发动机原理第一章1讲.ppt
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发动机原理课件完整版：第一章1节
第一章
航空燃气涡轮发动机 工作原理
ppt课件
1
第一章 航空燃气涡轮发动机工作原理
• 第一节 涡轮喷气发动机热力循环 • 第二节 推力公式 • 第三节 性能指标和基本要求 • 第四节 能量转换与效率 • 第五节 发展方向
2020/11/18
ppt课件
2
第一章 航空燃气涡轮发动机工作原理
• 第一节 涡轮喷气发动机热力循环 • 第二节 推力公式 • 第三节 性能指标和基本要求 • 第四节 能量转换与效率 • 第五节 发展方向
T0
p
* 2
(
T
* 2
) 1
P
* 2
p0
T0
P0
T
* 2
T0
=
－1
th
1
1
－1
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ppt课件
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三、理想循环-热效率
th 1
1
－1
• 理想循环热效率只与循环增压比有关，且 与循环增压比成正比。
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ppt课件
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三、理想循环-循环功
W q1th cp (T3* T2*)th
2020/11/18
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3
第一节 涡轮喷气发动机热力循环
• 一、组成
– 五大主要部件： 进气道、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管
2020/11/18
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第一节 涡轮喷气发动机热力循环
• 一、组成
– 附件系统 燃油系统、起动系统、滑油系统
2020/11/18
ppt课件
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二、工作过程
• 工作过程示意 • 进气道：输送工质（空气） • 压气机：压缩空气，提高压力 • 燃烧室：加热气体，提高总温
航空燃气涡轮发动机 工作原理
ppt课件
1
第一章 航空燃气涡轮发动机工作原理
• 第一节 涡轮喷气发动机热力循环 • 第二节 推力公式 • 第三节 性能指标和基本要求 • 第四节 能量转换与效率 • 第五节 发展方向
2020/11/18
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第一章 航空燃气涡轮发动机工作原理
• 第一节 涡轮喷气发动机热力循环 • 第二节 推力公式 • 第三节 性能指标和基本要求 • 第四节 能量转换与效率 • 第五节 发展方向
T0
p
* 2
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T
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) 1
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三、理想循环-热效率
th 1
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• 理想循环热效率只与循环增压比有关，且 与循环增压比成正比。
2020/11/18
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三、理想循环-循环功
W q1th cp (T3* T2*)th
2020/11/18
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3
第一节 涡轮喷气发动机热力循环
• 一、组成
– 五大主要部件： 进气道、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管
2020/11/18
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第一节 涡轮喷气发动机热力循环
• 一、组成
– 附件系统 燃油系统、起动系统、滑油系统
2020/11/18
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5
