航空概论第三章航空发动机

发展思考
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• 涡喷发动机实现了超音速飞行，在 航空发展史中占有重要地位，但存 在着效率低的缺点。
• 能否发展一种既能产生大的推力， 经济性又好的发动机?
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特征：
▪ 不直接产生推力，发动机轴通过减速 器带动螺旋桨；
▪ 发动机在亚音飞行时，热力效率高； ▪ 用于低速运输机及轻型飞机。
飞机性能的变化 起飞滑跑距离减少29.4% 最大航程增加27.6%
随后很快被其他民 爬升率提高110%
航客机广泛采用 最大巡航速度提高8.2%
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小涵道比涡轮风扇发动机--军用
• 特征
– 小涵道比，带加力燃烧室。迎风面积小，推重比大
F-4“鬼怪”式战斗机 用涡 扇(斯贝MK202)换装涡喷 (J79)后飞机性能的改进
冲动式
反动式
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主要部件—尾喷管
• 作用：
– 燃气膨胀以高速 (550-600 米/秒) 喷出做功
推力矢量喷管
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X-35矢量喷口
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苏－27的眼镜蛇机动飞行
主要部件—加力燃烧室
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• 装在涡轮后，短期供入燃油燃烧, 使排气温度、 速度增加，增加发动机推力。用于军机。
Sikorsky UH-60L Black Hawk Boeing AH-64D Apache Longbow
与涡桨不同:
结构原理
通过自由涡轮带动输出轴；
输出轴速更低；
可同轴输出也可并行输出。
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MTR390
慕尼黑涡轮联合公司/透博梅卡 /罗罗
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转子活塞发动机没有连杆曲柄，结构紧凑，功率大， 但制造工艺要求高。
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四冲程发动机工作原理与过程 主要结构原理与汽车发动机相同。
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第三节 航空燃气涡轮发动机
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航空燃气涡轮发动机分类 • 涡轮喷气发动机 • 涡轮螺桨发动机 • 涡轮风扇发动机 • 涡轮轴发动机 • 涡轮桨扇发动机
推力 138 kN 推重比=8.0?
F110-GE-129 推力 129.1 kN 推重比=8.0
AL-31F(АЛ-31Ф) 推力 122.6 kN 推重比=8.0
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装备涡扇发动机的先进战机
EF2000
Rafale“阵风”
F-22
F-35
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大涵道比涡扇发动机 —运输机、民用
T-700 涡轴发动机
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螺桨与风扇的复合。 效率高、速度快，但振动噪声大
– 风扇出来的空气一部分流入压气机 (称内涵)， 一部分由压气机外部流过 (称外涵)
• 技术特征
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– 由尾喷管喷出的燃气速度低了，排气的损失能量 小了。
– 内涵推力小了，但外涵气流也产生推力，总推力 增大。
– 耗油率低了， 比涡喷约低1/3
涡扇发动机推力=内涵推力+外涵推力
>涡喷发动机推力
如：波音707用 JT3D涡扇换装 JT3C涡喷后
• 功用
燃料与空气掺混燃烧，将燃料化学能转换为热能。
• 主要结构特点
单管
环形 联管
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主要部件—涡轮
• 作用：
– 燃气膨胀作功驱动压气机
• 组成：
– 静子 – 转子
• 特点：
– 高温、高转速
• 涡轮前燃气温度—影响发动机性能好坏的 一个重要参数
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主要部件—涡轮
燃气在涡轮叶片中流动
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航空航天发动机的分类：
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第二节 航空活塞发动机
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航空活塞发动机须配螺旋桨才能用于飞机动力， 发动机是热机，螺旋桨是推进器。
主要特点是效率高，功率小，尺寸重量大。
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往复式活塞发动机主要由汽缸、活塞、连杆、曲轴、 机匣及进排气门等构件组成。为增加功率，采用多个汽 缸，呈星型或V型排列。
原理：增加排气量，降低排气速度，减
少排气损失
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发展思考
• 涡桨发动机把涡喷功率大和螺桨推 进效率高的优点结合起来了，体现 了航空发动机的螺旋式发展。但存 在着飞行速度低的缺点。
• 能否发展一种既能适应高速飞行， 经济性又好的发动机?
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• 结构特征：
– 将涡轮功分一部分驱动一个直径比原有压气机 大的风扇 (结构同于压气机)
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大涵道比涡扇发动机
技术特征 • 采用大风扇 (高涵道比) • 增加低压涡轮级数
三高指标 高涵道比 5.0-8.0 高总压比 25-30 高涡轮前燃气温度1600-1650k
• 增加高压涡轮后的燃气能量
• 高总压比、高涡轮前燃气温度
• 采用先进技术
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带减速器；输出轴功，用于直升飞机、坦克、舰船、地面燃机等
第三章 航空发动机
第一节 概述 第二节 航空活塞发动机 第三节 航空燃气涡轮发动机 第四节 冲压喷气发动机 第五节 火箭发动机 第六节 航空发动机的发展
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第一节 概述
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飞行器动力也称发动机，是用以推动飞行器的核 心部件，是飞行器的心脏。在很大程度上决定了飞 行器的性能和水平。飞行器的每次重大进展都与发 动机的发展紧密相连。
亚音进气道
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主要部件—压气机
• 作用: – 提高进入燃烧室的空气压力，为加热膨胀做功作 准备
• 重要参数: – 增压比(P出口/P进口)
• 影响发动机性能好坏，特别是效率的一个主要参数
压气机类型
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轴 流 压 气 机 离 心 压 气 机
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主要部件—燃烧室
最大M数由 2.2→2.4 最大航程↑54% 加速到M=2的时间↓1/3
爬升到12000m的时间↓20%
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军用涡轮风扇发动机的发展
F119-PW-100 推力 156 kN 推重比11.7
EJ200
推力 88.3 kN 推重比=10.0
M88-2
推力 75 kN 推重比=8.5?
Ws-10
WP-6 发动机
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工作原理: 气流流过发动机排气速度大增， 根据牛顿第三定律，这股流过发动机的气
流产生发动机的推力。
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主要部件—进气道
• 作用、 结构、 工作特点
– 导入稳定气流；减少阻力损耗； – 防止外物打伤；防冰
超音进气道