世界军用航空发动机发展史

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y
发动机数值模拟及仿真技
术课程作业
题目：世界军用航空发动机发展历史
院系：能源科学与工程
班级：1202103
姓名：刘禹萱
学号：1120200607
©哈尔滨工业大学
世界军用航空发动机发展历史
1、活塞式发动机
1903年12月17日，莱特兄弟把一台4缸、水平直列式水冷发动机改装之后，成功地用到他们的"飞行者一号"飞机上进行飞行试验。

这台发动机只发出8.95 kW的功率，重量却有81 kg，功重比为0.11kW/daN。

发动机通过两根链条，带动两个直径为2.6m的木制螺旋桨。

这是人类历史上第一次有动力、载人、持续、稳定、可操作的重于空气飞行器的成功飞行。

以后，在飞机用于战争目的的推动下，航空特别是在欧洲开始蓬勃发展，法国在当时处于领先地位。

美国虽然发明了动力飞机并且制造了第一架军用飞机，但在参战时连一架可用的新式飞机都没有。

在前线的美国航空中队的6287架飞机中有4791架时法国飞机，如装备伊斯潘诺-西扎V型液冷发动机的"斯佩德"战斗机。

这种发动机的功率已达130~220kW, 功重比为0.7kW/daN左右。

飞机速度超过200km/h，升限6650m。

在两次世界大战之间，在活塞式发动机领域出现几项重要的发明：发动机整流罩既减小了飞机阻力，又解决了气冷发动机的冷却困难问题，甚至可以的设计两排或四排汽缸的发动机，为增加功率创造了条件；废气涡轮增压器提高了高空条件下的进气压力，改善了发动机的高空性能；变距螺旋桨可增加螺旋桨的效率和发动机的功率输出；内充金属钠的冷却排气门解决了排气门的过热问题；向汽缸内喷水和甲醇的混合液可在短时内增加功率三分之一；高辛烷值燃料提高了燃油的抗爆性，使汽缸内燃烧前压力由2~3逐步增加到5~6，甚至8~9，既提高了升功率，又降低了耗油率。

从20世纪20年代中期开始，气冷发动机发展迅速，但液冷发动机仍有一席之地在此期间，在整流罩解决了阻力和冷却问题后，气冷星型发动机由于有刚性大，重量轻，可靠性、维修性和生存性好，功率增长潜力大等优点而得到迅速发展,并开始在大型轰炸机、运输机和对地攻击机上取代液冷发动机。

在20世纪20年代中期，美国莱特公司和普·惠公司先后发展出单排的"旋风"和"飓风"以及"黄蜂"和"大黄蜂"发动机，最大功率超过400kW，功重比超过1kW/daN。

到第二次世界大战爆发时，由于双排气冷星型发动机的研制成功，发动机功率已提高到600~820kW。

此时，螺旋桨战斗机的飞行速度已超过500km/h，飞行高度达10000m。

在第二次世纪大战期间，气冷星型发动机继续向大功率方向发展。

其中比较著名的有普·惠公司的双排"双黄蜂"（(R-2800)和四排"巨黄蜂"(R-4360)。

前者开始时功率为1230kW, 共发展出5个系列几十个改型，最后功率达到2088kW，用于大量的军用飞机和直升机。

后者有四排28个汽缸，排量为71.5L，功率为2200~3000kW, 是世界上功率最大的活塞式发动机，用于一些大型轰炸机和运输机。

莱特公司的R-2600和R-3350发动机也是很有名的双排气冷星型发动机。

前者在1939推出，功率为1120kW，用于第一架载买票旅客飞越大西洋的波音公司"快帆"314型四发水上飞机以及一些较小的鱼雷机、轰炸机和攻击机。

后者在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。

R-3350在战后发展出一种重要改型--涡轮组合发动机。

发动机的排气驱动三个沿周向均布的废气涡轮，每个涡轮在最大状态下可发出150kW的功率。

这样，R-3350的功率提高到2535kW，耗油率低达0.23kg/(kW·h)。

1946年9月，装两台R-3350涡轮组合发动机的P2V1"海王星"飞机创造了18090km的空中不加油的飞行距离世界纪录。

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。

可以说，活塞式发动机已经达到其发展的顶峰。

2、燃气涡轮发动机
第二个时期从第二次设计大战结束至今。

60年来，航空燃气涡轮发动机取代了活塞式发动机，开创了喷气时代。

涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、桨扇发动机和涡轮轴发动机在不同时期在不同的飞行领域内发挥着各自的作用。

涡喷/涡扇发动机
英国的惠特尔和德国的奥海因分别在1937年7月14日和1937年9月研制成功离心式涡轮喷气发动机WU和HeS3B。

前者推力为530daN，推力为540daN，推重比2.20。

后者推力为490daN，推重比1.38。

世界上第一台实用的涡轮喷气发动机是德国的尤莫-004，推力达到980daN，1942年7月18日装在梅塞施米特Me-262飞机上试飞成功。

英国的第一种实用涡轮喷气发动机是1943年4月罗·罗公司推出的威兰德，推力为755daN，推重比2.0。

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。

其中，美国通用电气公司的J47轴流式涡喷发动机和苏联克里莫夫设计局的RD-45离心式涡喷发动机的推力都在2650daN左右，推重比为2~3。

在50年代末和60年代初，各国研制了适合M2以上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。

在60年代中期还发展出用于M3一级飞机的J58和R-31涡喷发动机。

到70年代初，用于"协和"超声速客机的奥林帕斯593涡喷发动机定型，最大推力达到17000daN。

涡扇发动机的发展源于第二次世界大战。

世界上第一台运转的涡轮风扇发动机是德国戴姆勒-奔驰研制的DB670(或109-007)，达到840千克推力。

以后，军用涡扇发动机向低涵道比的加力发动机的方向发展。

在低涵道比军用加力涡扇发动机方面，20世纪60年代，英、美在民用涡扇发动机的基础上研制出斯贝-MK202和TF30，分别用于英国购买的"鬼怪"F-4M/K战斗机和美国的F111（后又用于F-14战斗机）。

它们的推重比与同时期的涡喷发动机差不多，但中间耗油率低，使飞机航程大大增加。

在70~80年代，各国研制出推重比8一级的涡扇发动机，
如美国的F!00、F404、F110，西欧三国的RB199，前苏联的RD-33和AL-31F。

它们装备目前在一线的第三战斗机，如F-15、F-16、F-18、"狂风"、米格-29和苏-27。

目前，推重比10一级的涡扇发动机已研制成功，即将投入服役。

它们包括美国的F-22/F119、西欧的EFA2000/EJ200和法国的"阵风"/M88。

涡桨/涡轴发动机
第一台涡轮螺旋桨发动机为匈牙利于1937年设计、1940年试运转的Jendrassik Cs-1。

该机原计划用于本国Varga RMI-1 X/H型双引擎侦察/轰炸机。

1942年，英国开始研制本国第一台涡桨发动机罗尔斯-罗伊斯RB.50 Trent。

以后，英国、美国和前苏联陆续研制出多种涡桨发动机，如达特、T56、AI-20和AI-24。

这些涡桨发动机的耗油率低，起飞推力大，装备了一些重要的运输机和轰炸机。

美国在1956年服役的涡桨发动机T56/501，装于C-130运输机、P3-C 侦察机(4台T-56A-10W涡桨发动机)和E-2C预警机。

前苏联的HK-12M的最达功率达11000kW,用于图-95"熊"式轰炸机和安-22军用运输机。

终因螺旋桨在吸收功率、尺寸和飞行速度方面的限制，在大型飞机上涡轮螺旋桨发动机逐步被涡轮风扇发动机所取代。

加拿大普·惠公司的PT6A发动机是典型代表。

美国在90年代在T56和T406的基础上研制出新一代高速支线飞机用的AE2100是当前最先进的涡桨发动机，功率范围为2983～5966 kW，其起飞耗油率特低，为0.249 kg/（kW·h）。

最近西欧四国决定为欧洲中型军用运输机A400M研制TP400涡桨发动机。

该发动机以法国的M88的核心机为基础，功率为7460kW,计划于2008年定型。

从1950年法国透博梅卡公司研制出206 kW的阿都斯特Ⅰ型涡轴发动机并装备美国的
S52-5直升机上首飞成功以后，涡轮轴发动机在直升机领域逐步取代活塞式发动机而成为最主要的动力形式。

半个世纪以来，涡轴发动机已成功低发展出四代，功重比已从2kW/daN提高到6.8~7.1 kW/daN。

第三代涡轴发动机是20世纪70年代设计，80年代投产的产品。

主要代表机型有马基拉、T700-GE-701A和TV3-117VM，装备AS322"超美洲豹"、UH-60A、AH-64A、米-24和卡-52。

第四代涡轴发动机是20世纪80年代末90年代初开始研制的新一代发动机,代表机型有英、法联合研制的RTM322、美国的T800-LHT-800、德法英联合研制的MTR390和俄罗斯的TVD1500，用于NH-90、EH-101、WAH-64、RAH-66"科曼奇"、PAH-2/HAP/HAC"虎"和卡-52。

世界上最大的涡轮轴发动机是乌克兰的D-136，起飞功率为7500 kW,装两台发动机的米-26直升机可运载20 t的货物。

以T406涡轮轴发动机为动力的倾转旋翼机V-22突破常规旋翼机400 km/h的飞行速度上限，一下子提高到638 km/h。

目前，美国正准备利陆军计划利用高性能涡轮发动机技术（IHPTET）计划第一阶段和第二阶段的成果发展用于UH-60A"黑鹰"/AH-64A"阿帕奇"改进型的动力--共用发动机项目(CEP)。

CEP的目标是耗油率减少25~30%，功重比提高60%，采购成本和维护成本最小减少20%，使直升机的航程增加60%或载荷增加70%，同时减少后勤服务和维护的负担。

CEP项目的生产型发动机的功率限制在2240kW 。