飛機及發(fā)動機-1

1、飛機與發(fā)動機飛機與發(fā)動機A Brief Introduction to Aero-engine( (發(fā)動機部分）發(fā)動機部分） (20(20學(xué)時學(xué)時) )飛行學(xué)院 飛機與發(fā)動機內(nèi) 容1.1.了解航空燃氣發(fā)動機的作用以及其要求了解航空燃氣發(fā)動機的作用以及其要求2.2.掌握掌握航空燃氣渦輪發(fā)動機的分類、工作原航空燃氣渦輪發(fā)動機的分類、工作原理、特點以及其應(yīng)用理、特點以及其應(yīng)用（重難點）（重難點）3.3.了解航空燃氣渦輪發(fā)動機的發(fā)展歷史以及了解航空燃氣渦輪發(fā)動機的發(fā)展歷史以及其發(fā)展展望其發(fā)展展望1.1 引言在中國： 風(fēng)箏(楚漢時期) 世界上目前公認(rèn)最早的重于空氣的飛行器 孔明燈（五代時期） 世界上最早

2、的、最原始的熱氣球，也是現(xiàn)代熱氣球的鼻祖 文學(xué)作品：西游記封神演義1.1 引言 嫦娥奔月嫦娥奔月 舜帝的斗笠舜帝的斗笠 起花起花 在西方： 達芬奇筆下的“撲翼機” 、天使、飛毯傳說、小說以及電影1.1 引言撲翼機撲翼機1.1 引言噴氣發(fā)動機早期設(shè)想噴氣發(fā)動機早期設(shè)想 后果后果: 由于沒有后續(xù)的動力，一次次人類飛行失敗之后，飛行便轉(zhuǎn)向輕于空氣的航空器：氣球、飛艇、無動力的滑翔機。經(jīng)過長期的探索和不懈的追求，終于發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)飛上天有三種基本的途徑：v基于阿基米德浮力的原理。就是輕于空氣的飛行，包括熱氣球、包括氫氣、氦氣球，包括飛艇。v基于直接有升力的飛行。像火箭、垂直起落的飛機。v基于柏努利定律，以速

3、度換取升力的飛行。這就需要動力，如固定翼飛機、直升機、旋翼機都包括在內(nèi)。1.1 引言1900年，德國人齊白林1929年最豪華的“齊白林伯爵”號飛艇用21天5小時完成了環(huán)球飛行1.1 引言“齊白林伯爵齊白林伯爵”號飛號飛艇艇v1763年瓦特改良了蒸汽機，推動了工業(yè)革命的發(fā)展。但是由于蒸汽機太重，它沒有辦法裝到飛機上，所以一百四十年以后萊特兄弟才把飛機飛上天。 v1810年英國科學(xué)家凱利發(fā)現(xiàn)了飛行原理。 v1883年發(fā)明內(nèi)燃機v萊特兄弟經(jīng)過了改進，裝到第一架“飛行者1號”上，最后飛上了天空，完成一個偉大的創(chuàng)舉！v第1次飛行時間約12秒，飛行距離約36米，其中一次持續(xù)飛行59秒，飛行距離達260米左

4、右1.1 引言1.1 引言飛行者飛行者1 1號號1.2 航空發(fā)動機作用、要求1.2.1 定義 發(fā)動機是將燃料燃燒釋放出的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的裝置。動力裝置除了包括發(fā)動機本體及必需的工作系統(tǒng)（如燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、 起動點火系統(tǒng)）外，還包括有防冰系統(tǒng)、反推系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和外殼體等。 1.2.2 作用 航空燃氣渦輪發(fā)動機是現(xiàn)代飛機與直升機的主要動力（少數(shù)輕型、小型飛機和直升機采用航空活塞式發(fā)動機），為飛機提供推進力，為直升機提供升力。升力升力推進力推進力1.2 航空發(fā)動機作用、要求1.2.3 要求v發(fā)動機推力大、質(zhì)量小v發(fā)動機燃油消耗率低v發(fā)動機結(jié)構(gòu)尺寸要小v可靠性要好，使用壽命要長v環(huán)境污染要?。?/p>

