这一阶段,中国积极引进国外先进技术,同时加强国内科研力量的建设,为打破技术壁垒提供了重要支持。

随着自主研发阶段的不断深入,中国航空发动机集团进入了并购整合阶段。上世纪90年代初,中国航空工业局开始进行航空工业的重大改革,成立了中国航空工业集团公司。这一举措极大地促进了中国航空发动机行业

的整合和发展,同时也提高了中国航空发动机的国际竞争力。在并购整合阶段,中国航空工业集团公司逐步实现了国内外航空发动机企业的整合,夯实了中国航空发动机的产业基础。

最近几年,中国航空发动机集团逐渐进入了国际合作阶段。中国在航空领域的国际地位不断上升,国际品牌的建设也进入了一个新阶段。中国航空发动机集团与国际知名航空发动机厂商开展了广泛的合作,提高了中国航空发动机的技术水平和产品质量,同时也加速了中国航空发动机企业的国际化进程。

航空发动机的发展史

航空发动机的发展史

航空发动机的发展史

活塞式发动机时期

早期液冷发动机居主导地位。

19世纪末,在内燃机开始用于汽车的同时,人们即联想到把内燃机用到飞机上去作为飞机飞行的动力源,并着手这方面的试验。

1903年,美国莱特兄弟把一台4缸、水平直列式水冷发动机改装之后,成功地用到他们的飞行者一号飞机上进行飞行试验。

这台发动机只发出8.95 kW的功率,重量却有81 kg,功重比为0.11kW/daN。

发动机通过两根自行车上那样的链条,带动两个直径为2.6m的木制螺旋桨。

首次飞行的留空时间只有12s,飞行距离为36.6m。

但它是人类历史上第一次有动力、载人、持续、稳定、可操作的重于空气飞行器的成功飞行。

在飞机用于战争目的的推动下,航空特别是在欧洲开始蓬勃发展,法国在当时处于领先地位。

美国虽然发明了动力飞机并且制造了第一架军用飞机,但在参战时连一架可用的新式飞机都没有。

在前线的美国航空中队的6287架飞机中有4791架是法国飞机,如装备伊斯潘诺-西扎V型液冷发动机的斯佩德战斗机。

这种发动机的功率已达130~220kW, 推重比为0.7kW/daN左右。

飞机速度超过200km/h,升限6650m。

当时,飞机的飞行速度还比较小,气冷发动机冷却困难。

为了冷却,发动机 *** 在外,阻力又较大。

因此,大多数飞机特别是战斗机采用的是液冷式发动机。

期间,1908年由法国塞甘兄弟发明旋转汽缸气冷星型发动机曾风行一时。

这种曲轴固定而汽缸旋转的发动机终因功率的增大受到限制,在固定汽缸的气冷星型发动机的冷却问题解决之后退出了历史舞台。

航空发动机发展历程和趋势

航空发动机发展历程和趋势

航空发动机发展历程和趋势

航空发动机是现代航空技术的核心之一,它的发展经历了一个漫长而又充满挑战的历程。本文将从航空发动机的起源开始,梳理其发展历程,并探讨未来的发展趋势。

一、航空发动机的起源

航空发动机的起源可以追溯到19世纪末的内燃机发明。德国工程师尼古拉斯·奥托发明了第一个四冲程内燃机,开创了航空发动机的先河。随后,法国工程师尚·布鲁瓦雷成功将内燃机应用于飞行器,并于1908年获得了第一架飞机的专利。

二、早期航空发动机的发展

早期的航空发动机以活塞式发动机为主,其工作原理类似于汽车发动机。这种发动机通过活塞在气缸内往复运动,通过点火、燃烧混合物来产生推力。然而,由于其结构复杂、体积庞大和重量较重,限制了飞机的速度和飞行高度。

三、涡轮喷气发动机的诞生

20世纪30年代,涡轮喷气发动机的问世标志着航空发动机的重大突破。涡轮喷气发动机利用燃烧室中的高温燃气推动涡轮旋转,从而驱动飞机前进。与传统活塞式发动机相比,涡轮喷气发动机具有体积小、重量轻、推力大和燃油效率高等优点,为航空业带来了巨大的变革。

