航空航天推进系统习题答案

航空航天推进系统第一章绪论1.说明航空航天飞行器的分类航空器：1)轻于空气的航空器：气球、汽艇。

2)重于空气的航空器：固定翼航空器：飞机、滑翔机；旋翼航空器：直升机、旋翼机。

航天器：1)无人航天器：人造地球卫星、空间平台、太空探测器2)载人航天器：载人飞船、空间站、载人太空实验室、航天飞机和空天飞机。

火箭和导弹。

2.试述火箭、导弹以及运载火箭三者的联系火箭是凭借火箭发动机为动力的飞行器，运载火箭是带有航天器，并将航天器运送到预订轨道的可控火箭，导弹是以火箭发动机或者其他喷气发动机为动力，由制导系统控制其飞行且带有战斗部的飞行器。

3.试述航天器的功能1)环绕地球运行的航天器可以充分利用它相对地球的高远位置来观测地球，可以迅速和大量来自地球大气、海洋、陆地的各种自然信息和社会信息，直接服务于军事侦察，海洋监视、导弹预警、核爆炸探测、气象观测、环境观测和资源考察等任务。

2)环绕地球的航天器可作为空间无线电中继站，用于包括军事通信在内的全球通讯、广播、电视。

3)航天器作为空间基准点，可以为陆海空三军的导弹、船舶、飞机以及部队调动和民用商船、飞机、车辆进行导航定位，可以为军事测绘部门提供大地测绘基准。

4)在航天器上可以有效利用太空的微重力、高真空、超低温、强辐射等特殊环境进行科学研究，开辟新的工业生产。

5)航天器能够摆脱大气层的屏障，接收来自宇宙天体的各种电磁辐射信息，实现全波段天文观测。

6)航天器在近地面空间飞行或在月球、行星际空间飞行，能够实现对空间环境的直接探测或者对月球和行星的酒精考察及取样工作。

此外，载人航天器由于有人工作，能够充分发挥人的独特作用，对于提高空间侦察、空间防御、空间截击和空间作战指挥等效果都有巨大的潜在意义。

4.详细说明飞行器推进系统分类和各自特点1)活塞式航空发动机依靠螺旋桨与空气相互运动产生拉力或升力，发动机功率小，结构复杂，主要应用于小型低速飞行的飞机或直升机上。

2)空气喷气发动机分为：涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、冲压发动机功率大，结构质量轻、结构简单及维修方便3)火箭发动机不依赖大气中的氧，自身携带氧化剂和燃料。

主要包括：液体火箭发动机、固体火箭发动机、固液混合火箭发动机。

5.简述航天器的分类航天器可分为无人航天器和载人航天器。

无人航天器包括：人造地球卫星、空间平台和空间测量器；载人航天器包括：载人飞船、载人太空实验室、空间站、航天飞机和空天飞机。

6.了解我国航天技术以及火箭和导弹的发展略第二章航空飞行器推进系统1.说明活塞式航空发动机的主要构件，并叙述该类型发动机的工作原理。

主要构件包括：气缸、活塞、曲轴、连杆、进气门、进气阀、排气阀、机体等。

工作原理：发动机工作时，燃料与空气混合并在气缸内燃烧，产生的高温高压燃气驱动活塞往复直线运动，由曲轴上输出机械工，经减速器调节转速带动螺旋桨或者旋翼旋转而产生拉力。