5、排氣污染和噪音污染） 不同用途的發(fā)動機，其要求的側(cè)重點也不同： 戰(zhàn)斗機發(fā)動機要求推力大、重量輕、加速性好； 對于旅客機，要求有低的耗油率1.2 航空發(fā)動機作用、要求1.3 航空發(fā)動機的分類航空發(fā)動機活塞式噴氣式?jīng)_壓式渦輪式渦輪噴氣式發(fā)動機渦輪螺旋槳發(fā)動機渦輪風(fēng)扇發(fā)動機渦輪軸發(fā)動機單轉(zhuǎn)子 (M53)、雙轉(zhuǎn)子、多轉(zhuǎn)子（RB119、RB211）1.3 航空發(fā)動機的分類幻影戰(zhàn)斗機幻影戰(zhàn)斗機三轉(zhuǎn)子三轉(zhuǎn)子雙轉(zhuǎn)子雙轉(zhuǎn)子1.3 航空發(fā)動機的分類1.4 工作原理及其特點活塞式發(fā)動機活塞式發(fā)動機1.4 工作原理及其特點活塞式發(fā)動機工作原理活塞式發(fā)動機工作原理1.4 工作原理及其特點1.4.1 組成 單轉(zhuǎn)子渦輪噴氣

6、發(fā)動機是由進氣道、壓氣機、燃燒室、渦輪和噴管五大部件組成。渦輪噴氣發(fā)動機渦輪噴氣發(fā)動機1.4.2 燃氣渦輪噴氣發(fā)動機q工作原理及其特點1.4 工作原理及其特點渦輪噴氣發(fā)動機渦輪噴氣發(fā)動機1.4 航空燃氣渦輪發(fā)動機特點及其應(yīng)用渦輪噴氣發(fā)動機工作情形圖渦輪噴氣發(fā)動機工作情形圖結(jié)合下圖：q功能 渦噴發(fā)動機是20世紀(jì)50、60年代應(yīng)用最為廣泛的航空燃氣渦輪發(fā)動機，當(dāng)時不僅是高速殲擊機的唯一動力，而且也為許多轟炸機、旅客機所采用。 國產(chǎn)的殲六、殲七、殲八等殲擊機上，均采用了帶加力燃燒室的渦噴發(fā)動機。1.4 工作原理及其特點加力渦輪噴氣發(fā)動機加力渦輪噴氣發(fā)動機q主要特點：適用于高速飛行；不需要受速度限制的

7、螺旋槳作為推進器；帶加力燃燒室的渦噴發(fā)動機突破音速。耗油率較高 由于渦噴發(fā)動機的推力是由高速排出高溫燃氣所獲得的，所以在得到推力的同時，有不少由燃料燃燒所獲得的能量以燃氣的動能和熱能的形式排出發(fā)動機，能量損失較大，因此耗油率較高。1.4 工作原理及其特點渦噴與活塞式加螺旋槳式比較推力：渦噴：隨著飛行速度增大而增加活塞式：取決于氣缸的數(shù)目和尺寸工作過程連續(xù)性1) 經(jīng)濟性1.4 工作原理及其特點工作原理及其特點渦噴、活塞式加螺旋槳發(fā)動機工作原理比較渦噴、活塞式加螺旋槳發(fā)動機工作原理比較1.5.2 渦輪螺旋槳發(fā)動機(簡稱渦漿發(fā)動機) 渦槳發(fā)動機是在渦噴發(fā)動機的基礎(chǔ)上，吸取航空活塞式發(fā)動機的優(yōu)點發(fā)展而

8、來的。20世紀(jì)50年代研制的旅客機、運輸機采用渦槳發(fā)動機較多，目前支線用的旅客機仍以渦槳發(fā)動機作為主要動力。q工作原理1.4 工作原理及其特點1.4 工作原理及其特點渦槳發(fā)動機渦槳發(fā)動機 q主要特點：v適用于低、中速飛行 由于渦槳發(fā)動機以直徑較大的螺旋槳作為推進器，飛行速度受到限制，M=0.50.7。v耗油率低 燃氣中的大部分能量（85%90%）在動力渦輪中膨脹作功，驅(qū)動螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生大部分拉力，剩下的很少能量（10%15%）在尾噴管中膨脹，產(chǎn)生一小部分推力。由于排氣能量損失小，推進效率高，所以耗油率低。1.4 工作原理及其特點 1.4.3 渦輪軸發(fā)動機（簡稱渦軸發(fā)動機）q工作原理1.4 工作