二、工作过程
• 工作过程示意 • 进气道：输送工质（空气） • 压气机：压缩空气，提高压力 • 燃烧室：加热气体，提高总温
清华大学发动机原理课件第1章性能指标与影响因素
汽车发动机原理
Automotive Engine Fundamentals
帅石金
清华大学 汽车工程系
Email: sjshuai@ Phone: 010-62772515-13
点燃式和压燃式内燃机 工作过程、燃烧理论、性能分析及参数调控
发动机分类
Department of Automotive Engineering
Crankshaft of a 2-stroke marine diesel engine Sulzer RTA 84
Department of Automotive Engineering
Tsinghua University
Sulzer Super Longstroke - longitudinal coolant flow - turbocharged - s = 2.4 m, d = 0.84 m - V H = 1.33 m³ - P rated = 3820 kW/Cyl. - n rated = 100 rpm (rated speed)
循环功： W =
pdV
自然吸气(Natural Aspirated)发动机作功分析
进气压力pd 大气压力p0 排气压力pe 大气压力p0
Department of Automotive Engineering
Tsinghua University
与泵气有关的功：
理论泵气功
忽略流动阻力, 进、排气冲程压力 所作功之代数和。自然吸气发动 机进、排气压力相同（等于大气 压力），即理论泵气功为零
BDC(下止点) p pz
p pz
TDC(上止点)
示功图
Indicator Diagram
Automotive Engine Fundamentals
帅石金
清华大学 汽车工程系
Email: sjshuai@ Phone: 010-62772515-13
点燃式和压燃式内燃机 工作过程、燃烧理论、性能分析及参数调控
发动机分类
Department of Automotive Engineering
Crankshaft of a 2-stroke marine diesel engine Sulzer RTA 84
Department of Automotive Engineering
Tsinghua University
Sulzer Super Longstroke - longitudinal coolant flow - turbocharged - s = 2.4 m, d = 0.84 m - V H = 1.33 m³ - P rated = 3820 kW/Cyl. - n rated = 100 rpm (rated speed)
循环功： W =
pdV
自然吸气(Natural Aspirated)发动机作功分析
进气压力pd 大气压力p0 排气压力pe 大气压力p0
Department of Automotive Engineering
Tsinghua University
与泵气有关的功：
理论泵气功
忽略流动阻力, 进、排气冲程压力 所作功之代数和。自然吸气发动 机进、排气压力相同（等于大气 压力），即理论泵气功为零
BDC(下止点) p pz
p pz
TDC(上止点)
示功图
Indicator Diagram
《发动机的工作原理》PPT课件
0
七、按ห้องสมุดไป่ตู้活塞的工作方式分类
按活塞工作方式的不同，发动机可分为往复活塞式与转子 活塞式。
八、按照供油方式分类
汽油发动机按供油方式不同，还可分为化油器式与电喷式。
第一章 总论
本章主要介绍的内容有：
● 发动机的分类 ● 发动机专业术语 ● 发动机的编号 ● 发动机的组成 ● 发动机的工作原理
第一节 发动机的分类
本节主要介绍的内容有：
● 按使用燃料的不同 ● 机体 ● 油底壳 ● 气缸垫
一 、按使用燃料的不同
按使用燃料的不同，汽车发动机可以分为汽油发动机、柴油发 动机、CNG发动机、LPG发动机、双燃料发动机。
二 、按照行程分类
按发动机工作行程的不同，汽车发动机又可分为四行程发动机 与二行程发动机。
三 、按照冷却方式分类
按发动机冷却方式的不同，汽车发动机还可分为水冷式发动机 和风冷式发动机。
四 、按照气缸数目分类
按发动机气缸体气缸数目的不同，发动机又可分为单缸、双缸及 多缸发动机，如图所示，分别列举了直列四缸、五缸、六缸、V形八缸 以及W型十二缸等多缸发动机。
五 、按照气缸排列方式分类