2.说明活塞式航空发动机的辅助系统有哪些？1)燃料系统由燃料箱、燃料泵、汽化器（雾化器）或喷嘴装置组成。

燃料经过泵从燃料箱打入汽化器，雾化的燃料与空气混合后进入气缸。

2)点火系统由磁电机产生的高电压在极短时间内产生电火花点燃混合气体。

3)润滑系统它由轮滑油泵将润滑油输送到滑行的运动面间隙及轴承中，以减轻运动零部件的磨损。

4)冷却系统冷却装置一般采用气冷或者液冷，在结构设计上常用散热片或者散热套来试下冷却。

5)启动系统活塞式航空发动机的启动必须靠外力，常用的启动方式有两种：一是将压缩空气送入气缸，推动活塞带动曲轴运转，二是用电机带动曲轴转动。

6)定时系统即为控制系统，该系统控制发动机的进气门和排气门的开启与关闭。

3.详细说明活塞式航空发动机四个行程的工作过程。

1)进气行程发动机的进气阀打开进气门，经雾化器雾化的燃料与空气混合进入气缸2)压缩行程此时进气门已经关闭，活塞开始上行，压缩混合气体，直到活塞到达上止点3)工作行程安装在气缸头部的电火花塞打火，将压缩的高混合气体点燃，燃烧产生的高温高压燃气开始膨胀，推动活塞下行，带动连杆机构运转并带动曲轴，进而带动螺旋桨旋转，这个过程将燃烧气体的热能转化为机械能。

4)排气冲程当燃气膨胀结束，排气阀打开排气门，排出工作后的废气，活塞开始上行直到上止点，排气阀关闭4.评定航空发动机经济性指标是哪一个参数，说明其定义。

燃料消耗率：航空发动机单位时间内产生单位有效推力或功率所消耗的燃料量5. 什么叫发动机的加速性？加速性：发动机从最小转速到最大转速所需要的时间。

6. 活塞式航空发动机与涡轮喷气发动机相比较，哪一类适应高速飞行？为什么？涡轮喷气发动机更适合于高速飞行，因为活塞式航空发动机的最大的功率太小，无法提供高音速飞机的所需要的动力，而涡轮喷气发动机的功率很高，足以提供动力。

7. 简要说明涡轮喷气发动机的工作原理。

发动机工作时，从进气道吸入的空气进到发动机，气流速度降低，压力则升高，经过压气机时，气流的压力再度提高几倍甚至几十倍，随后进入燃烧室，与从燃烧室顶部喷嘴喷出的燃料混合燃烧，生成的高温高压气体膨胀作功，驱动涡轮工作。

高速旋转的涡轮带动压气机工作，经过涡轮后的燃气由喷管高速喷出，由反作用力原理，高速喷出的气流产生了推动飞行器飞行的推力。

8. 为什么涡轮喷气发动机用推力表示它的推进功而不用功率表示因为活塞式航空发动机发出的是功率，再通过螺旋桨转变为拉力使飞机飞行，发出的功率越大，则飞机飞行的速度越高，而涡轮喷气发动机则是热机与推进器为一体，它可以直接产生作用在飞机上的推力。

所以用推力表示飞机的推进功更加直观方便。

9. 详细说明涡轮喷气发动机的主要性能参数的物理意义1) 推力：作用在发动机内外表面的压力合力。

0()me e m e o F q v q v A p p =-+-发动机出口单位时间内燃气的质量流量发动机进口单位时间内空气的质量流量0v 进口的气体速度e v 喷管出口的燃气速度A 喷管出口处截面面积ep 喷管出口截面的静压 o p 外界周围大气静压2) 单位推力：发动机的推力与每秒流过发动机的空气质量流量之比，称为发动机的单位推力me q m qs m F F q =物理意义：每千克空气质量流量所能产生的推力大小3) 推重比：发动机的推力和发动机结构重量之比m FF mg =m 发动机的结构质量 F 地面台架上发动机最大工作状态的推力物理意义：不仅体现涡轮喷气发动机在热力循环方面的设计质量，而且也体现了发动机的结构设计。

4) 单位迎风面积推力：发动机推力和发动机最大迎面截面积之比A F F A =物理意义：当发动机被安装在单独的发动机短舱内，迎风面积的大小，在一定的飞行条件下，决定了发动机短舱的外部阻力的大小，也将影响发动机的有效推力。

5) 单位耗油率sfc ：产生一个单位的推力每小时所消耗的燃料物理意义：它是某一飞行速度下的发动机的经济性指标，只有在同一飞行速度条件下来比较两个发动机的经济性能时，使用单位耗油率才是合理的。

10. 什么叫喷气发动机的推重比？为什么说它是一个综合性能指标？推重比指发动机的推力和发动机结构重量之比，它不仅体现涡轮喷气发动机在热力循环方面的设计质量，而且也体现了发动机在结构上的设计，也包括结构材料及工艺水平等综合质量。