四、涡扇发动机的崛起

20世纪50年代,随着涡扇发动机的问世,航空发动机进入了一个新的时代。涡扇发动机是在涡轮喷气发动机的基础上发展而来,其特点是在喷气口外部增加了一个大风扇,进一步提高了推力和燃油效率。涡扇发动机的出现使得喷气式飞机速度大幅提升,航程延长,为民航业的发展提供了强大的动力。

五、高温合金技术的应用

为了提高发动机的效率和性能,航空发动机制造商开始研发和应用高温合金技术。高温合金可以在极端高温下保持稳定性,使发动机能够承受更高的温度和压力,提高燃烧效率和推力。此外,高温合金还具有抗腐蚀和抗磨损等优点,延长了发动机的使用寿命。

航空发动机技术的发展历程

航空发动机技术的发展历程

航空发动机技术的发展历程

随着人们的生活水平不断提高,越来越多的人开始旅行和探索,而航空技术则成为了连接世界各地的最便捷方式。而航空发动机

则是航空技术的核心,在航空发动机技术的不断进步中,促进了

航空业的快速发展。本文将从航空发动机技术的起源、发展历程、现状以及未来展望四个方面来阐述。

一、航空发动机技术的起源

早在古代,人们就开始尝试运用风动力形成船帆,实现航行,

这也可以算是人类最早的航空探索。而真正意义上的发动机则是

在19世纪末期才诞生。那时,内燃机和蒸汽机的发明为现代发动

机的开发奠定了基础。叶片式的风扇引擎由Francis Turbine引入,并用于水力发电厂。然而,第一次世界大战的爆发推动了航空发

动机技术的快速进步。飞机的使用使小型内燃发动机在质量、效

率和重量方面得到了极大改进。二氧化碳的电气分解和氮分子的

燃烧,以及射线计数器,让化学理论充实了计算机系统,从而为

航空发动机的发展奠定了基础。

二、航空发动机技术的发展历程

20世纪20年代,涡轮增压器发明,大幅提升了飞机的高空飞

行性能。二战期间,喷气式发动机的发明使得飞机飞行速度的最

高值倍增,并大大提升了飞行升限。六十年代末,高温合金开始

应用于发动机转子,以提高发动机的热效率,并使用了一些新材料,如碳纤维和冲压铝,以减轻飞行器的质量。近年来,电能、

无反动发动机、燃料电池等技术得到迅猛发展。

三、航空发动机技术的现状

当前,航空发动机技术处于高速发展阶段。涵道比、风扇直径、涡轮材料和涡轮叶片的热效率等主要技术数据不断被提高。现代

航空发动机尤以飞机引擎目前进入了一个能源效率较高的全新高峰。飞机越来越大,越来越安静。涵道比是一个重要的变化。过去,涵道比较低,而今涵道比超过了14当然,灵活性是这个构成

航空发动机的发展历史

航空发动机的发展历史

航空发动机的发展历史

在19世纪末,德国工程师尤安·奥托·里登贝恩设计了第一台可用于飞行器的内燃机,这是一台四冲程发动机。然而,当时的技术和材料限制,使得这台发动机的重量过重,难以用于实际的飞行器上。不过,这台发动机的诞生明确了未来发动机的发展方向。

到了20世纪初,法国工程师亨利·贝格涅(Henri Breguet)和英国工程师亨利·罗伊斯(Henry Royce)分别独立开发了第一台成功的航空发动机。贝格涅设计了一种具有较高功率输出的内燃机,他的设计大大改善了航空器的性能。而罗伊斯的发动机更加注重可靠性和耐用性,他的设计成为了英国皇家空军在两次世界大战期间的首选发动机。

随着航空工业的发展,第一次世界大战期间,航空发动机得到了巨大的发展。德国的奥托·魏茨克(Otto Weisskopf)在1913年研发出了第一台具有可变推力功能的涡桨发动机,使得飞机能够在起飞和巡航时根据需要调整推力。 20年代末,美国科学家弗兰克·惠特尔(Frank Whittle)和德国工程师汉斯·冯·奥罗(Hans von Ohain)几乎同时研制出了喷气式发动机。这标志着航空发动机的革命性进步,推动了喷气式飞机的发展。

