01-1航空发动机原理绪论1.0

时间12秒，高36m
喷气式燃气涡轮发动机成功发明和使用 —人类得以实现超声速飞行
高超声速
超声速
பைடு நூலகம்
亚声速
航空发动机类型发展及演变
自上世纪40年代问世以来，航空燃气 涡轮发动机发展及演变的类型包括
涡轮喷气发动机 复燃加力涡喷发动机 涡轮螺桨发动机 涡轮轴发动机 涡轮风扇发动机 桨扇发动机 新概念发动机（自适应变循环发动机，中冷回热 齿轮传动涡扇发动机，涡轮冲压组合发动机，强 预冷多重耦合循环发动机）
推重比能力
总增压比 涡轮前温度(K)
涵道比 装备飞机
10
~30
lO
25~32
9~10
24.5
9~10
25
1800~2000K
变循环 F22 YF23 O.5 “阵风” O.4 EFA
涡轮前温度随年代变化及对推重比的影响
未来军机技术发展趋势
超机动性 隐身性 不加力超声速巡航能力 短距离起飞着陆能力 空天一体化
22~23 1665 8.17
Su-27 1.1
典型第四代先进发动机参数
参 数 F119 155.7 F120 M88—1 84.8 1.840 111.19 54.40 0.81 60.0 EJ200 90.0
加力推力(kN) 加力耗油率(kg／(daN· h)) 不加力推力(kN) 不加力耗油率(kg／(daN· h))
~ 1.0 5. 8.4 11
2133KW 4404 13360 34250 14070
0.349* 0.815 0.67 0.55
* 起飞耗油率（单位 kg/KW.h）
大涵道比涡扇发动机技术发展节省燃料
典型第三代先进发动机参数
发动机型号 加力推力daN 加力耗油率kg/daN· h F404 7134 1.89 F100 12478 2.03 AЛ -31Ф 12260 1.96
航空发动机原理
能源与动力工程学院 航空推进系
课程特点及要求
本课程是航空动力人才培养不可缺少的必修课程，是培 养学生具备解决重大复杂系统关键技术和科学问题素质 的主干课程 本课程是我校历史上最经典的、最具深厚历史积淀的传 统课程 本课程以航空发动机为对象，运用先修课知识（工程热 力学、流体力学、叶片机原理、燃烧与燃烧室）学习和 研究发动机的工作原理和性能 采用研究型教学，总成绩比例：平时/期末考试＝6/4 平时成绩包括：课程环节的主动探究（ 50%）、大作业 及展示（50%） 教材及参考书
A380－空中巨无霸
Rolls-Royce遄达900发动机
基本型的推力为311千牛，四台发动机以符合空客A380-800起飞 重量560吨的要求 发展型356千牛推力将用于A380最大起飞重量为615吨的型号
B787－空中梦幻飞机
GEnx发动机
单台推力 250-330kN
高效快捷、低污染、高舒适性
流体力学、固体力学、热力 学、传热学、燃烧学、转子 动力学、控制理论、气动声 学、材料学、加工工艺学等
燃气涡轮发动机的发展史
燃气涡轮发动机的发明 最早可追溯到我国古代 发 明 （ 1131-1161 年 ） “走马灯”，靠蜡烛火 焰产生的热气吹动顶部 的叶轮来带动剪纸人马 旋转 西方则把其发展归结于 一种早期的烤鸡装置 航空发动机技术在燃气 轮机领域中一直处于领 先发展地位
廉筱纯，吴虎，《航空发动机原理》，西 工大出版社，2006年版 朱之丽，陈敏，唐海龙，张津，陈大光，航空燃气涡轮发动机工作原理 及性能，上海交通大学出版社，2014年版

燃气涡轮发动机
燃气涡轮发动机是一种以空 气为介质，将热能转换为机 械能的动力装置 广泛应用于：航空、航海、 能源、交通等领域 航空燃气涡轮发动机是高技 术密集型产品，所涉及学科
航空发动机类型发展及演变
涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机：
低速飞行时具有优越的经济性 适用范围：Ma < 0.6 装备于：支线客机、运输机、直升飞机
航空发动机类型发展及演变
军用超音速战斗机涡扇发动机
特点：小涵道比设计、混排、带复燃 加力 优点：加力比大，亚声巡航经济性好 适用：超音速飞机
典型民用发动机参数
型号
WJ5 MK555 -15P CFM56 -3B GE90 Leapx
年代
C
Tt4 （K）
B
起飞 F 巡航 SFC （daN） （kg/daN.h）
1950s 1960s 1980s 1990s 2010s
