航空发动机知识大全

航空发动机知识大全2航空发动机（aero-engine），是为航空器提供推动力或支持力的装置，是航空器的心脏。自从飞机问世以来的几十年中，发动机得到了迅速的发展，从早期的低速飞机上使用的活塞式发动机，到可以推动飞机以超音速飞行的喷气式发动机，航空发动机已经形成了一个种类繁多，用途各不相同的大家族。从发展历程来说，航空发动机经历了两个显著的发展时期，即：活塞式发动机时期和燃气涡轮发动机时期。航空发动机3活塞式发动机时期4活塞式航空发动机活塞式航空发动机AircraftPistonEngine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。活塞式发动机主要由曲轴、连杆、活塞、汽缸、分气机构和机匣等部件组成。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。5活塞式航空发动机工作原理活塞顶部在曲轴旋转中心最远的位置叫上死点、最近的位置叫下死点、从上死点到下死点的距离叫活塞冲程。活塞式航空发动机大多是四冲程发动机，即一个气缸完成一个工作循环，活塞在气缸内要经过四个冲程，依次是进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。6活塞式航空发动机发展阶段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。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早期两次世界大战期间喷气时代7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。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10kW增加到2500kW左右，功率重量比从0.11kW/daN提高到1.5kW/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0.50kg/(kW·h)降低到0.23~0.27kg/(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800km/h，飞行高度达到15000m。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370kW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。8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。9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。10活塞式航空发动机举例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。11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。12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370kW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150kW；耗油率0.22kg/(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130kW，耗油率0.23kg/(kW·h)。喷气时代的活塞式发动机13燃气涡轮发动机时期14燃气涡轮发动机工作原理燃气涡轮机主要由压缩机（compressor）、燃烧室（combustionchamber）、涡轮（turbine）等部分构成。新鲜空气由进气道进入燃气轮机后，首先由压缩机加压成高压气体，接着由喷油嘴喷出燃油与空气混合后在燃烧室进行燃烧成为高温高压气体，然后进入涡轮段推动涡轮，将热能转换成机械能输出，最后的废气由排气管排出。而由涡轮输出的机械能中，一部分会用来驱动压缩机，另一部分则经由传动轴输出，用以驱动我们希望驱动的机构如发电机、传动系统等。15燃气涡轮发动机时期从第二次世界大战结束至今。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，居航空动力的主导地位。在技术发展的推动下，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，使航空器性能跨上一个又一个新的台阶。燃气涡轮发动机时期概况16涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机仍属于热机的一种，因此，从产生输出能量的原理上讲，喷气式发动机和活塞式发动机是相同的，都需要有进气、加压、燃烧和排气这四个阶段，不同的是，在活塞式发动机中这4个阶段是分时依次进行的，但在喷气发动机中则是连续进行的，气体依次流经喷气发动机的各个部分，就对应着活塞式发动机的四个工作位置。17涡轮喷气发动机He-178，世界上第一架试飞成功的喷气式飞机，开创了喷气推进新时代和航空事业的新纪元。该飞机装配了德国奥海因研制成功的离心式涡轮喷气发动机HeS3B，发动机推力为490daN，推重比1.38。18涡轮喷气发动机奥林帕斯593涡喷发动机，最大推力达到17000daN。是英国罗尔斯·罗伊斯公司布里斯托尔分公司和法国SNECMA公司为“协和”号飞机共同研制的，1965年首次运转，1968年开始调试，1973年定型，1976年1月投入使用。19涡轮喷气发动机协和式飞机，英国和法国联合研制的超音速客机，最大飞行速度2.04马赫，巡航高度18000米。