发动机概述

第一章发动机概述

第二次世界大战以后，喷气式发动机被广泛用作飞机的动力装置。近几十年来，喷气式发动机又有了很大发展。人们根据不同的需要，研究和制造了多种类型的喷气式发动机，应用于不同用途的飞机上。

本章将介绍喷气式发动机的分类、组成和一般工作情形，涡轮喷气式发动机产生推力的原理和影响因素，CFM56-3型发动机的组成和主要技术性能。

1.1发动机一般介绍

喷气式发动机是把燃料燃烧产生的热能转换为气体的动能，使气体高速喷出产生推力的一种航空动力装置。

1.1.1喷气发动机分类

喷气式发动机的类型很多，但其基本工作原理是一样的，都是把燃料燃烧的热能转化为气体的动能产生推力。喷气式发动机，根据燃料燃烧时所需要的氧化剂来源不同，可分为火箭发动机和空气喷气发动机两大类。

1.1.1.1火箭发动机

火箭发动机自身携带燃料和氧化剂，能在真空中飞行，高度不受限制。它由燃烧室和喷管组成。发动机工作时，燃料和氧化剂在燃烧室内燃烧，产生高温、高压燃气，然后高温、高压燃气在喷管内膨胀加速，自喷口高速向后喷出，使发动机产生推力。

根据所采用的燃料不同，火箭发动机又可分为固体燃料和液体燃料火箭发动机两种。

（1）固体燃料火箭发动机

这种发动机采用固体燃料。例如:黑色火药、无烟火药等。发动机本体由燃烧室和喷管等组成，如图1-1所示。

图1-1固体燃料火箭发动机

固体燃料火箭发动机构造简单，制造方便，能产生巨大的推力，但是，它的工作持续时间短、并且不易控制。在飞机上，一般用作助飞器，帮助飞机起飞和加速。

（2）液体燃料火箭发动机

这种发动机采用液体燃料。液体燃料是不同成分的液体混合物:酒精和液体氧，煤油和硝酸等。发动机本体由燃烧室、喷管、流体燃料的供应系统等组成，如图1-2所示。

图1-2液体燃料火箭发动机

液体燃料火箭发动机的工作时间较长，推力的大小可以调节。可作为飞机的主要动力装置，也可用作助飞器，而且是宇宙航行的主要动力装置。

火箭发动机工作时不需要外界供给空气助燃，所以，它能离开大气层，在真空中飞行。但是由于火箭发动机消耗燃料很多，工作时间短，目前在飞机上还没有得到广泛应用，而多用作各类导弹、人造地球卫星、宇宙飞船和航天飞机的动力装置。

1.1.1.2空气喷气发动机

空气喷气发动机自身只携带燃料，氧化剂则从外界大气中取得，因此，空气喷气发动机除了燃烧室和喷管外，还有一个引入外界空气的进气道。空气自进气道流入发动机后，先经压缩，然后在燃烧室内与燃料混合燃烧；燃烧后形成的高温、高压燃气，再在喷管内膨胀加速，自喷口高速向后喷出，使发动机产生推力。

空气喷气发动机根据压缩空气方法的不同，又可分为无压气机式空气喷气发动机和有压气机式空气喷气发动机两类。

（1）无压气机式空气喷气发动机

典型的无压气机式空气喷气发动机是冲压发动机，它由进气道、燃烧室和喷管组成，如图1-3所示。这种发动机，空气的压缩是靠空气流经进气道时的减速来实现的。

图1-3冲压喷气发动机

冲压喷气发动机在飞行速度等于零时，没有空气流过发动机，无法正常工作，不能产生推力。所以，这种发动机不能单独使用，必须与其他类型的喷气发动机组合在一起使用。

（2）有压气机式空气喷气发动机

这类发动机，空气的压缩是利用压气机来完成的，压气机则由涡轮带动工作。有压气机式空气喷气发动机又分为涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮风扇发动机和涡轮轴发动机。

涡轮喷气发动机由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和喷管组成。根据所采用的压气机类别不同，涡轮喷气发动机又可分为离心压气机式涡轮喷气发动机（图1-4）和轴向压气机式涡轮喷气发动机（图1-5）两种。

图1-4离心压气机式涡轮喷气发动机

图1-5轴向压气机式涡轮喷气发动机

离心压气机式涡轮喷气发动机，压气机压缩的空气压力比较小，目前在涡喷5发动机上还有应用。轴向压气机式涡轮喷气发动机，压气机压缩的空气压力较大，象涡喷6、涡喷7发动机以及涡轮螺旋桨发动机、涡轮风扇发动机和涡轮轴发动机都采用轴向式压气机来压缩空气。

涡轮螺旋桨发动机如图1-6所示，这种发动机的前面装有螺旋桨。涡轮不仅带动压气机工作，还要带动螺旋桨。螺旋桨转动所产生的拉力，是这种发动机供给飞机的主要动力。

图1-6涡轮螺旋桨发动机

涡轮风扇发动机，如图1-7所示。这种喷气式发动机的空气通路共分内外两路，所以又可叫作双路式涡轮喷气发动机，或内外函涡轮喷气发动机。发动机内路与涡轮喷气发动机完全相同，外路有一个风扇，由涡轮带动旋转。它使空气受压缩后加速向后流动，而产生一部分推力。在接近音速飞行时，它比涡轮喷气发动机有着更好的经济性。这种发动机自六十年代初问世以来，由于它在使用中具有推力大、经济性好和噪音小等独特的优越性，到现在已有很大的发展，并有继续发展的趋

势。不带加力装置的涡轮风扇发动机目前被广泛用作M数为0.8～0.9左右的高亚音速轰炸机和运输机的动力装置，带加力装置的涡轮风扇发动机则适用于M数为2以上的超音速歼击机、轰炸机和运输机的动力装置。

图1-7涡轮风扇发动机

涡轮轴发动机，如图1-8所示，这种发动机是通过自由涡轮的输出轴向外输出功率，通过减速器来带动旋翼旋转，旋翼转动所产生的拉力，是这种发动机供给直升机的主要动力。

图1-8涡轮轴发动机

1.1.2喷气式发动机产生推力的原理

喷气式发动机发出的、供飞机飞行用的动力，称为推进力，简称为推力。

1.1.

2.1推力的产生

喷气发动机的种类虽然很多，但它们产生推力的基本原理都是相同的。我们以最简单的冲压喷气发动机为例，研究喷气发动机产生推力的原理。

冲压喷气发动机（图1-9）在空中工作时，外界空气以飞行速度V流向发动机。在流经进气道时，由于进气道的通道是扩散形，因而，气流速度减小，压力增大。增压空气进入燃烧室，与燃油工作喷嘴喷出的燃油混合，进行燃烧，空气获得热能，温度升高。最后高温高压的燃气在收敛形喷管内膨胀加速，将部分热能转化为动能，以比流入发动机时大得多的喷出速度C5从喷口向后喷出。