7.2 15.4 23.9 39.3 40
1088 ~ 1539 1703 ~
不加力推力daN
不加力耗油率kg/daN· h
4840
~0.8
7475
0.703
7720
0.765
涵道比
风扇级数 高压压气机级数
0.34
3 7
0.81
3 9
0.65
4 9
总增压比 涡轮前温度K 推重比
装备的飞机 飞机推重比
25 1589 7.58
F-18 ~0.95
32 1728 7.32
F16（F15） 1.07
航空发动机类型发展及演变
开放转子发动机(Open rotor)
介乎于涡扇发动机和涡桨发动机 8~10片后掠叶片组成的桨扇由涡 轮驱动 具有叶型薄、最大厚度位置后移 等特点，克服一般螺旋桨在飞行 马赫数达到 0.65 后效率就急剧下 降的缺点 其经济性优势更适用于巡航马赫 数为0.7~0.8的运输机
“两机”重大专项
“十三五”期间，全面启动实施航空发动机和燃气轮 机重大专项。 航空发动机专项方面，将重点聚焦涡扇、涡喷发动 机领域，同时兼顾有一定市场需求的涡轴、涡桨和 活塞发动机领域，主要研发大涵道比大型涡扇发动 机、中小型涡扇/涡喷发动机、中大功率涡轴发动机 等重点产品。 燃气轮机专项的主要目标为，2020年实现F级 300MW燃机自主研制，2030年实现H级400MW燃 机自主研制。
航空燃气涡轮发动机的发展史
航空发动机是飞机的一个重要组成部分
被比喻为是飞机的“”
英文“ENGINE ”(中译为引擎) 为克服飞行阻力提供推动力 飞机在发动机推力作用下达到一定速度 机翼才能产生足够 的升力
人类实现飞行
人类在航空领域中所取得的每一次革命性进展 无不与航空动力技术的突破相关 可靠的内燃机出 现 — 1903年莱 特兄弟飞上蓝天
问题？？？
各种类型发动机是如何工作的？ 推力是如何产生的？如何提高发动机推力和工作效率？ 为什么不同类型发动机具有不同适用范围？ 为什么加力可以大幅度增加推力？ 为什么军用和民用涡扇发动机设计参数（如涵道比） 有如此不同的设计和发展趋势？ 如何设计发动机可获得更优越的性能？ 在哪些条件下涡扇发动机性能为什么优于涡喷发动机？
航空发动机类型发展及演变
涡轮喷气发动机：
使人类实现超音速飞行 适用范围：超音速飞行的飞机 优点：高速下性能优越 缺点：低速下经济性差
航空发动机类型发展及演变
复燃加力涡喷发动机：
加力使推力增加50％－70％ 扩大飞行包线 适用范围：超音速飞行的飞机 缺点：加力使经济性更差 WP13
航空发动机设计参数变化
无论类型如何演变，燃气涡轮发动机均包 含的主要部件有：
压气机（含风扇） 燃烧室 涡轮
这些部件的设计参数的发展反映航空发动 机的设计技术水平和发展趋势
航空发动机设计参数变化
主要设计参数包括：
压气机增压比：8 38～70 涡轮前温度： 1200 1850～2100K 加力温度： 涵道比： 1800 2150K 区别于不同用途 风扇增压比： 区别于不同用途
课程章节内容
第一章、航空燃气涡轮发动机的基本工作原理
（对应教材的第1、4章）
第二章、航空燃气涡轮发动机设计点热力计算
（对应教材的第5章）
第三章、发动机部件的共同工作和控制规律
（对应教材的第6章）
第四章、航空燃气涡轮发动机特性
（对应教材的第7、8章）
……？
课程基本要求
1. 牢固掌握航空发动机的热能、机械能和推进 功率间相互转换的规律，了解提高发动机热 效率和推进效率的主要途径，掌握各种类型 航空发动机推力计算公式 2. 掌握各类型航空发动机的热力计算方法及其 循环参数对性能参数的影响 3. 掌握航空发动机各部件间共同工作关系和控 制规律 4. 学习各种类型航空发动机的稳态特性和典型 过渡态性能，并能运用各部件间共同工作关 系和控制规律分析发动机特性变化的原因
J-10
航空发动机类型发展及演变
民用大型运输机 涡扇发动机
特点： 大涵道比设计 大多采用分开排气 优点： 起飞推力大 巡航经济性好 适用： 干线客机 大型运输机
大型宽体客机
超大推力级发动机研制成功 — 双发宽体客机允许不着陆跨洋飞行
B777－300起飞总重351吨
A380－空中巨无霸
起飞总重560吨 机身长度72.9米 翼展宽度79.4米 整体高度24.2米 目前世界上唯一的全机舱 双层客舱、四通道的客机 航程约1.5万公里 最高时速可达1078.2公里 最大载客量为555人