在第二次世界大战期间,喷气式发动机得到了广泛的应用。英国的惠特尔喷气式发动机首次装备在飞机上,在英国皇家空军成功进行了飞行测试。在德国,汉斯·冯·奥罗开发的发动机被用于德国空军的喷气式战斗机。与此同时,美国工程师弗兰克·韦尔(Frank Whittle)和约翰·塞尔德里奇(John Seidrich)也研发出了燃烧室前置的喷气式发动机,成为美国军航领域的重要突破。

航空发动机发展历程

航空发动机发展历程

航空发动机发展历程

航空发动机是飞机的核心部件之一,它的发展历程也是航空工业发展历史的重要组成部分。随着航空技术的不断进步和需求的不断提高,航空发动机经历了从最初的活塞式发动机到现代的高涵道比涡扇发动机的转变。

20世纪初期,活塞式发动机是航空发动机的主流。它们采用往复运动的活塞来压缩燃料混合物,然后点燃并产生推力。这种发动机的缺陷是重量大、功率小、燃油消耗大、噪音大等。到20世纪40年代中期,涡轮喷气式发动机开始进入市场。它们利用高温高压气体驱动涡轮,从而带动飞机的推进。这种发动机具有功率大、重量轻、燃油经济等优点,但其高温高压的工作环境使其耐久性和可靠性都受到了挑战。

20世纪60年代,高涵道比涡扇发动机开始成为主流。这种发动机通过喷出大量的气流来产生推力,其高涵道比设计使得其能够更好地适应高空巡航,进一步提高了飞机的效率和经济性。随着科技的不断进步,涡扇发动机的性能不断提高,同时也推动了航空业的发展。

目前,航空发动机已经发展到了涡扇发动机的第四代水平,这些发动机具有更高的安全性、更低的噪音和更好的燃油经济性。未来,随着科技的不断进步,我们可以期待着更先进、更高效的航空发动机的出现,为航空业的发展注入新的动力和活力。

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航空发动机的发展历程

航空发动机的发展历程

航空发动机的发展历程

航空发动机是航空器飞行的动力装置,也是现代航空技术的核心之一。它的发展历程可以追溯到19世纪末的内燃机时代。本文将从早期的蒸汽动力到现代的高效涡轮发动机,为读者介绍航空发动机的发展历程。

一、蒸汽动力时代

19世纪末,蒸汽机成为了最早的航空发动机。法国工程师德尔夫尔提出了一种使用蒸汽推动的飞机设计,并于1884年成功试飞。这标志着航空发动机的诞生。然而,蒸汽动力的航空发动机存在着重量大、效率低等问题,无法满足航空器的需求。

二、内燃机时代

20世纪初,内燃机的发明和发展推动了航空发动机的进一步发展。德国工程师奥托·德尔夫尔斯于1892年发明了第一台四冲程汽油内燃机,为航空发动机的发展奠定了基础。1903年,莱特兄弟的飞机首次成功飞行,他们采用了由自己改进的内燃机作为动力。此后,内燃机逐渐成为了航空发动机的主流。

三、涡轮喷气发动机时代

20世纪30年代,涡轮喷气发动机的出现彻底改变了航空发动机的格局。1939年,德国工程师汉斯·冯·奥汉恩将涡轮技术应用于飞机发动机,成功研制出了世界上第一台喷气式发动机-HE S1。涡轮喷

气发动机以其高推力、高速度和高效率的特点成为了当时航空工业的宠儿。

四、涡扇发动机时代

20世纪50年代,涡扇发动机的问世开创了航空发动机的新纪元。涡扇发动机是在喷气发动机的基础上进一步发展而来的,它通过在喷气流前加装一个多级压气机和一个大直径的风扇来提高推力和效率。涡扇发动机以其较低的噪音、较低的燃油消耗和较高的推力成为了现代喷气式飞机的首选发动机。