11. 说明涡轮喷气发动机的主要部件及其功能。

进气道：1，影响流经发动机的空气流量。

2，影响进气道本身工作稳定性和出口气流是否均匀。

压气机：提高进入发动机燃烧室的空气压力，并由涡轮来驱动。

燃烧室：是燃料与从压气机出来的高压空气混合燃烧的场所。

涡轮：受到从燃烧室排出来的高温、高压燃气冲击而高速运转的部件，是将高温、高压燃气的动能转变为机械能。

喷管：一是将从涡轮排出的燃气在喷管内膨胀加速，将燃气中的一部分热焓转变为动能，以很大的气流速度从喷管排出，产生反作用推力；二是通过调节喷管临界截面大小来改变发动机的工作状态。

12.简要说明喷气发动机的工作特性。

转速特性：对于喷口临界面积不可调的涡轮喷气发动机，当发动机转速上升时，其推力是随之增加的。

当发动机处于高转速条件下工作时，继续增加转速，发动机的推力更加显著增大，低速情况下，转速升高，推力增大，单位耗油率下降，但是当速度接近最大转速时，耗油率又会略上升。

可变喷口临界截面的发动机，喷管临界面积放大，则推力下降，单位耗油率一般下降或者变化不大。

若压气机中间级带有放气结构，则打开放气带，推力下降，而单位耗油率上升。

速度特性：发动机转速不变的情况下，随着马赫数的增大，推力开始略微下降或者缓慢的有所上升，在超音速阶段内推力增加较快，而当马赫数，推力又转为下降，直到零。

对于单位耗油率，在马赫数增大的过程中一直呈上升的趋势高度特性：在飞行高度在11km以下，高度越高，单位推力越大，耗油率下降，飞机推力下降；11Km以上时，单位推力和耗油率都不变，发动机推力随高度增加继续下降，而且下降更快。

13.什么叫加力燃烧室？说明加力燃烧室应用的场合加力燃烧室：在涡轮喷气式发动机达到最大工作状态下为继续增大推力所加的额外的燃烧室。

应用场合：一般只应用于军用飞机，短时间的加力的场合下使用。

14.简述涡轮喷气发动机辅助系统启动系统：为工作的涡轮喷气发动机，室内压力气体低，靠燃烧室顶部的点火器无法点燃发动机，这时需要启动系统，常用的启动系统是直流电机和高压启动机。

燃油系统：燃油系统保障涡轮喷气发动机在各种工作状态下所需的燃油供给，以保障发动机的启动、加速和稳定燃烧。

滑油系统：为发动机上所有的轴承和齿轮等运转部件提供润滑剂，以减少磨损、冷却机件和防止锈蚀。

15.试述喷气发动机的基本工作状态最大状态：发动机的转速和涡轮前燃气温度都达到最大值，此时推力也达到最大值。

工作时间一般为5到10分钟额定状态：通常规定推力为最大推力的85%~90%时，为发动机的额定状态。

工作时间为30到60分钟巡航状态：通常规定推力为最大推力的65%~75%为巡航状态。

适宜长时间远距离航行慢车状态：指发动机保持工作的最小转速工作状态，通常规定推力为最大推力的3%~5%，慢车状态的转速为最大转速的20%~40%。

规定连续工作时间不超过5分钟。

16.说明涡轮喷气发动机热力循环过程，并说明与活塞式航空发动机的热力循环有何不同？涡轮喷气发动机的热力循环过程：圧缩过程：此过程在进气道和压气机部件中进行，有多种流动损失，因此是个变压缩过程加热过程：此过程是在燃烧室部件中进行膨胀过程：此过程在涡轮和喷管中进行定压放热过程：此过程是在喷管外进行，即在发动机体外完成涡轮喷气发动机是一个开口的循环，发动机排出的燃气不再参加下一个循环，而活塞式发动机则是利用高温高压的燃气驱动活塞往复直线运动，由曲轴输出机械功。

17.详细叙述涡轮喷气发动机的压气机分类及其特点，并说明目前主要采用何种压气机1)离心式压气机结构简单，性能比较稳定，但是效率比较低，迎风面大。