按发动机气缸的布置方式，汽车发动机有如图所示的五种常见 型式，分别是直列、斜置、对置、V形和W型。
六、按照进气系统是否采用增压方式分类
自然吸气（非增压）式发动机如图1-12和强制进气（增压式）发 动机如图1-13。汽油机常采用自然吸气式；柴油机为了提高功率有采 用增压式的。
发动机原理课件完整版：第一章2、3、4、5节
• X f — 摩擦阻力 • 因与飞行方向相反，故均为负。
2020年4月14日
6
二、推力公式推导
• Fin
01
qm gV 9qm aV 0p0A 0 pdAF inp9A 9
0
• 动量定理：
控制体进、出口气流动量变化＝全部轴向力的合力
• 控制体包括：短舱包含的气流和进气道前 方一段扩张管流。
2020年4月14日
7
二、推力公式推导
• Feff
F eff F inF out
01
9
qm gV 9qm aV 0p0A 0pdAp9A 9pdAXf
0
01
9
p0dA p0A9 p0A0
0
9
p0A0= p0dAp0A9 0
2020年4月14日
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二、推力公式推导
• Feff
F eff F inF out
01
9
qm gV 9qm aV 0p0A 0pdAp9A 9pdAXf
0
01
qmgV9qmaV0(p9p0)A9 推力
01
9
(pp0)dA (pp0)dAXf 阻力
0
01
附加阻力 压差阻力 摩擦阻力
2020年4月14日
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二、推力公式推导
• 推力 • 附加阻力 • 压差阻力 • 摩擦阻力
F q m g V 9 q m a V 0 (p 9 p 0 )A 9
2020年4月14日
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一、性能指标
• 示例： • 进行发动机地面台架试车，其中发动机进
口流量100kg/s，进口速度120m/s，排气速 度800m/s，尾喷管完全膨胀，则发动机产 生的推力是多少？ • A 68000N • B 80000N
发动机原理完整版第一章23、45节PPT课件
例如:
GE90(BY777) F=392000N, qma=1420kg/s
D=3.524m
wp-11(无人机) F=8500N, qma=13kg/s
2020/11/20
D=0.3m
21
一、性能指标
2、单位推力 单位：N ·s/kg
Fs F qma
每秒钟流过发动机的每公斤空气产生的推力. 忽略进出口流量变化，完全膨胀：Fs V9 V0 又进行地面台架试验： Fs V9
提供推动力的作用：
(1) 克服飞行阻力 (2) 飞机达到一定速度机翼产生升力 (3) 矢量推力俯仰（偏航）力矩 推力分布
2020/11/20
3
二、推力公式推导
• 取发动机单独安装于短舱的安装形式
– 远前方为“0”截面 – 短舱进口为“01”截面 – 尾喷管出口为 “9”截面
2020/11/20
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二、推力公式推导
• 气流流经发动机内、外所产生的反作用力：
Fout：气流作用于短舱外表面的轴向合力 Fin： 发动机内各部件所受气流反作用力的轴向合力
F F F ef f 2020/11/20
in
ou5t
二、推力公式推导
• Fout
9
F pdA X
out
f
01
• dA — 短舱外表面微元面积在垂直于轴向
方向上的投影；
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一、性能指标
• 示例： • 进行发动机地面台架试车，其中发动机进
口流量100kg/s，进口速度120m/s，排气速 度800m/s，尾喷管完全膨胀，则发动机产 生的推力是多少？ • A 68000N • B 80000N
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汽车发动机的作用和工作原理ppt课件
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车用内燃机 车用内燃机 车用内燃机
§2.4 发动机的分类
水冷发动机
风冷发动机 四冲程发动机 二冲程发动机 汽油发动机
柴油发动机
化油器式发动机 直接喷射式发动机发动机
车用内燃机
单缸发动机 多缸发动机
车用内燃机
单列式发动机
双列式发动机
30
§2.5 发动机的总体构造
两大机构
曲柄连杆机构 配气机构
供给系 点火系 五大系统 冷却系 润滑系 起动系