9、原理及其特點渦軸發(fā)動機渦軸發(fā)動機 q 特點：v渦軸發(fā)動機是用于直升機上的，基本同于渦槳發(fā)動機，主要區(qū)別： 一是燃氣發(fā)生器排出的燃氣能量，幾乎全部在渦輪中膨脹作功，尾噴管排氣速度較低，幾乎不產(chǎn)生推力；二是輸出軸轉(zhuǎn)速較高。v渦軸發(fā)動機也可以作為非航空領(lǐng)域中的動力，如地面發(fā)電機、油泵、水泵等的動力，艦船用的動力等。 1.4 工作原理及其特點 1.4.4 渦輪風(fēng)扇發(fā)動機（簡稱渦扇發(fā)動機）q工作原理1.4 工作原理及其特點渦扇發(fā)動機渦扇發(fā)動機1.4 工作原理及其特點PW40001.4 工作原理及其特點JT9D 渦扇發(fā)動機是在雙轉(zhuǎn)子渦噴發(fā)動機的基礎(chǔ)上，吸取渦槳發(fā)動機的優(yōu)點發(fā)展起來的。其性能介于渦噴發(fā)動機和

10、渦槳發(fā)動機之間。 渦扇發(fā)動機是目前應(yīng)用最為廣泛的一種。較大型民航機幾乎都采用渦扇發(fā)動機作為動力，帶加力燃燒室的渦扇發(fā)動機則適合作高超音速（M2.3）作戰(zhàn)飛機的動力裝置。q主要特點:耗油率低、起飛推力大、噪音低、迎風(fēng)面積大。適用于較高的飛行速度，且在很廣的飛行速度范圍內(nèi)，都能滿足推力和經(jīng)濟性的要求。1.4 工作原理及其特點 1.4 工作原理及其特點1.4 工作原理及其特點1.4 工作原理及其特點CFM56B737、A320、A340-200/300CFMCFM公司是由法國斯奈公司是由法國斯奈克瑪發(fā)動機公司和通用克瑪發(fā)動機公司和通用電氣公司各出資一半成電氣公司各出資一半成立的合資企業(yè)立的合資企業(yè)

11、1.4 工作原理及其特點起飛推力（daN）89008900巡航推力（daN）20702070巡航耗油率(kg/daN.h)0.6780.678推重比4.904.90空氣流量（kg/s）297.4297.4涵道比5.005.00渦輪前燃氣溫度（）12661266總增壓比22.622.6風(fēng)扇直徑（mm）15241524長度（mm）23622362質(zhì)量（kg）19411941l 級：u風(fēng)扇u3級低壓壓氣機(LPC)u9級高壓壓氣機(HPC)u環(huán)形燃燒室u單級高壓渦輪(HPT)u4級低壓渦輪(LPT)1.4 工作原理及其特點JT9DB747、767、A300、A310起飛推力（daN）22242推重比

12、5.63巡航耗油率（kg/daN.h）0.706涵道比5.10空氣流量（kg/s）701總增壓比24.16渦輪前燃氣溫度（）1312總長度（mm）3256最大直徑（mm）2428質(zhì)量（kg）40141.4 工作原理及其特點l 級：u風(fēng)扇u3級低壓壓氣機(LPC)u11級高壓壓氣機(HPC)u環(huán)形燃燒室u2級高壓渦輪(HPT)u4級低壓渦輪(LPT)PW2037B757-200l 級：u風(fēng)扇u4級低壓壓氣機(LPC)u12級高壓壓氣機(HPC)u環(huán)形燃燒室u2級高壓渦輪(HPT)u5級低壓渦輪(LPT)1.4 工作原理及其特點起飛推力（起飛推力（daNdaN）PW2037PW2037170101

13、7010PW2040PW20401855018550最大巡航推力（最大巡航推力（daNdaN）PW2037PW203736703670PW2040PW204036703670巡航耗油率巡航耗油率kg/(daN.hkg/(daN.h） PW2037PW20370.5740.574PW2040PW20400.5740.574總增壓比總增壓比PW2037PW203727.6027.60PW2040PW204027.6027.60推重比推重比PW2037PW20375.245.24PW2040PW20405.715.71空氣流量（空氣流量（kg/skg/s）PW2037PW2037549549PW20

14、40PW2040569569涵道比涵道比PW2037PW20376.006.00PW2040PW20405.905.90渦輪進口溫度（渦輪進口溫度（）PW2037PW203714051405PW2040PW204014251425最大直徑（最大直徑（mmmm）PW2037PW203721542154PW2040PW204021542154長度（長度（mmmm）PW2037PW203737293729PW2040PW2040372937291.4 工作原理及其特點1.4 工作原理及其特點PW4000B747-400、B767-200/-300、MD-11、A300-600、A310-300 起飛