五、高温合金和复合材料的应用

航空发动机的发展历史及工作原理

航空发动机的发展历史及工作原理

涡轮与压气机
总结词
涡轮和压气机是航空发动机的重要组 件,分别负责产生推力和压缩空气。
详细描述
压气机通过旋转叶片,将空气吸入并 压缩,为燃烧室提供足够的空气。涡 轮则将燃烧产生的能量转化为旋转动 力,推动飞机前进。
进气道与排气道
总结词
进气道负责吸入空气,排气道则将燃烧后的废气排出。
详细描述Βιβλιοθήκη Baidu
进气道的设计能够确保空气顺畅地流入压气机,同时防止外来物进入发动机内部 。排气道则将废气排出,确保发动机内部不受废气回流的影响。
03
20世纪40年代
喷气发动机的发明,标志 着航空发动机进入新的时 代。
20世纪50年代
喷气发动机的制造技术和 材料取得突破,性能得到 显著提升。
冷战期间
喷气发动机成为军用飞机 和导弹的主要动力装置。
涡轮发动机的崛起
20世纪60年代至今
涡轮发动机在民航和军用领域得到广泛应用。
20世纪70年代
涡扇发动机的出现提高了燃油效率和推进效率。
控制与安全系统
总结词
控制与安全系统是航空发动机的神经系统,负责监控发动机状态并作出相应调整。
详细描述
控制与安全系统通过传感器和电子设备,实时监测发动机的各项参数,如温度、压力、转速等。一旦 发现异常,系统会立即采取措施,如调整燃油供应、启动备用系统等,确保发动机安全运行。

航空发动机发展历程

航空发动机发展历程

航空发动机发展历程

随着现代工业的发展,航空工业也在不断的发展壮大。而航空发动机作为飞机的“心脏”,也在经历了一个漫长的发展历程。早期的航空发动机仅仅只能提供一点动力,无法满足长时间高空飞行的需求,因此,人们逐渐开始研制更加高效、可靠的发动机。

20世纪20年代,出现了第一代喷气式发动机,这种发动机能够提供更加强劲的推力,使得飞机的速度和高度都得到了大幅提升。但是,这种发动机的燃油消耗量非常大,而且维护成本也很高,因此并不适合商业飞机的使用。

20世纪50年代,第二代喷气式发动机的出现,使得商业航空发展进入一个新的阶段。这种发动机使用了涡轮扇技术,能够提供更高的推力,而且燃油消耗量和维护成本也相对较低。这种发动机的成功应用,使得商业航空开始进入一个快速发展的时期。

随着科技的不断进步,航空发动机也在不断的升级换代。第三代喷气式发动机采用了高效的涡轮增压技术,能够更加有效地提高发动机的性能。而第四代喷气式发动机,则采用了更加先进的材料和设计理念,使得发动机的燃油效率和推力得到了大幅提升,同时也减少了对环境的污染。

如今,航空发动机已经成为了商业航空的核心技术之一,其发展历程也见证了人类不断追求科技进步和创新的历程。未来,随着科技的不断发展,航空发动机也将不断升级,为商业航空提供更加高效、安全的动力。

航空发动机的发展历史

航空发动机的发展历史

早期喷气式发动机的挑战与突破
喷气式发动机的优势与影响
总结词:喷气式发动机的高推进效率和轻量化特点使其成为航空工业的主流发动机,对航空运输、军事和民用领域产生了深远的影响。
03
涡轮发动机的时代
喷气时代的开启
涡轮喷气发动机的出现,标志着航空工业进入喷气时代,实现了超音速飞行。
英国的领先地位
英国在涡轮喷气发动机的研发上处于领先地位,为世界航空工业的发展做出了重要贡献。
制造工艺的改进
新材料与制造技术的影响
高效燃烧技术
采用先进的燃烧室设计,提高燃油燃烧效率,降低氮氧化物和碳烟颗粒物的排放。
可持续能源利用
探索使用生物燃料、合成燃料等替代能源,降低对传统石油燃料的依赖,实现环保和可持续发展。
绿色航空发动机的探索
未来航空发动机的发展趋势与挑战
未来航空发动机将朝着更高效、更环保、更可靠的方向发展,同时需要满足更高的燃油效率和排放标准。
由于受到材料和制造工艺的限制,早期航空发动机的性能和可靠性存在一定局限性,难以满足现代航空器的需求。
早期航空发动机的特点
局限性
特点
02
喷气式发动机的崛起
总结词
1939年,第一台喷气式发动机由弗兰克·惠特尔发明,标志着喷气式发动机时代的开始。
详细描述
弗兰克·惠特尔在1939年发明了第一台涡轮喷气发动机,该发动机采用燃气涡轮技术和喷气推进原理,与传统的活塞式发动机相比,具有更高的推进效率和更轻的重量。这一发明为航空工业的发展带来了革命性的变革。