1969年，第一架协和超音速客机诞生，1976年1月21日投入商业飞行。2003年10月24日，协和式飞机执行了最后一次飞行，全部退役。20涡轮喷气发动机随着航空燃气涡轮技术的进步，人们在涡轮喷气发动机的基础上，又发展了多种喷气发动机，如根据增压技术的不同，有冲压发动机和脉动发动机；根据能量输出的不同，有涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机和螺桨风扇发动机等。喷气发动机尽管在低速时油耗要大于活塞式发动机，但其优异的高速性能使其迅速取代了后者，成为航空发动机的主流。21涡轮风扇发动机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)，于1943年4月在实验台上达到840千克推力。第一种批量生产的涡扇发动机是1959年定型的英国康维，推力为5730daN。以后，涡扇发动机向低涵道比的军用加力发动机和高涵道比的民用发动机的两个方向发展。在低涵道比军用加力涡扇发动机方面，英美研制出斯贝-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。在70~80年代，各国研制出推重比8一级的涡扇发动机，装备在一线的第三战斗机，如F-15、F-16、F-18、狂风、米格-29和苏-27。具备第四代战斗机特征的战机，如美国的F-22/F119等，装备的则是推重比10一级的涡扇发动机。22涡轮风扇发动机工作原理F22“猛禽”战斗机苏-27，绰号侧卫23涡轮风扇发动机工作原理波音747-100宽体客机，装备普惠公司JT9D-3涡扇发动机，涵道比为5.2。24涡轮风扇发动机工作原理涡轮风扇发动机是在涡轮喷气发动机的的基础上增加了几级涡轮，并由这些涡轮带动一排或几排风扇，风扇后的气流分为两部分，一部分进入压气机（内涵道），另一部分则不经过燃烧，直接排到空气中（外涵道）。内外涵道的协同作用可以很好的解决热效率和推进效率之间的矛盾。25涡轮螺旋桨发动机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JendrassikCs-1。美国在1956年服役的涡桨发动机T56/501，装于C-130运输机、P3-C侦察机和E-2C预警机。它的功率范围为2580～4414kW，是世界上生产数量最多的涡桨发动机之一，至今还在生产。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，但在中小型运输机和通用飞机上仍有一席之地。26涡轮螺旋桨发动机美国C-130运输机美国E-2C预警机27涡轮螺旋桨发动机工作原理涡轮螺旋桨发动机由螺旋桨和燃气发生器组成，螺旋桨由涡轮带动。工作原理与涡轮风扇发动机近似，但产生动力方面却有着很大的不同，涡轮螺旋桨发动机的主要功率输出方式为螺旋桨的轴功率。涡轮螺旋桨发动机的螺旋桨后的空气流就相当于涡轮风扇发动机的外涵道，由于螺旋桨的直径比发动机大很多，气流量也远大于内涵道，因此这种发动机实际上相当于一台超大涵道比的涡轮风扇发动机。28涡轮轴发动机涡轮轴发动机是用于直升机的，它与旋翼配合，构成了直升机的动力装置。半个世纪以来，涡轴发动机已成功地发展了四代，功重比已从2kW/daN提高到6.8~7.1kW/daN。米-26直升机29涡轮轴发动机工作原理在构造上，涡轮轴发动机也有进气道、压气机、燃烧室和尾喷管等燃气发生器基本构造，但它一般都装有自由涡轮，如图所示，前面的是两级普通涡轮，它带动压气机，维持发动机工作，后面的二级是自由涡轮，燃气在其中作功，通过传动轴专门用来带动直升机的旋翼旋转，使它升空飞行。30燃气涡轮发动机发展综述60年来，航空涡轮发动机已经发展得相当成熟，为各种航空器的发展作出了重要贡献，其中包M3一级的战斗/侦察机，具有超声速巡航、隐身、短距起落和超机动能力的战斗机、亚声速垂直起落战斗机、满足180min双发干线客机延长航程（ETOPS）要求的宽体客机、有效载重大20t的巨型直升机和速度超过600km/h的倾转旋翼机。同时，还为各种航空改型轻型地面燃气轮机打下基础。31我国航空发动机发展现状32我国航空发动机发展现状我国航空发动机的研制是在新中国成立后一片空白的基础上发展起来的，从最初的仿制､改进､改型到今天可以独立设计制造高性能航空发动机，走过了一条布满荆棘的发展道路。一个国家，没有独立自主研制发展的航空发动机事业，就没有独立自主发展的航空工业；没有先进的航空发动机事业，就没有先进的航空工业。改革开放三十年,我国航空工业以“太行”发动机研制成功为标志，实现了我国军用航空发动机从第二代向第三代，从涡喷向涡扇、从中等推力向大推力的跨越。这“三大跨越”标志着我国已具备自主研制大推力军用发动机的能力，配装我军主战机种的发动机开始摆脱受制于人的被动局面。33我国航空发动机发展现状涡喷5发动机是我国根据前苏联BK-1φ发动机的技术资料仿制的第一种涡喷发动机，由沈阳航空发动机厂研制。涡喷5是一种离心式､单转子､带加力式航空发动机，单台最大推力为25．5千牛，加力推力为32．5千牛，重量为980千克，主要用于国产歼-5战斗机。歼-5，沈飞制造，装备国产涡喷5发动机34我国航空发动机发展现状涡喷6发动机是我国根据前苏联提供的PⅡ-9B型发动机技术资料制造的一种加力式涡喷发动机，主要用于装备国产歼-6战斗机及稍后研制的强-5强击机。同涡喷5发动机相比，涡喷6在性能上有了很大的提高，由亚音速发展到了超音速，压气机的结构也从离心式发展为轴流式，其最大推力为25．5千牛，加力推力为31．8千牛，虽与涡喷5相差不大，但重量却减轻了23%，只有708千克，直径也缩短了48%，大大减少了飞机的迎风面积，适合歼-6超音速飞行。35我国航空发动机发展现状涡喷7发动机是按前苏联提供的P-Ⅱ-300发动机的技术资料制造的，主要用于当时研制的2倍音速歼-7飞机。涡喷7发