第一讲航空发动机的发展历史

通用电气公司GE90-115B在2003年2月创 造了56900daN的发动机推力世界纪录。
2021/2/5
航空发动机原理
42
目前，普·惠公司正在研制新一代涡扇发 动机PW8000齿轮传动涡扇发动机
推力为11 000～16 000daN 涵道比11，耗油率下降9%
罗罗公司生产的喘达系列发动机
考核方法
考核方式
考试课 闭卷、笔试 平时成绩15分、卷面成绩85分
2021/2/5
航空发动机原理
7
二、课堂要求
课堂纪律
不准迟到 旷课10次及以上取消考试资格 上课期间保持安静等
2021/2/5
航空发动机原理
8
三、课程主要内容
航空发动机的历史回顾 热工气动基础 航空发动机原理部分 航空发动机构造部分
2021/2/5
航空发动机原理
29
涡轮喷气发动机
战后，美、苏、法通过买专利，或借助从德国 取得的资料和人员，陆续发展了本国第一代涡 轮喷气发动机：
美国通用电气公司的J47轴流式涡喷发动机 苏联克里莫夫设计局的RD-45离心式涡喷发动机 推力2650daN左右，推重比为2～3 它们分别在装在F-86和米格-15战斗机上服役。这
到40年代末,活塞发动机达到了发展的顶峰
2021/2/5
航空发动机原理
21
活塞式发动机时期
活塞式发动机固有的缺陷
功率与重量的矛盾
发动机功率与飞行速度的三次方成正比 发动机功率的增加，将导致发动机重量迅速增大
（接近三次方关系）
螺旋桨的局限
接近音速时，导致螺旋桨工作不稳定，推进效率 急剧下降
第二个时期从第二次世界大战结束至今
60年来，航空燃气轮机取代了活塞式发动机 航空燃气轮机开创了喷气时代，居航空动力的主
导地位
2021/2/5
航空发动机原理
17
活塞式发动机时期
早期飞机动力源问题的解决过程
飞机动力源问题未解决导致屡次飞行失败 使用蒸气机作为动力源，质量过重 1810年，英国科学家凯利发现了飞行原理 1876年，德国工程师奥托试制成热效率高于
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
2021/2/5
航空发动机原理
32
2021/2/5
航空发动机原理
33
2021/2/5
航空发动机原理
34
2021/2/5
航空发动机原理
35
2021/2/5
航空发动机原理
36
2021/2/5
航空发动机原理
37
2021/2/5
2021/2/5
航空发动机原理
9
1.1 人类的飞天之梦
两千多年前的风筝
世界上目前公认最早 的重于空气的飞行器
它是如何飞起来的
一千多年以前的 “孔明灯”
世界上最早的、最原 始的热气球
现代热气球的鼻祖
2021/2/5
航空发动机原理
10
关于民间神话传说
嫦娥奔月（图1） 舜帝的斗笠（图2） 风神演义中的雷震子 达·芬奇笔下的“扑翼机”（图3） 事实证明：依靠人力飞行是不可能的
斯593涡喷发动机定型 从此再没有重要的涡喷发动机问世
2021/2/5
航空发动机原理
31
涡扇发动机
涡扇发动机的发展来自于民用发动机
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
蒸汽机的四冲程煤气内燃机 人们试图采用内燃机作为飞机飞行的动力源
2021/2/5
航空发动机原理
18
活塞式发动机
wk.baidu.com
2021/2/5
航空发动机原理
19
活塞式发动机时期
人类历史上首次 有动力、载人、 持续、稳定和可 操作的重于空气 飞行器的飞行
航空发动机从狭 义上是航空器飞 行的动力，从广 义上它也是航空 事业发展的推动 力
装备第三战斗机，如F-15、F-16、F-18、“狂 风”、米格-29和苏-27
2021/2/5
航空发动机原理
40
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
两种飞机在朝鲜战争期间展开了你死我活的空战
2021/2/5
航空发动机原理
30
涡轮喷气发动机
50年代末至60年代初，各国研制了M2飞机的 一批涡喷发动机
如J79、J75、埃汶、奥林帕斯、阿塔9C、R-11和 R-13
推重比已达5～6
60年代中期用于M3飞机的J58和R-31 70年代初，用于“协和”超声速客机的奥林帕
贝努利方程 p11 2V12p21 2V22
2021/2/5
航空发动机原理
15
补充：关于飞机发动机的知识
飞机的起飞过程
飞机的降落过程
2021/2/5
航空发动机原理
16
航空发动机发展历史
航空发动机百年历史可分为两个时期：
第一个时期从莱特兄弟的首次飞行开始到第 二次世界大战结束为止
活塞式发动机统治了40年左右
由于这个低压带会随着空气离机身的距离增加 而恢复到常压，因此整体看来形状像是一个以 物体为中心轴、向四周均匀扩散的圆锥状云团。
2021/2/5
航空发动机原理
24
2021/2/5
航空发动机原理
25
燃气涡轮发动机时期
第二个时期:从第二次世界大战结束至今
60年来，航空燃气涡轮发动机取代了活塞 式发动机
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。
2021/2/5
航空发动机原理
41
民用发动机的研制
20世纪70年代
第一代推力在20000daN以上的高涵道比 （4～6）涡扇发动机投入使用
开创了大型宽体客机的新时代
90年代中期
装备波音777投入使用的第二代高涵道比 （6～9）涡扇发动机的推力超35000daN
2021/2/5
航空发动机原理
1
2021/2/5
航空发动机原理
2
航空发动机原理与构造
课程教学说明
归属单位
课程编号
开课学期
3
总学时数
72学时
学分
适用专业
ME
首选教材
航空发动机原理与构造.中国民航大学校内讲 义
2021/2/5
航空发动机原理
4
一、课程教学大纲说明
本课程与其它课程的联系
主要先修课程：气体动力学、工程热力学 主要后续课程：专业英语、发动机机型
航空发动机原理
38
2021/2/5
航空发动机原理
39
军用涡扇发动机
20世纪60年代
英、美研制出斯贝-MK202和TF30
用于英国购买的“鬼怪”F-4M/K战斗机和美国的 F111（后又用于F-14战斗机）
在70～80年代各国研制出推重比8的涡扇发动 机
如美国的F100、F404、F110，西欧三国的 RB199，前苏联的RD-33和AL-31F
2021/2/5
航空发动机原理
20
活塞式发动机时期
活塞式发动机的发展
飞机用于战争目的推动航空蓬勃发展 早期液冷式、气冷发动机 两次世界大战推动发动机的性能提高：
单机功率从不到10 kW增加到2500 kW左右 螺旋桨飞机的V从16km/h提高到近800 km/h 飞行高度达到15000 m
这是世界上第一架试飞成功的喷气式飞机
开创了喷气推进时代和航空事业的新纪元
世界上第一台实用的涡轮喷气发动机是德国的 尤莫-004
1942年7月18日德国工程师把He－S3B装在梅塞 施米特Me-262飞机上试飞成功
1944.9－1945.5， Me-262共击落盟军飞机613 架，自己损失200架（包括非战斗损失）
2021/2/5
航空发动机原理
11
图1 嫦娥奔月
2021/2/5
图2 舜帝的斗笠
图3 达·芬奇笔下的"扑翼机 "
航空发动机原理
12
气球、飞艇、无动力的滑翔机
飞上天有三种基本的途径：
基于阿基米德浮力的原理
热气球、包括氢气、氦气球，包括飞艇
基于直接有升力的飞行
火箭、垂直起落的飞机
基于柏努利定律，以速度换取升力的飞行
“音障”的出现
2021/2/5
航空发动机原理
22
音障
音障是一种物理现象，当物体（通常是航空器） 的速度接近音速时，将会逐渐追上自己发出的 声波。声波叠合累积的结果，会造成震波 （Shock Wave）的产生，进而对飞行器的加速 产生障碍，而这种因为音速造成提升速度的障 碍称为音障。
2021/2/5
开创了喷气时代，居航空动力的主导地位
喷气发动机的早期设想
1937年，英国的惠特尔和德国的奥海因 分别研制成功离心式涡轮喷气发动机WU 和He－S3B
2021/2/5
航空发动机原理
26
2021/2/5
航空发动机原理
27
2021/2/5
航空发动机原理
28
涡轮喷气发动机
1939年8月27日率先装在亨克尔公司的He178飞机上试飞成功
航空发动机原理
23
音障
在物体的速度快要接近音速时，周边的空气受 到声波叠合而呈现非常高压的状态，因此一旦 物体穿越音障后，周围压力将会陡降。
在比较潮湿的天气，陡降的压力所造成的瞬间 低温可能会让气温低于它的露点（Dew Point） 温度，使得水汽凝结变成微小的水珠，肉眼看 来就像是云雾般的状态。
2021/2/5
航空发动机原理
43
发动机GE90－115B
2021/2/5
波音777-300ER大型双发旅客机
航空发动机原理
44
2021/2/5
航空发动机原理
45
活塞式发动机
2021/2/5
航空发动机原理
46
喷气发动机的早期设想
2021/2/5
航空发动机原理
47
课程的性质
机务专业（ME）专业必修课
2021/2/5
航空发动机原理
5
一、课程教学大纲说明
课程的作用与任务
掌握航空发动机的基本工作原理和特性以及 基本结构
了解航空发动机各主要工作系统的组成、工 作原理
为今后从事相关飞机发动机维修工作打下理 论基础
2021/2/5
航空发动机原理
6
一、课程教学大纲说明
固定翼飞机、直升机、旋翼机
2021/2/5
航空发动机原理
13
补充：关于飞机发动机的知识
飞机的组成？
机身 机翼 尾翼 起落架 飞机动力装置-发动
机 飞机操纵系统 各种其它设备
2021/2/5
航空发动机原理
14
补充：关于飞机发动机的知识
飞机是如何产生升力？
对于忽略重力位能的定熵绝能不可压流