航空发动机历史

航空发动机历史

航空发动机历史

介绍

航空发动机是飞机的核心部件,它负责提供动力以推动飞机在空中飞行。航空发动机的发展历史可以追溯到19世纪末20世纪初,随着航空技术的不断进步,航空发动机也经历了多个阶段的演进和改进。本文将深入探讨航空发动机的历史发展,介绍各个阶段的重要发展和突破。

甲壳虫式发动机的诞生

早期的航空发动机

在航空发动机出现之前,飞机通常是通过螺旋桨手摇式发动机进行推动。这种发动机的动力十分有限,无法满足飞机长时间飞行的需求。为了解决这个问题,人们开始研发更加高效的航空发动机。1903年,著名发明家奥托·冯·利利登塞尔(Otto von Lilienthal)发明了一种新型发动机——甲壳虫式发动机。

甲壳虫式发动机的原理

甲壳虫式发动机基于内燃机原理,通过燃烧燃料产生的气体压力驱动活塞,从而带动螺旋桨转动。这种发动机结构简单,重量轻,功率较高,大大提高了飞机的飞行速度和高度。甲壳虫式发动机的诞生标志着航空发动机迈向了一个新的时代。

喷气式发动机的出现

渦輪噴射發動機

20世纪30年代,德国工程师汉斯·冯·奥汀汉(Hans von Ohain)和弗里茨·韦克斯尔(Fritz Wrtz)独立发明了第一个喷气式发动机——渦輪噴射發動機。这种发动机通过将空气加热并喷射出来产生推力,与传统发动机不同的是,它不需要螺旋桨来提供推力。

喷气式发动机的优势

相比于传统的螺旋桨发动机,喷气式发动机具有许多优势。首先,喷气式发动机的动力更大,可以推动飞机飞行更远更高。其次,喷气式发动机的结构更简单,维护成本更低。此外,喷气式发动机的噪音更小,燃料效率更高。因此,喷气式发动机迅速取代了螺旋桨发动机,成为现代航空发动机的主流。

航空发动机发展史

航空发动机发展史

航空发动机发展史

航空上广泛应用的是燃气涡轮发动机,先后发展了直接产生推力的涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机。亦派生发展了输出轴功率的涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机。

一、活塞式发动机统治时期

人类自古以来就幻想像鸟一样在天空中自由飞翔,也曾作过各种尝试,但是多半因为动力源问题未获得解决而归于失败。最初曾有人把专门设计的蒸汽机装到飞机上去试,但因为发动机太重,都没有成功。到19世纪末,在内燃机开始用于汽车的同时,人们即联想到把内燃机用到飞机上去作为飞机飞行的动力源,并着手这方面的试验。

1903年,莱特兄弟把一台4缸、水平直列式水冷发动机改装之后,成功地用到他们的"飞行者一号"飞机上进行飞行试验。这台发动机只发出8.95 kW的功率,重量却有81 kg,功重比为0.11kW/daN。发动机通过两根自行车上那样的链条,带动两个直径为2.6m的木制螺旋桨。首次飞行的留空时间只有12s,飞行距离为36.6m。但它是人类历史上第一次有动力、载人、持续、稳定、可操作的重于空气飞行器的成功飞行。

在两次世界大战的推动下,活塞式发动机不断改进完善,得到迅速发展,第二次世界大战结束前后达到其技术的顶峰。发动机功率从近10kW提高到2500kW左右,飞行高度达15000m,飞行速度从16km/h提高到近800km/h,接近了螺旋桨飞机的速度极限。

20世纪30~40年代是活塞式发动机的全盛时期。活塞式发动机加上螺旋桨,构成了所有战斗机、轰炸机、运输机和侦察机的动力装置;活塞式发动机加上旋翼,构成所有直升机的动力装置。著名的活塞式发动机有:英国的梅林V型12缸液冷式发动机,功率1120kW,用于“飓风”、“喷火”和“野马”战斗机;美国普拉特·惠特尼公司(简称普·惠公司)的“黄蜂”系列星形气冷发动机,气缸7~28个,功率970~2500kW,广泛用于各种战斗机、轰炸机和运输机。