15、推力（daN）PW405625274總增壓比PW405630.0PW415624940PW415630.0巡航耗油率kg/（daN.h）PW40000.602推重比PW40005.50空氣流量（kg/s）PW4000802涵道比PW40005.00渦輪進口溫度（）PW40001301最大直徑（mm）PW40002469長度（mm）PW400039011.4 工作原理及其特點l 級：u風(fēng)扇u4級低壓壓氣機(LPC)u11級高壓壓氣機(HPC)u環(huán)形燃燒室u2級高壓渦輪(HPT)u4級低壓渦輪(LPT)V25001.4 工作原理及其特點A319, A320, A321、MD90 IAEIAE是一家

16、多國航空發(fā)動是一家多國航空發(fā)動機合作公司，其股東公司有機合作公司，其股東公司有美美、英英、日日、意意和和德德五五國航國航空發(fā)動機公司?？瞻l(fā)動機公司。起飛推力（daN）11130總增壓比29.4巡航耗油率kg/（daN.h）0.592質(zhì)量（kg）2303推重比4.93空氣流量（kg/s）355.5涵道比5.40渦輪進口溫度（）1427風(fēng)扇直徑（mm）1613長度（mm）3200l 級：u風(fēng)扇u4級低壓壓氣機(LPC)u10級高壓壓氣機(HPC)u環(huán)形燃燒室u2級高壓渦輪(HPT)u5級低壓渦輪(LPT)1.4 工作原理及其特點 1.4 工作原理及其特點RB211-535ERB211-535EB7

17、57-200B757-200起飛推力（daN）1785919200最大爬升推力（10670m,Ma=0.8,daN）4057最大巡航推力（daN,H=10670m,Ma=0.8 ）3783最大巡航耗油率kg/（daNh）0.609渦輪進口溫度（）（正常工作）1149總增壓比25.8涵道比4.3風(fēng)扇直徑（mm）1882空氣流量（kg/s）522.5推重比5.525.93質(zhì)量（kg）3297長度（mm）29951.4 工作原理及其特點l 級：u風(fēng)扇u6級中壓壓氣機(IPC)u6級高壓壓氣機(HPC)u環(huán)形燃燒室u1級高壓渦輪(HPT) u1級中壓渦輪(IPT)u3級低壓渦輪(LPT) 1.4 工作

18、原理及其特點遄達遄達900900A3801.4 工作原理及其特點遄達900發(fā)動機 在目前8家已做出發(fā)動機選擇決定的航空運營商中，有5家選擇了遄達900發(fā)動機。l 新加坡航空公司 （10架確認(rèn)訂單+15架意向訂單）l 澳大利亞快達航空公司 （12架確認(rèn)訂單）l 英國維珍航空公司 （6架確認(rèn)訂單+6架意向訂單）l 德國漢莎航空公司 （15架確認(rèn)訂單+10架意向訂單）l 馬來西亞航空公司 （6架確認(rèn)訂單） 共計：80架飛機（安裝320臺發(fā)動機） 市場占有率：50%（確認(rèn)訂單和意向訂單之和）1.4 工作原理及其特點l 推力：70,000 76,500磅（適航證書認(rèn)證推力達80,000磅）l 總壓力比：

19、37:1 39:1l 旁通比：8.7:1 8.5:1l 入口質(zhì)量流量：2,655 - 2,745磅/秒l 風(fēng)扇直徑：116英寸l 長度：179英寸l 重量：14,190磅 l 級：u風(fēng)扇u8級中壓壓氣機(IPC)u6級高壓壓氣機(HPC)u環(huán)形燃燒室u單級高壓渦輪(HPT)u單級中壓渦輪(IPT)u5級低壓渦輪(LPT)1.4 工作原理及其特點CF6A300, A310 、 A330、 B747, B767、DC-10 and MD-111.4 工作原理及其特點GE90B7771.5 發(fā)展歷史回顧 航空發(fā)動機的百年歷史大致可分為兩個時期： 第一個時期從萊特兄弟的首次飛行開始到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束

20、為止。在這個時期內(nèi)，活塞式發(fā)動機統(tǒng)治了40年左右 第二個時期從第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束至今。60年來，航空燃氣渦輪發(fā)動機取代了活塞式發(fā)動機，開創(chuàng)了噴氣時代，居航空動力的主導(dǎo)地位。1.5.1活塞式發(fā)動機時期1914-1918 年的第一次世界大戰(zhàn)，使飛機很快地找到了自己最初的用武之地，戰(zhàn)爭成為了航空技術(shù)發(fā)展的原動力。一戰(zhàn)期間各國共生產(chǎn)飛機18 萬架。一戰(zhàn)后，航空技術(shù)迅速轉(zhuǎn)為民用，1919 年8 月英法開通了定期空中客運。隨后的幾家航空公司組建了國際航空運輸協(xié)會（IATA）。真正意義的民用航空開始于1919 年。1919 年，是民用航空的元年。一戰(zhàn)后到二戰(zhàn)前，是民用航空初創(chuàng)并發(fā)展的一段時間。1.5 發(fā)展歷