上止点 下止点 活塞行程(S) 曲柄半径(R) 气缸工作容积(V h ) 发动机工作容积(VL) 燃烧室容积(Vc ) 气缸总容积(Va ) 压缩比
曲轴回转中心
曲柄
3
三、四冲程发动机的简单工作原理
四冲程发动机：曲轴旋转二周， 活塞往复4个行程完成一个工作
循环，称为4冲程发动机。
53
第2章 传动系概述
2.2 汽车驱动形式与传动系统布置 2.2.2 传动系统的布置形式
5．四轮驱动(4WD) 4WD的优点是：四个车轮均有动力，地面附着率最大，
通过性和动力性好。
54
第4章 手动变速器
4.1 概述 4.1.1 变速器的功用
1．实现变速变矩。变速器通过改变传动比，扩大驱动轮转 矩和转速的变化范围，以适应经常变化的行驶条件，同 时使发动机在有利的工况下工作；
16
17
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19
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二、四冲程柴油机的工作原理
温度800~1000K
温度300~370K 压力800~900
kPa
温度800~1000K 压力3~5 MPa
压力105~400 kPa
终了：温度 800~1000K压力
汽车发动机原理及构造PPT课件
排气行 程
800~1000
105~125 kPa
思考
四冲程汽油机 和柴油机的工 作循环有什么 相同之处呢？
共同点
1. 每个工作循环曲轴转两周，每一行 程曲轴转半周。
2. 只有作功行程产生动力。
思考
2能2够00按~2时80在0火(瞬花时塞最电高极) 间产生电火花的全部设备称为点火系，点火系通常由蓄电池、发电机、分电器、点火线圈和火花塞等组成。
配还气会机 引构起大发多动采机用过顶热置，气功门率式下配降气，机燃构油，消一耗般量由增气加门等组一、系气列门不传良动后组果和。气门驱动组组成。 （38）活压塞缩行比程—S——气—缸上总、容下积止与点燃之烧间室的容距积离之称比为称活为塞压行缩程比（。S=2R）。
同呢？ 3功0用0~是50向0作kP相a对(作运功动终的了零) 件表面输送定量的清洁润滑油，以实现液体摩擦，减小摩擦阻力，减轻机件的磨损。
第一节 概述
（3）活塞行程S——上、下止点之间的距 离称为活塞行程 （S=2R）。
第一节 概述
（4）曲柄半径R——曲轴旋转中心到曲柄 销中心之间的距离称为曲柄半径。通常活 塞行程为曲柄半径的两倍，即s=2R 。
第一节 概述
（5）气缸工作容积Vh——活塞从一个止点 运动到另一个止点所扫过的容积，称为气 缸工作容积。一般用Vh 表示。单位是L
排气行程 900~1200
105~125 kPa
柴油机工作时各行程状态参数
状态 行程
温度(K)
压力
进气行 程
320~350
800~900 kPa
压缩行 程
800~1000
3~5MPa
作功行 程
2200~2800(瞬时最高)
3~5MPa (瞬时最高)
相关主题
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飞机
温度 K
（N）
WJ5 50’s 7.2 1088 ~ 2133KW
Y7
JT3D 70’s 16 1500 1.0 94308
B707
CFM56 80’s 24.3 1588 6.1 -3 B737
89172
GE90 90’s 39.3 1703 8.4 382500
B777
起飞 SFC 0.349 0.51 0.35 0.278
80000磅级推力发动机研制成功 — 双发宽体客机 允许不着陆跨洋飞行
推力 >40000 kg 2021年3月5日
B777
军用涡轮风扇发动机
• 特点
–小涵道比、混合排气、带加力
• 优点
–加力比大，亚声巡航经济性好
• 适用
–超音速飞机
2021年3月5日
军用小涵道比涡扇发动机
高推重比矢量喷管发动机研制成功 （F119）—
2021年3月5日
• 航空发动机是飞机的“”
• ENGINE (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
度时，机翼才能产生足够的升力。
2021年3月5日
人类实现飞行
可靠的内燃机出现 — 1903年莱特兄弟飞上蓝天
2021年3月5日
1903年
喷气发动机成功的使用 — 飞行速度超过声速
• 假设： (1)工质为空气 ； (2)忽略流动损失； (3)气流在尾喷管达到完全膨胀。
2021年3月5日
发动机特征截面
2021年3月5日
活塞式
2021年3月5日
喷气式
• 飞机的动力装置 燃气涡轮发动机。 • 以空气为介质的，将热能转换为机械能
的一种动力装置。 • 它于1939年首次在德国He178飞机上使