飞机发动机发展历程

飞机发动机发展历程

飞机发动机发展历程

飞机发动机发展历程始于20世纪初,随着科技的进步和需求

的增长,飞机发动机在性能、工艺和材料方面都得到了重大的突破和改进。本文将从早期的蒸汽动力到现代的高效涡轮发动机,总结出飞机发动机发展的主要里程碑。

第一阶段:蒸汽动力(19世纪末至20世纪初)

早期的飞机发动机基本上使用蒸汽动力,其中最有代表性的是美国著名飞行家莱特兄弟使用的内燃机飞行器发动机。蒸汽动力的不足之处在于重量和功率比不高,对机身结构和空气动力学效能的要求高。

第二阶段:活塞引擎(20世纪20年代至50年代)

活塞引擎是飞机发动机的重要里程碑,它将航空发动机技术推向了新的高度。早期的活塞引擎包括液冷和空冷两种,液冷活塞发动机由于复杂性和重量问题逐渐被空冷活塞发动机取代。活塞引擎的飞机在二战期间发挥了重要作用,同时也在民航领域广泛使用。

第三阶段:涡轮风扇引擎(20世纪50年代至70年代)

涡轮风扇引擎的出现标志着飞机发动机进入一个新的发展阶段。涡轮风扇引擎利用燃气涡轮原理,通过高速旋转的涡轮推动空气进入压缩机,并产生推力。这种引擎具有较高的推力和燃油经济性,并且噪音低,成为民航飞机的主流发动机。

第四阶段:高涵道比涡轮风扇引擎(20世纪70年代至今)

高涵道比涡轮风扇引擎以其更高的效率和更低的燃油消耗率,

成为现代航空发动机的代表。它在设计上增加了风扇的直径,使得发动机能够更有效地推动空气。高涵道比涡轮风扇引擎具有更好的经济性和环保性能,广泛应用于大型客机和远程飞行。

第五阶段:新一代发动机技术(21世纪至今)

随着航空业的快速发展和对更高性能的需求,新一代发动机技术已经出现。其中最值得注意的是超高涵道比涡扇引擎和无人机用发动机。超高涵道比涡扇引擎进一步提高了效率和推力,并减少了噪音和排放。无人机发动机的需求方面则更注重轻量化和高效能。

航空发动机的发展历史

航空发动机的发展历史

1959年定型的英国康维

世界上第一台涡扇发动机 涵道比有0.3和0.6,推力为5730daN 耗油率比同时期的涡喷发动机低10%~20% 用于VC-10、DC-8和波音707客机

涡扇发动机两个发展方向

低涵道比的军用加力发动机 高涵道比的民用发动机
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目前,推重比10涡扇发动机投入服役



美国F-22/F119、西欧EFA2000/EJ200 和法国的“阵风”/M88 F-22/F119具有第四代战斗机代表性特征-超声速巡航、短距起落、超机动性和隐身 能力 超声速垂直起飞短距着陆的JSF动力装置 F136正在研制之中,预计将于2010~ 2012年投入服役。
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航空发动机发展历程

航空发动机发展历程

航空发动机发展历程

航空发动机是现代飞机的核心部件之一,它是发动机转化燃料能为飞机提供推力的关键装置。航空发动机的发展历程经历了数十年的科技进步和不断创新,以下就航空发动机的发展历程进行简要介绍。

20世纪初,飞机的发动机主要采用内燃机和蒸汽机。内燃机

具有较高效率和较小的体积与重量,但是其输出功率相对较低。蒸汽机虽然输出功率较大,但其复杂的结构和低效率限制了其发展。随着航空的不断发展,内燃机逐渐成为主流。

在内燃机的背景下,涡轮增压发动机的出现标志着航空发动机的重要突破。涡轮增压发动机采用了涡轮增压装置,在高空度过压缩空气,增加发动机输出的空气量和功率。这使得飞机能够在高海拔环境中维持足够的推力,并大大提高了飞机的高空性能。