21、史回顧 第二次世界大戰(zhàn)（1939-1945）的開始中斷了民航的正常發(fā)展。 在兩次世界大戰(zhàn)中，以活塞式發(fā)動機+螺旋槳為動力的各種作戰(zhàn)飛機發(fā)揮了巨大作用，到二戰(zhàn)結(jié)束時，以螺旋槳為動力的飛機的飛行速度最大達到了約每小時700公里。（R&R 梅林 PW 雙黃蜂）1.5 發(fā)展歷史回顧梅林梅林德國德國Bf109Bf109戰(zhàn)斗機戰(zhàn)斗機 “周恩風(fēng)周恩風(fēng)”戰(zhàn)斗戰(zhàn)斗機機P-51“P-51“野馬野馬”1.5 發(fā)展歷史回顧1.5 發(fā)展歷史回顧“雙黃蜂雙黃蜂”雙排星形雙排星形1818缸缸氣冷發(fā)動機氣冷發(fā)動機P-47P-47戰(zhàn)斗機戰(zhàn)斗機P-61P-61黑寡婦黑寡婦 截?fù)魴C截?fù)魴C 1.5.2 噴氣時代1937年3月

22、，德國亨克爾公司研制的噴氣發(fā)動機首次運轉(zhuǎn)。1939年8月27日，裝這種發(fā)動機的He-178飛機實現(xiàn)了世界上第一次噴氣動力飛行，航空事業(yè)從些開始跨入了噴氣時代。1947年10月14日，X-1飛機首次成功地沖過了“音障”，實現(xiàn)了超音速飛行。 1976年，英法聯(lián)合研制的“協(xié)和”式超音速客機投入使用。噴氣戰(zhàn)斗機動力大致經(jīng)歷了四次更新?lián)Q代。 1.5 發(fā)展歷史回顧 He178He178噴氣式飛噴氣式飛機機WIWI型發(fā)動機型發(fā)動機 1.5 發(fā)展歷史回顧 F-86F-86戰(zhàn)斗機戰(zhàn)斗機(J47)(J47) 1.5 發(fā)展歷史回顧米格米格-15-15戰(zhàn)斗機戰(zhàn)斗機(BK-1)(BK-1) 斯貝斯貝“MK202MK20

23、2加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動機機1.5 發(fā)展歷史回顧F-4F-4鬼怪鬼怪 式戰(zhàn)斗機式戰(zhàn)斗機 F-15F-15 F110 加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動機 1.5 發(fā)展歷史回顧 F110 F110加力式渦加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動機輪風(fēng)扇發(fā)動機（F-15F-15、F-16F-16）F-15F-15鷹式戰(zhàn)斗機鷹式戰(zhàn)斗機 F404 F404加力式渦加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動機輪風(fēng)扇發(fā)動機 1.5 發(fā)展歷史回顧 美國空軍用的F-16（1978年）、海軍用的F/A-18（1980年），歐洲的“狂風(fēng)” （1980年），前蘇聯(lián)的米格-29（1983年）、蘇-27（1984年） 美國的第四代戰(zhàn)斗美國的第四代戰(zhàn)斗/ /攻擊機攻擊

24、機F/AF/A2222 1.6 發(fā)展歷史回顧 F119-PW-100 F119-PW-100加加力渦扇發(fā)動機力渦扇發(fā)動機 F-35F-35（ F119 F119 ）1.5 發(fā)展歷史回顧民用航空的動力也大致經(jīng)歷了四個階段：第一階段：活塞式發(fā)動機第二階段：噴氣發(fā)動機 1949年出現(xiàn)了第一種用加力渦輪噴氣發(fā)動機“埃汶”為動力的民航客機彗星號，標(biāo)志著民用飛機噴氣發(fā)動機時代的到來。1.5 發(fā)展歷史回顧彗星號彗星號 第三階段：低涵道比(1.5-2.5)渦輪風(fēng)扇發(fā)動機 60 年代初的低涵道比(1.5-2.5)渦輪風(fēng)扇發(fā)動機，耗油率為0.07-0.08 kg/（Nh），廣泛用于波音727、737，DC-9，“三叉戟”等飛機，逐步代替了耗油率高、經(jīng)濟性差的渦噴發(fā)動機.1.5 發(fā)展歷史回顧B727B727 B727B7271.5 發(fā)展歷史回顧B737B737 第四階段：大涵道比渦輪風(fēng)