用。
• 广泛应用于：航空、航天、航海、能源、 交通等领域。
• 涉及学科：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、气动声学等。
2021年3月5日
类型发展及演变
• 由5个主要部件和动力涡轮组成 • 装备于：直升飞机
2021年3月5日
民用涡轮风扇发动机
2021年3月5日
民用涡轮风扇发动机
• 特点
– 大涵道比、分开排气方式
• 优点
– 起飞推力大，巡航经济性好。
• 适用
– 干线、支线客机和运输机
2021年3月5日
航空燃气涡轮发动机
F-22 首飞
2021年3月5日
1997.9.7
发动机设计参数变化
• 设计参数包括：
压气机增压比：8 38～40
涡轮前温度： 1200 1850～2000
加力温度： 1800 2150
风扇增压比： 区别于军用或民用
涵道比：
区别于军用或民用
2021年3月5日
典型亚音飞机发动机
型号 年代、 增压比 涡轮前 涵道比 起飞 F
发动机原理
2021年3月5日
讲课教师:唐海龙
讲义:朱之丽
课程特点及教学要求
• 教学目的和要求
– 熟练掌握各种航空发动机的工作原理，性能指标和适 用范围；
– 掌握发动机特性及其应用条件； – 了解发动机性能变化原因特点。 • 课程特点
– 内容多 – 工程性强 – 先、后修关系密切
• 教材
– 航空燃气涡轮发动机（尚义主编） – 第二、三、四、六、八（部分）
牛顿定律原理：
流经发动机的气流受到力的作用产生加速度， 气流必定产生一个大小相等、方向相反的反 作用力作用于发动机 。
反作用力推力
三、理想循环
• 布莱顿（Braton）循环，1872年提出。
发动机工作时，不断从外界吸入空气，经过一系列 热力过程，最后高速喷出，排出气体在外界逐步散 失能量最终达到与外界大气平衡，构成一个不断循 环的过程。
2021年3月5日
复燃加力涡喷发动机
• 由5个主要部件和加力燃烧室组成 • 适用范围：超音速飞行的飞机
• 复燃加力使推力增加50％－70％
• 扩大飞行包线、提高机动性能； • 缺点：加力使发动机经济性更差。
2021年3月5日
类型发展及演变
• 由5个主要部件和螺旋桨组成 • 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、短途运输机。
• 附件系统(燃油、润滑、启动、空气、电气等)
2021年3月5日
•工作过程
进气道将工质引入 压气机增压 燃烧室 喷油燃烧加热 涡轮膨胀作功带动压气机 尾喷管膨胀加速 以高速排气到体外
进气道
压气机
燃烧室
涡轮 排气喷管
2021年3月5日
沿发动机流程参数变化
2021年3月5日
二、产生推力的基本原理
第一章. 燃气涡轮发动机的工作原理 第二章. 燃气涡轮发动机部件 第三章. 涡轮喷气发动机 第四章. 涡轮风扇发动机 第五章. 其它类型发动机
2021年3月5日
第一章 燃气涡轮发动机工作原理
第一节 涡轮喷气发动机热力循环
一、组成 • 五大部件组成：
进气道、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管
2021年3月5日
2021年3月5日
高机动性战斗机即将装备部队
民用扇
超音运输机
实现环球更快捷飞行 低涵道比涡扇发动机
变循环发动机
2021年3月5日
第四代战斗机的特点
• 高敏捷性 • 隐身性 • 短距起飞着陆 (STOL) 能力 • 不加力超声速巡航能力
2021年3月5日
2021年3月5日
典型军用发动机
型号 年代
WP7-乙 六十
J79-GE-17 六十
F404-GE- 八十 400 AL-31 八十
EJ200
九十
YF120
九十
K* 8.85 13.4 25
23.8 26 25~28
T3* 1288 1260 1589
1665 1803 ~2000
BPR ~ ~
0.34
2021年3月5日
在航空上的应用类型
• 涡轮喷气发动机 • 涡轮螺桨发动机 • 涡轮轴发动机 • 涡轮风扇发动机
2021年3月5日
类型发展及演变
• 由5个主要部件组成。 • 相比活塞式发动机，推力大、效率高、迎风面小。 • 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
0.6 0.4 ~0.2
推重比 5.5 4.63 7.24
8.17 10 ~10
2021年3月5日
问题
• 发动机是如何产生推力的? • 各部件是如何工作的?对产生推力起什么
作用? • 为什么不同类型发动机具有不同的适用
范围？
• 发动机性能随飞行条件等发生怎样的变 化？
• ……？
2021年3月5日
本课程主要学习内容: