航空动力装置的基础知识
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必须具备热源和冷源，工质必须向冷源排热，因而只能将部分热 能转变成机械能，这是热机热效率不高的根本原因之一。
第一章 航空动力装置的基础知识
机械能可以自发地转变为热能，而热能则不会自发地转变 成机械能，应该有条件地转变成机械能。
热力学第二定律作为自然界的一条客观规律，人类必须遵 守，不能违背。历史上曾有人企图创造一种发动机，利用大气 所含热能来源源不断地做功。这种只从一个热源（大气）吸收 热能来做功的发动机（称第二类永动机）是违反热力学第二定 律的（没有冷源），转变机械能的热量与废气带走的热量是不 可能实现的。
度
第一章 航空动力装置的基础知识
第一章 航空动力装置的基础知识
气温：描述气体的冷热程度，是分子热运动平均移动功 能的度量。当向气体加热时，气体分子热运动加剧，分子 平均移动动能增加，反映出来就是温度上升。
温度的分度方法叫温标。常用温标有：摄氏温度（℃）， 华氏温度（℉），热力学温度（K）。
T=t+273℃
绪
论
二、对航空发动机的要求
一般衡量发动机品质的主要指标有：
— 性能参数 — 可靠性 — 维修性 — 总寿命
绪
论
1、性能参数
推重比：发动机的推力与自身重量的比值
重功比：发动机的重量与发动机产生的功率的比值
燃油消耗率：发动机在单位时间产生单位推力（功率） 的燃油量。
意义：表示发动机经济性的好坏，直接影响飞机的有 效载重，航程和续航时间
第一章 航空动力装置的基础知识
第一章 航空动力装置的基础知识
第一章 航空动力装置的基础知识
二、热力学第二定律 1.自发过程的不可逆性 自然界的自发过程是不可逆的，要使逆过程进行，必须外加条
件。 2.热力学第二定律（“开尔芬说法”） 要制成只从一个热源吸收热量并把它全部转换成机械功的发动
机是不可能的。 任何一种热机，要将热能转变成机械能，必须满足两个条件：
绪
论
1、性能参数
发动机的加速性： — 发动机转速上升的快慢程度 — 影响飞机的起飞越障能力和复飞性能 — 活塞发动机的加速性好于喷气发动机 发动机高空性： — 指发动机性能随飞行高度增加的下降程度 — 高空性主要限制飞机的实用升限 — 喷气发动机的高空性好于活塞发动机
绪
论
2、发动机的可靠性
指发动机在各种工作条件和外界环境下， 在规定的寿命期内完成规定性能的能力。 衡量发动机可靠性的指标 — 空中停车率 发动机在每飞行1000小时因发动机本身故障 引起的空中停车次数，单位：次/1000飞行小 时。 — 提前换发率（非计划换发率） 单位：次/1000飞行小时
第一章 航空动力装置的基础知识
5.气体的热力过程
等容过程:V不变(燃烧过程) (4-8线)
等压过程:P不变(燃烧过程) (1-5线)
等温过程:T不变(2-6线) 绝热过程:气体与外界无热
交换。(3-7线)
第一章 航空动力装置的基础知识
第一章 航空动力装置的基础知识
二、气体的基础知识
1.稳定流动与流体的连续性 稳定流动：指流体在空间各
第一章 航空动力装置的基础知识
第一章 航空动力装置的基础知识
(2)流动混合气中火焰的传播 层流混合气:火焰前锋不动，Vp=混合气流动速度
第一章 航空动力装置的基础知识
紊流混合气:增大接触面积→热传递和活性中心扩散↑→新 鲜混合气温度能迅速达到着火温度→Vp↑。紊流混合气Vp>层流 混合气Vp.
绪
论
3、发动机的维修性
指在规定条件下（包括维修等级、燃 油技术水平与资源等），在规定时间内，按 规定程序进行维修时，保持或恢复发动机性 能的能力。 提高发动机的维修性： — 可以确保飞行安全和飞行任务的完成 — 可以节省大量的人力、物力、财力
绪
论
3、发动机的维修性
衡量发动机维修性的指标： — 每飞行小时直接维修工时； — 更换发动机时间； — 外场可更换组件的更换时间
第一章 航空动力装置的基础知识
第一章 航空动力装置的基础知识
M<1，收敛形管道，截面积A↓，流速C↑，T, P↓; 扩散形管道，截面积A ↑，流速C↓ ，T, P↑;
M>1，收敛形管道，截面积A ↓，流速C↓ ，T, P↑; 扩散形管道，截面积A ↑，流速C↑ ，T, P↓;
单纯的收敛形管不可能将亚音速气流加速到超音速或单 纯的扩张形通道不通过激波将超音速气流减速到亚音速气流。 实现上述功能可以利用收敛一扩散性管道(拉瓦尔管)，喉部 为音速
第一章 航空动力装置的基础知识
物理意义：描述了气流所具有的总能量大小。绝能流动 时总温不变。
总压：气体绝能、无摩擦地阻滞到速度为零时气体的压 力。用P *表示。
不可压流的总压等于静压与动压之和。 物理意义：描述了气流所具有的总机械能大小及气体做 功的能力。绝能、无摩擦流动时总压不变。 气流M=1时的状态叫临界状态。此状态下，总压与静压 之比成为气体的临界压力比。
绪
论
4、发动机的寿命
早期： 翻修寿命和总寿命
现在： 部件（关键件）寿命、视情维护
衡量寿命的指标： —发动机工作时间（小时） —或发动机循环次数
第一章 航空动力装置的基础知识
1 航空动力装置的基础知识 2 航空活塞发动机的组成与工作 3 航空活塞发动机的性能 4 航空活塞式动力装置的工作系统
第一章 航空动力装置的基础知识
活塞式发动机+螺旋桨的组合成为飞机固定的推进模式。
发
展
史
第一台
重75kg，功率12hP 。
绪
论
绪
论
绪
论
绪
论
一、热机和航空发动机
发动机是一种将某种能量转换成机械功的动力装置。 根据能量来源不同可分为：热力发动机、水力发动 机、电力发动机、原子能发动机等。
绪
论
热机的工作由两大步骤组成：
首先必须使燃料燃烧释放出热能；再将释放出的 热能转换成机械功。 根据热机燃料燃烧方式，分为：外燃机和内燃机。
第一章 航空动力装置的基础知识
(3)油气比：混合气中燃料的质量与空气质量的比值。 油气比用C表示，即：
油气比可直接反应混合气中燃料和空气的比 例，但不能直观反应混合气贫、富油程度。
第一章 航空动力装置的基础知识
第一章 航空动力装置的基础知识
4. 混合气的放热量 单位重量的混合气的 放热量。 a<1，多余的燃料吸热， 放热量↓。 a>1，多余的空气吸热， 放热量↓。 a=0.97，放热量最大。
第一章 航空动力装置的基础知识
对气体介质，经推导：
k—气体绝热系数 T—气体绝对温度
R—气体常数
当标准大气，温度为288K时，音速为340m/s，1224km/h； 当在11000高空时，大气温度降为216.5K,音速值减少为 295m/s，1062km/h。
第一章 航空动力装置的基础知识
第一章 航空动力装置的基础知识
第一节 气体、气流的基础知识
一、气体的基础知识
1、工质 航空发动机是一种热力发动机，热机工作时，
必须以某种物质为媒介，才能将热能转换成机械 能，完成这种能量转换的媒介物叫工质。
第一章 航空动力装置的基础知识
2、理想气体 分子本身只有质量而不占体积； 分子间不存在吸引力。
3、气体的状态参数 描述气体状态的物理量：比容、压力、和温
绪
论
航空发动机分为两大类：航空活塞发动机和航空 喷气发动机。如下图活塞发动机：
绪
论
优点：低速经济性好，工作稳定性好； 缺点：重量功率比大，高空性能、速度性能差； 用途：轻型低速飞机和初教机。
绪
论
航空喷气发动机
优点：重量轻、推力大，高空性能好、速度性能好； 缺点：经济性较差。 用途：运输机、战斗机。
第一章 航空动力装置的基础知识
第一章 航空动力装置的基础知识
第一章 航空动力装置的基础知识
压力的测量 绝对压力P 表压力Pg 大气压力Po P=Pg+Po Pv=Po-P
发动机的滑油压力、燃油压力等液体压力测量都是 表压；在热力学计算中，都必须使用绝对压力。
第一章 航空动力装置的基础知识
PV图:图中任意一点都能表T气体的一个状态，曲线表 示气体状态变化过程。
第一章 航空动力装置的基础知识
第一章 航空动力装置的基础知识
(3)混合气的初温、初压 初温↑→混合气达到着火温度时间↓→燃烧后气体的温度
↑→活性中心浓度↑，扩散↑ 初温↑ →Vp↑ 初压:静止混合气，初压对Vp基本无影响。紊流混合气，初压
↑ →Vp↑。 (4)气流的紊流强度 气流紊流强度↑ →Vp↑ (5)点火能量 点火能量↑→混合气达到着火温度的时间↓ →Vp↑ 对航空
第一章 航空动力装置的基础知识
第二节 燃烧的基础知识
一、燃烧反应 1.燃烧的实质:物质产生发光、发热剧烈的化学反应。
完全燃烧:燃烧产物中无可燃物质。 2.余气系数和油气比
要使发动机中混合气中燃料完全燃烧，混合气中油和气的比 例必须适当，描述混合气中油和空气成分的参数有余气系数和油 气比。
第一章 航空动力装置的基础知识
点的流动的参数不随时间的变 化而变化的流动，也叫定常流 动。
发百度文库机稳定工作时气体的流 动接近于稳定流动。
第一章 航空动力装置的基础知识
第一章 航空动力装置的基础知识
2、音速和马赫数 音速是弱扰动波在介质中的传播速度。
音速描述了介质的压缩性：a越大，说明介质受压后， 其密度变化小，介质不易压缩；a越小，说明介质受压后， 其密度变化大，介质易压缩；
第一章 航空动力装置的基础知识
3.影响火焰传播速度的因素 (1)混合气性质：热值越大，燃料与氧化剂进行化学反应
所需的活化能越小，混合气导热性越好→混合气达到着火温 度时间越短→Vp越大。
(2)混合气的余气系数 a=0.9，Vp最大；a=1.6，贫油极限，a=0.3，富油极限。 a稍小于1，放热量最大→热传递和活性中心扩散最强→Vp 最大。 a过大或过小，放热量小，不能点燃新鲜混合气→燃烧中 断。
航空活塞动力装置
绪
论
航 空
至今
由于造价低、易于维修等优点仍用于一些初级教练机和 小型运输机上，多为气冷式小功率活塞式发动机。
活 塞
20世纪40年代
飞机性能迅猛发展，速度达到700～800km/h，高度达 到10000m以上。
式
诸多原因决定了活塞式发动机+螺旋桨的推进模式的终结。
发
动 机
20世纪30年代
第一章 航空动力装置的基础知识
二、火焰的传播 1.混合气的着火 (1)混合气的着火:混合气温度达到一定数值时，开始出现火焰而 燃烧起来的现象。 (2)着火温度:混合气着火所需的最低温度。 (3)着火方法:点燃(航空发动机)、压燃(柴油发动机) 2. 混合气中火焰的传播 (1)静止混合气中火焰的传播 火焰前锋:己燃混合气和新鲜混合气之间的一层向前推进的正在起 剧烈化学反应的发光、发热的气体薄层。是己燃区和未然区的分界 面。
发动机来说，余气系数和紊流是主要的影响因素。
第一章 航空动力装置的基础知识
第三节 奥托循环及热力学第二定律
1.奥托循环（等容加热循环） 1.奥托循环PV图: 1一2:绝热压缩 2一3:等容加热 3一4:绝热膨胀 4一1:等容放热
第一章 航空动力装置的基础知识
2.奥托循环热效率: 定义:一次循环中，1公斤工质气体对发动机所作的功与 燃料加给它热量的比值。公式：
第一章 航空动力装置的基础知识
机械能可以自发地转变为热能，而热能则不会自发地转变 成机械能，应该有条件地转变成机械能。
热力学第二定律作为自然界的一条客观规律，人类必须遵 守，不能违背。历史上曾有人企图创造一种发动机，利用大气 所含热能来源源不断地做功。这种只从一个热源（大气）吸收 热能来做功的发动机（称第二类永动机）是违反热力学第二定 律的（没有冷源），转变机械能的热量与废气带走的热量是不 可能实现的。
度
第一章 航空动力装置的基础知识
第一章 航空动力装置的基础知识
气温：描述气体的冷热程度，是分子热运动平均移动功 能的度量。当向气体加热时，气体分子热运动加剧，分子 平均移动动能增加，反映出来就是温度上升。
温度的分度方法叫温标。常用温标有：摄氏温度（℃）， 华氏温度（℉），热力学温度（K）。
T=t+273℃
绪
论
二、对航空发动机的要求
一般衡量发动机品质的主要指标有：
— 性能参数 — 可靠性 — 维修性 — 总寿命
绪
论
1、性能参数
推重比：发动机的推力与自身重量的比值
重功比：发动机的重量与发动机产生的功率的比值
燃油消耗率：发动机在单位时间产生单位推力（功率） 的燃油量。
意义：表示发动机经济性的好坏，直接影响飞机的有 效载重，航程和续航时间
第一章 航空动力装置的基础知识
第一章 航空动力装置的基础知识
第一章 航空动力装置的基础知识
二、热力学第二定律 1.自发过程的不可逆性 自然界的自发过程是不可逆的，要使逆过程进行，必须外加条
件。 2.热力学第二定律（“开尔芬说法”） 要制成只从一个热源吸收热量并把它全部转换成机械功的发动
机是不可能的。 任何一种热机，要将热能转变成机械能，必须满足两个条件：
绪
论
1、性能参数
发动机的加速性： — 发动机转速上升的快慢程度 — 影响飞机的起飞越障能力和复飞性能 — 活塞发动机的加速性好于喷气发动机 发动机高空性： — 指发动机性能随飞行高度增加的下降程度 — 高空性主要限制飞机的实用升限 — 喷气发动机的高空性好于活塞发动机
绪
论
2、发动机的可靠性
指发动机在各种工作条件和外界环境下， 在规定的寿命期内完成规定性能的能力。 衡量发动机可靠性的指标 — 空中停车率 发动机在每飞行1000小时因发动机本身故障 引起的空中停车次数，单位：次/1000飞行小 时。 — 提前换发率（非计划换发率） 单位：次/1000飞行小时
第一章 航空动力装置的基础知识
5.气体的热力过程
等容过程:V不变(燃烧过程) (4-8线)
等压过程:P不变(燃烧过程) (1-5线)
等温过程:T不变(2-6线) 绝热过程:气体与外界无热
交换。(3-7线)
第一章 航空动力装置的基础知识
第一章 航空动力装置的基础知识
二、气体的基础知识
1.稳定流动与流体的连续性 稳定流动：指流体在空间各
第一章 航空动力装置的基础知识
第一章 航空动力装置的基础知识
(2)流动混合气中火焰的传播 层流混合气:火焰前锋不动，Vp=混合气流动速度
第一章 航空动力装置的基础知识
紊流混合气:增大接触面积→热传递和活性中心扩散↑→新 鲜混合气温度能迅速达到着火温度→Vp↑。紊流混合气Vp>层流 混合气Vp.
绪
论
3、发动机的维修性
指在规定条件下（包括维修等级、燃 油技术水平与资源等），在规定时间内，按 规定程序进行维修时，保持或恢复发动机性 能的能力。 提高发动机的维修性： — 可以确保飞行安全和飞行任务的完成 — 可以节省大量的人力、物力、财力
绪
论
3、发动机的维修性
衡量发动机维修性的指标： — 每飞行小时直接维修工时； — 更换发动机时间； — 外场可更换组件的更换时间
第一章 航空动力装置的基础知识
第一章 航空动力装置的基础知识
M<1，收敛形管道，截面积A↓，流速C↑，T, P↓; 扩散形管道，截面积A ↑，流速C↓ ，T, P↑;
M>1，收敛形管道，截面积A ↓，流速C↓ ，T, P↑; 扩散形管道，截面积A ↑，流速C↑ ，T, P↓;
单纯的收敛形管不可能将亚音速气流加速到超音速或单 纯的扩张形通道不通过激波将超音速气流减速到亚音速气流。 实现上述功能可以利用收敛一扩散性管道(拉瓦尔管)，喉部 为音速
第一章 航空动力装置的基础知识
物理意义：描述了气流所具有的总能量大小。绝能流动 时总温不变。
总压：气体绝能、无摩擦地阻滞到速度为零时气体的压 力。用P *表示。
不可压流的总压等于静压与动压之和。 物理意义：描述了气流所具有的总机械能大小及气体做 功的能力。绝能、无摩擦流动时总压不变。 气流M=1时的状态叫临界状态。此状态下，总压与静压 之比成为气体的临界压力比。
绪
论
4、发动机的寿命
早期： 翻修寿命和总寿命
现在： 部件（关键件）寿命、视情维护
衡量寿命的指标： —发动机工作时间（小时） —或发动机循环次数
第一章 航空动力装置的基础知识
1 航空动力装置的基础知识 2 航空活塞发动机的组成与工作 3 航空活塞发动机的性能 4 航空活塞式动力装置的工作系统
第一章 航空动力装置的基础知识
活塞式发动机+螺旋桨的组合成为飞机固定的推进模式。
发
展
史
第一台
重75kg，功率12hP 。
绪
论
绪
论
绪
论
绪
论
一、热机和航空发动机
发动机是一种将某种能量转换成机械功的动力装置。 根据能量来源不同可分为：热力发动机、水力发动 机、电力发动机、原子能发动机等。
绪
论
热机的工作由两大步骤组成：
首先必须使燃料燃烧释放出热能；再将释放出的 热能转换成机械功。 根据热机燃料燃烧方式，分为：外燃机和内燃机。
第一章 航空动力装置的基础知识
(3)油气比：混合气中燃料的质量与空气质量的比值。 油气比用C表示，即：
油气比可直接反应混合气中燃料和空气的比 例，但不能直观反应混合气贫、富油程度。
第一章 航空动力装置的基础知识
第一章 航空动力装置的基础知识
4. 混合气的放热量 单位重量的混合气的 放热量。 a<1，多余的燃料吸热， 放热量↓。 a>1，多余的空气吸热， 放热量↓。 a=0.97，放热量最大。
第一章 航空动力装置的基础知识
对气体介质，经推导：
k—气体绝热系数 T—气体绝对温度
R—气体常数
当标准大气，温度为288K时，音速为340m/s，1224km/h； 当在11000高空时，大气温度降为216.5K,音速值减少为 295m/s，1062km/h。
第一章 航空动力装置的基础知识
第一章 航空动力装置的基础知识
第一节 气体、气流的基础知识
一、气体的基础知识
1、工质 航空发动机是一种热力发动机，热机工作时，
必须以某种物质为媒介，才能将热能转换成机械 能，完成这种能量转换的媒介物叫工质。
第一章 航空动力装置的基础知识
2、理想气体 分子本身只有质量而不占体积； 分子间不存在吸引力。
3、气体的状态参数 描述气体状态的物理量：比容、压力、和温
绪
论
航空发动机分为两大类：航空活塞发动机和航空 喷气发动机。如下图活塞发动机：
绪
论
优点：低速经济性好，工作稳定性好； 缺点：重量功率比大，高空性能、速度性能差； 用途：轻型低速飞机和初教机。
绪
论
航空喷气发动机
优点：重量轻、推力大，高空性能好、速度性能好； 缺点：经济性较差。 用途：运输机、战斗机。
第一章 航空动力装置的基础知识
第一章 航空动力装置的基础知识
第一章 航空动力装置的基础知识
压力的测量 绝对压力P 表压力Pg 大气压力Po P=Pg+Po Pv=Po-P
发动机的滑油压力、燃油压力等液体压力测量都是 表压；在热力学计算中，都必须使用绝对压力。
第一章 航空动力装置的基础知识
PV图:图中任意一点都能表T气体的一个状态，曲线表 示气体状态变化过程。
第一章 航空动力装置的基础知识
第一章 航空动力装置的基础知识
(3)混合气的初温、初压 初温↑→混合气达到着火温度时间↓→燃烧后气体的温度
↑→活性中心浓度↑，扩散↑ 初温↑ →Vp↑ 初压:静止混合气，初压对Vp基本无影响。紊流混合气，初压
↑ →Vp↑。 (4)气流的紊流强度 气流紊流强度↑ →Vp↑ (5)点火能量 点火能量↑→混合气达到着火温度的时间↓ →Vp↑ 对航空
第一章 航空动力装置的基础知识
第二节 燃烧的基础知识
一、燃烧反应 1.燃烧的实质:物质产生发光、发热剧烈的化学反应。
完全燃烧:燃烧产物中无可燃物质。 2.余气系数和油气比
要使发动机中混合气中燃料完全燃烧，混合气中油和气的比 例必须适当，描述混合气中油和空气成分的参数有余气系数和油 气比。
第一章 航空动力装置的基础知识
点的流动的参数不随时间的变 化而变化的流动，也叫定常流 动。
发百度文库机稳定工作时气体的流 动接近于稳定流动。
第一章 航空动力装置的基础知识
第一章 航空动力装置的基础知识
2、音速和马赫数 音速是弱扰动波在介质中的传播速度。
音速描述了介质的压缩性：a越大，说明介质受压后， 其密度变化小，介质不易压缩；a越小，说明介质受压后， 其密度变化大，介质易压缩；
第一章 航空动力装置的基础知识
3.影响火焰传播速度的因素 (1)混合气性质：热值越大，燃料与氧化剂进行化学反应
所需的活化能越小，混合气导热性越好→混合气达到着火温 度时间越短→Vp越大。
(2)混合气的余气系数 a=0.9，Vp最大；a=1.6，贫油极限，a=0.3，富油极限。 a稍小于1，放热量最大→热传递和活性中心扩散最强→Vp 最大。 a过大或过小，放热量小，不能点燃新鲜混合气→燃烧中 断。
航空活塞动力装置
绪
论
航 空
至今
由于造价低、易于维修等优点仍用于一些初级教练机和 小型运输机上，多为气冷式小功率活塞式发动机。
活 塞
20世纪40年代
飞机性能迅猛发展，速度达到700～800km/h，高度达 到10000m以上。
式
诸多原因决定了活塞式发动机+螺旋桨的推进模式的终结。
发
动 机
20世纪30年代
第一章 航空动力装置的基础知识
二、火焰的传播 1.混合气的着火 (1)混合气的着火:混合气温度达到一定数值时，开始出现火焰而 燃烧起来的现象。 (2)着火温度:混合气着火所需的最低温度。 (3)着火方法:点燃(航空发动机)、压燃(柴油发动机) 2. 混合气中火焰的传播 (1)静止混合气中火焰的传播 火焰前锋:己燃混合气和新鲜混合气之间的一层向前推进的正在起 剧烈化学反应的发光、发热的气体薄层。是己燃区和未然区的分界 面。
发动机来说，余气系数和紊流是主要的影响因素。
第一章 航空动力装置的基础知识
第三节 奥托循环及热力学第二定律
1.奥托循环（等容加热循环） 1.奥托循环PV图: 1一2:绝热压缩 2一3:等容加热 3一4:绝热膨胀 4一1:等容放热
第一章 航空动力装置的基础知识
2.奥托循环热效率: 定义:一次循环中，1公斤工质气体对发动机所作的功与 燃料加给它热量的比值。公式：