在二战期间,航空发动机得到了迅速的发展和应用。德国的喷气式发动机和英国的涡喷式发动机成为战争中的关键技术。喷气式发动机利用喷射燃烧产生的高速气流推动飞机,极大地提高了飞机的速度和推力,成为航空发动机的重要里程碑。

20世纪50年代,涡扇发动机的出现进一步推动了航空发动机

的发展。涡扇发动机具有高效率、低噪音和低排放的特点,成为现代客机和军用飞机的首选发动机。涡扇发动机的推进效率大大提高,使飞机能够飞得更高更远,同时也大大减少了对环境的污染。

到了20世纪80年代,航空发动机进入了数字化和智能化时代。电子控制系统的应用使得发动机的控制更加精确和可靠。同时,材料科学的进步也为发动机部件的设计和制造带来了新的突破。耐高温合金、复合材料和先进的涂层技术使发动机在高温高压的工作环境下具备了更长的使用寿命和更高的可靠性。

航空发动机的发展历史与发展趋势

航空发动机的发展历史与发展趋势

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航空发动机发展史

摘要:航空发动机的历史大致可分为两个时期。第一个时期从首次动力开始到第二次世界大战结束。在这个时期,活塞式发动机统治了40年左右。第二个时期从第二次世界大战至今。60多年来,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。

关键词:活塞式喷气式

航空发动机诞生一百多年来,主要经过了两个阶段。

前40年(1903~1945),为活塞式发动机的统治时期。

后60年(1939~至今),为喷气式发动机时代。在此期间,航空上广泛应用的是燃气涡轮发动机,先后发展了直接产生推力的涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机。亦派生发展了输出轴功率的涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机。

一、活塞式发动机统治时期

很早以前,我们的祖先就幻想像鸟一样在天空中自由飞翔,也曾作过各种尝试,但是多半因为动力源问题未获得解决而归于失败。最初曾有人把专门设计的蒸汽机装到飞机上去试,但因为发动机太重,都没有成功。到19世纪末,在内燃机开始用于汽车的同时,人们即联想到把内燃机用到飞机上去作为飞机飞行的动力源,并着手这方面的试验。

1903年,莱特兄弟把一台4缸、水平直列式水冷发动机改装之后,成功地用到他们的"飞行者一号"飞机上进行飞行试验。这台发动机只发出8.95 kW的功率,重量却有81 kg,功重比为0.11kW/daN。发动机通过两根自行车上那样的链条,带动两个直径为2.6m的木制螺旋桨。首次飞行的留空时间只有12s,飞行距离为36.6m。但它是人类历史上第一次有动力、载人、持续、稳定、可操作的重于空气飞行器的成功飞行。

在两次世界大战的推动下,活塞式发动机不断改进完善,得到迅速发展,第二次世界大战结束前后达到其技术的顶峰。发动机功率从近10kW提高到2500kW 左右,功率重量比(发动机功率与发动机质量的重力之比,简称功重比,计量单位是kW/daN)从0.11kW/daN提高到1.5kW/daN,飞行高度达15000m,飞行速度从16km/h提高到近800km/h,接近了螺旋桨飞机的速度极限。

20世纪30~40年代是活塞式发动机的全盛时期。活塞式发动机加上螺旋桨,

构成了所有战斗机、轰炸机、运输机和侦察机的动力装置;活塞式发动机加上旋翼,构成所有直升机的动力装置。著名的活塞式发动机有:英国的梅林V型12缸液冷式发动机,功率1120kW,用于“飓风”、“喷火”和“野马”战斗机;美国普拉特·惠特尼公司(简称普·惠公司)的“黄蜂”系列星形气冷发动机,气缸7~28个,功率970~2500kW,广泛用于各种战斗机、轰炸机和运输机。

带螺旋桨的活塞式发动机的最大缺点是飞行速度受到限制(800km/h以下)。一方面,因为发动机需要功率与飞行速度的三次方成正比,随着速度的提高,所需发动机功率急剧增大,而通过增加汽缸数目来增大功率所带来的重量负荷飞机不能承受;另一方面,随着飞行速度的提高,螺旋桨的效率急剧下降并有机毁人亡的危险。因此,为了实现高速飞行,必须寻求新的动力装置,这就是喷气式发动机。第二次世界大战之后,随着涡轮喷气发动机的发展,活塞式发动机逐渐退出了航空领域的霸主地位。

