航空概论-9发动机全

R-3350，莱特公司生产的双 排气冷星型发动机，1941 年投入使用，开始时功率为 2088kW，主要用于著名的 B-29"空中堡垒"战略轰炸机。
活塞式航空发动机举例
B-29战略轰炸机，装备 莱特公司的R-3350发动 机。世称“超级空中堡 垒”“史上最强的轰炸 机”，在轰炸东京等二 战及之后的战场都可以 看到他的身影，广岛和 长崎的两次原子弹袭击， B-29也是空中平台。
活塞式航空发动机举例
喷气时代的活塞式发动机
由于涡轮喷气发动机的发明而开创了喷气时代，活塞式发动机逐步退 出主要航空领域，但功率小于370 kW的水平对缸活塞式发动机发动机仍 广泛应用在轻型低速飞机和直升机上，如行政机、农林机、勘探机、体育 运动机、私人飞机和各种无人机。 美国NASA已经实施了一项通用航空推进计划，为未来安全舒适、操作 简便和价格低廉的通用轻型飞机提供动力技术。方案是用狄塞尔循环活塞 式发动机，用它的飞机有4个座位，速度偏低。对发动机的要求为： 功率 为150 kW； 耗油率0.22 kg/(kW· h)； 满足未来的排放要求； 制造和维修 成本降低一半。到2000年，该计划已经进行了500h以上的发动机地面试 验，功率达到130 kW，耗油率0.23 kg/(kW· h)。
喷气发动机的热效率 喷气发动机是热机的一种。热机是连续不断地将热能转 换为机械能的动力装置。热机的热效率为输出的机械能与输 入的热能的比值。根据热力学第二定律，这个比值应小于1。 获得机械能的过程是通过气体膨胀做功，但是，膨胀是 有限度的，必须在膨胀后使其恢复到初始状态，才能进行下 一次做功，以获得连续的机械能输出。 对于航空喷气发动机来讲，虽然其循环并非严格卡诺循 环，但这一原则同样有效。因为发动机的燃气直接排到空气 中，低温热源温度很难降低，只有提高高温热源的温度，即 提高燃气从燃烧室进入到涡轮前的温度，这样才能提高发动 机的热效率。
飞行者1号的活塞发动机
活塞式航空发动机举例
R-2800——普· 惠公司生 产的双排"双黄蜂"，属 于气冷星型发动机。这 种发动机在航空史上占 有特殊的地位。
活塞式航空发动机举例
活 塞 式 航 空 发 动 机 举 例
P-47，绰号“雷电”，装备R-2800发动机，是美国共和飞机公司研 制的战斗机。该种机型产量达到15683架，是美国战斗机史上生产量 最大的飞机之一。
定矩螺旋桨是桨叶角固定的螺旋桨。它应 用在飞行速为200km/h以下的小飞机上。 变矩螺旋桨是桨叶角可改变的螺旋桨。它 应用在飞行速大于200km/h的大飞机上。
螺旋桨的构造与工作原理：
航空活塞式发动机主要性能指标：
活塞式发动机的主要要求是重量轻、功率大、 尺寸小和耗油省等，因此活塞式发动机的主要 性能指标有以下几个： (1)发动机功率 (2)功率重量比
喷气发动机的推进效率
喷气发动机既是发动机又是推进器，因此就存在一个推进 效率的问题。所谓推进效率，就是指发动机传递给飞行器 的推进功率与其产生的总机械功率之比，即： 推进效率 = 传给飞行器的推进功率 / 进排气的机械能之差 根据计算可知，发动机的推进效率仅与进气速度（等于飞 机飞行速度）和排气速度有关： 推进效率 =2/(1+排气速度/进气速度) 由此可见，喷气发动机的推进效率由排气速度和飞行速度 的比值决定，比值越大，推进效率越低。
在两次世界大战的推动下，发动机的性能提高很快，单机功率从不到10 kW增加 到2500 kW左右，功率重量比从0.11 kW/daN 提高到1.5 kW/daN左右，升功率从 每升排量几千瓦增加到四五十千瓦，耗油率从约0.50 kg/(kW〃h)降低到0.23~0.27 kg/(kW〃h)。翻修寿命从几十小时延长到2000~3000h。到第二次世界大战结束时， 活塞式发动机已经发展得相当成熟，以它为动力的螺旋桨飞机的飞行速度从 16km/h提高到近800 km/h，飞行高度达到15000 m。 涡轮喷气发动机的发明开创了喷气时代，活塞式发动机逐步退出主要航空领域， 但功率小于370 kW的水平对缸活塞式发动机仍广泛应用在轻型低速飞机和直升机 上，如行政机、农林机、勘探机、体育运动机、私人飞机和各种无人机。
从20世纪40年代末到21世纪初，与喷气战斗机的发 展历程类似，喷气发动机的发展也大致经历了四次 更新换代。 第一代航空燃气轮发动机
国别 苏联 美国 发动机型号 BK-1F J47 类型 涡轮喷气 涡轮喷气 装备的飞机 米格15 F86 推力/重量比 ～2.0
苏联
美国
Р Д -9Б
J57
加力涡轮喷气
加力涡轮喷气
米格19
F100
3 ～4
20世纪40年代末到50年代中
第二代航空燃气轮发动机
国别 苏联 苏联 美国 美国 发动机型号 P11-300 P29-300 J79-GE-3 J79-GE-17 类型 加力涡轮喷气 加力涡轮喷气 加力涡轮喷气 加力涡轮喷气 装备的飞机 推力/重量比 米格21 米格23 F104 F －4 5 ～6
启动系统 将发动机发动起来，需要借助外来动力， 通常用电动机带动曲轴转动使发动机动。 定时系统 定时系统是由曲轴带动凸轮盘推动连杆和 摇臂，定时将进气活门和排气活门开启和关闭 的系统。
活塞式发动机的两种典型的冷却方式：
V形排列 星形排列
热机
活塞式发动机是热机
但本身不能产生推力，只能从轴上 输出功率带动螺旋桨，由螺旋桨产 生推力，所以螺旋桨称为推进器。
活塞式发动机(热机)加螺旋桨(推进 器)称为活塞式动力装置。
螺旋桨的构造与工作原理：
活塞式发动机必须带动螺旋桨，由螺旋桨产生推（拉） 力。作为飞机的动力装置，发动机与螺旋桨是不能分割的。
螺旋桨的构造与工作原理：
螺旋桨的型式：
螺旋桨的构造与工作原理：
螺旋桨从构造上分为： 定矩螺旋桨和变距螺旋桨
活塞式发动机的工作原理
“压缩冲程” 曲轴靠惯性作用把活塞由下死点向上推动， 进气门和排气门关闭，气缸内容积逐渐减少， 混合气体受到活塞的强烈压缩。被压缩在“燃 烧室”。压强到十个大气压。温度到摄氏4OO 度左右。 活塞航空发动机的压缩比大约是5到8，压 缩比越大，气体被压缩得越厉害，发动机产生 的功率也就越大。
(3)燃料消耗率
活塞式航空发动机发展阶段
喷气时代
两次世界 大战期间
逐步退出主要航空 领域，广泛应用在轻型 低速飞机和直升机上。
早期
气冷发动机发展迅速， 发动机的性能提高很快， 达到其发展的顶峰。
液冷发动机 居主导地位
活塞式航空发动机的发展
活塞式航空发动机发展早期，法国处于领先地位。当时装备伊斯潘诺-西扎V型 液冷发动机的"斯佩德"战斗机的功率已达130~220kW, 功重比为0.7kW/daN左右。 飞机速度超过200km/h，升限6650m。
点火系统 点火系统由磁电机产生的高压电在规定的 时间产生电火花，将气缸内的混合气体点燃。 冷却系统 发动机内燃料燃烧时产生的热量除转化为 动能和排出的废气所带走的部分内能外，还有 很大一部分传给了气缸壁和其他有关机件。冷 却系统的作用就是将这些热量散发出去，以保 证发动机的正常工作。
活塞式发动机的辅助工作系统
活塞式发动机的工作原理
1—气缸；2-活 塞；3-进气门； 4-进气阀；5-排 气门；6-排气阀； 7-连杆；8-曲轴
活塞式发动机的工作原理
活塞式发动机的工作原理
“进气冲程” 进气门打开，排气门关闭，活塞从上死点向下 滑动到下死点为止，气缸内的容积逐渐增大， 气压降低——低于外面的大气压。新鲜的汽油 和空气的混合气体，通过打开的进气门被吸入 气缸内。
F15E、F16C F/A-18
狂风 幻影－2000
美国
欧洲 法国
F404-GE400
RB199 M88-2
第四代典型发动机
国别 美国 俄罗斯 发动机型号 F119 ΑЛ－41φ 类型 装备的飞机 F-22 米格1.42 推力/重量比
加力涡轮风扇
～10.0
第四代战斗机要求发动机的推重比要在 10以上，采用矢量推力喷管，有良好的 隐身能力等。
与航空器的发展史一样，航空发动机也经历了百余年 的发展。 飞行者1号的活塞发动机
从二十世纪初到二十世纪四十年代中期，所有带 动力的飞行器都毫无例外的以活塞式发动机/螺 旋桨为动力装置。
1935年，德国人汉斯 • 冯 • 奥海因 (Hans von Ohain) 博士开始世界上第一台离心式 喷气发动机 HeS-3A 的设计，于1936年完 成研制。 1942 年，另一位德国人海尔伯特 • 瓦格纳 (Herbert Wagner) 教授完成了世界上第一 台轴流燃气涡轮发动机的研制。
20世纪50年代中使用到70年代
从1974年到21世纪初期，装有第三代喷气发动机 的战斗机都是战斗机中的主力。 第三代典型发动机
国别
俄罗斯
发动机型号
ΑЛ－31φ
类型
装备的飞机 推力/重量比
苏－27
俄罗斯
美国 美国
ΡД-33
F100-PW100 F100-GE100
米格－29
加力涡轮风扇 F15C、F16 ～8.0
活塞式发动机的辅助工作系统
发动机除主要部件外，还须有若干辅助系统与之配合才能工作。
进气系统 进气系统内常装有增压器来增大进气压力， 以此改善高空性能。 燃料系统 燃料系统由燃料泵、气化器或燃料喷射装 置等组成。燃料泵将汽油压人气化器，汽油在 此雾化并与空气混合进入气缸。
活塞式发动机的辅助工作系统
活塞式发动机
活塞式航空发动机 Aircraft Piston Engine
为航空器提供飞行动力的往复式内燃机。 发动机带动空气螺旋桨等推进器旋转产生推 进力。 小功率活塞式航空发动机比燃气涡轮发 动机经济，在轻型低速飞机上仍得到应用。