二、喷气推进新时代

(1)喷气发动机的诞生

喷气式发动机是一种直接反作用推进装置。低速工质(空气和燃料)经增压燃烧后以高速喷出而直接产生反作用推力。由于喷气发动机没有了限制飞行速度的螺旋桨,而且单位时间流入发动机的空气流量比活塞式发动机大得多,从而能产生很大的推力,使飞机的飞行速度得到极大的提高。

与喷气发动机原理有关的研究已有久远的历史,中国古代的火箭和走马灯就是喷气推进和涡轮机原理的体现。

1913年,法国工程师雷恩·罗兰获得第一个喷气发动机专利,它属于无压气机式空气喷气发动机,与后来的冲压发动机基本相同。冲压发动机结构简单、推力大,特别适合高速飞行。无压气机式喷气发动机还有脉冲式发动机和火箭发动机。脉冲式发动机是冲压喷气发动机的一种特殊形式,没有得到广泛应用。有压气机式空气喷气发动机是由英国人弗莱克·惠特尔和德国人汉斯·冯·奥海因在同一时期分别发明的。压气机有离心式、轴流式、组合式等多种,由后面的燃气涡轮带动,所以这类发动机又称为涡轮喷气发动机。

空军少校惠特尔1930年申请了专利,1937年4月研制出世界上第一台离心式涡轮喷气发动机,试验中的推力达到的推力为200daN。1941年5月,推力为

650daN的改进型惠特尔发动机装在格罗斯特公司的E28/29飞机上进行了成功的首飞。

奥海因在1938年10月试验了采用轴流—离心组合式压气机的HeS3涡轮喷气发动机,实测推力400daN,推力重力比1.12。1939年8月27日,装在德国亨克尔公司的He—178飞机上成功首飞。这是世界上第一架试飞成功的涡轮喷气发动机。

(2)涡轮喷气发动机的发展

早期的涡轮喷气发动机和飞机尚处于试验阶段,在第二次世界大战中并没有发挥多大的作用,到战后特别是20世纪50年代才获得迅速的发展。战后第一批装备部队使用的喷气式战斗机是1944年美国制造的F—80和1946年苏联制造的米格—9,飞机为平直梯形机翼,发动机推力800~900daN,飞行速度900km/h 左右。飞机速度达到声速以后,为了突破“声障”,在涡喷发动机上加装了加力燃烧室,它可以在短时间内加幅度提高推力。以后,战斗机继续向高空高速发展。1958年美国推出F—104战斗机,最大飞行马赫数2.2,使用升限17.68km。动力为J79单转子加力式涡轮喷气发动机,最大推力7020daN,推重比4.63。涡轮喷气发动机在军用战斗机上广泛应用的同时,也被其他机种所选用。首先是轰炸机,随后是运输机、旅客机和侦察机。

如果把20世纪40~50年代研制的单轴涡轮喷气发动机算为第一代,那么50~60年代研制的加力式涡轮喷气发动机为第二代,其循环和性能参数水平为:涡轮前燃气温度950~1100℃,推重比4.5~5.5,不加力耗油率0.9~1.0kg/(daN·h),加力耗油率2.0 kg/(daN·h)左右。

(3)涡轮风扇发动机的发展

涡喷发动机有一个致命的缺点,就是耗油率太高,涡扇发动机既能克服这个缺点又保有它原有的优点。涡扇发动机与涡喷发动机的区别在于低压压气机变成叶片的风扇,风扇出口气流分成两股通过内外两个环形涵道流过发动机。内涵与前述涡轮喷气发动机的情况相同,外涵空气经过涵道直接排出,或在低压涡轮后与主流混合后经喷管排出,或加力补燃后排出。在核心相同的条件下,由于涡轮风扇发动机总空气流量大,排气速度低,所以与涡轮喷气发动机相比,推力大,推进效率高,耗油率低。涡轮风扇发动机实质上仍属于直接反作用式涡轮喷气发

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