航空燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)概述電子教案

1、項(xiàng)目 （任務(wù)）模塊一 航空燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)概述授課班級授課教師地 點(diǎn)課時(shí)/累計(jì)審批/日期張宏超4授課周次課程類型理論教學(xué)方法理實(shí)一體教學(xué)目標(biāo)知 識 目 標(biāo)能力（技能）目標(biāo)1.掌握航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展史；2.掌握航空發(fā)動(dòng)機(jī)的分類方法；3.掌握航空發(fā)動(dòng)機(jī)的組成；4.掌握航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理。1.能識別不同類型的航空發(fā)動(dòng)機(jī)； 2.能識別航空發(fā)動(dòng)機(jī)的主要部件；3.講述不同航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理。重難點(diǎn)及解決方法1.識別不同類型的航空發(fā)動(dòng)機(jī)；2.講述不同航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理。解決方法：理論聯(lián)系實(shí)際，用實(shí)物講解；用動(dòng)畫演示工作原理。能力訓(xùn)練任務(wù)及案例用影片引導(dǎo)方法講解說明一戰(zhàn)、二戰(zhàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的突飛猛進(jìn)發(fā)展。教學(xué)回顧1

2、.1 航空燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)概述1.1.1航空燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)定義及發(fā)展1.航空燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)定義為飛行器提供動(dòng)力，推動(dòng)飛行器前進(jìn)的裝置稱為推進(jìn)系統(tǒng)，也稱為動(dòng)力裝置。它由發(fā)動(dòng)機(jī)、推進(jìn)劑或燃料系統(tǒng)，以及保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常有效工作所需要的導(dǎo)管、附件、儀表和固定在飛行器上的裝置等組成。推進(jìn)系統(tǒng)的核心部件是發(fā)動(dòng)機(jī)，為了方便，可簡稱為發(fā)動(dòng)機(jī)。2.航空燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展1903年12月17日，萊特兄弟在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，完成了公認(rèn)的世界上第一次有動(dòng)力飛行。航空發(fā)動(dòng)機(jī)誕生一百多年來，主要經(jīng)歷了兩個(gè)階段。前40年(19031945年)，為活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)統(tǒng)治時(shí)期。后70年(19452011年)，為噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)代。1.1.2航空

3、燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)要求現(xiàn)代的大中型飛機(jī)和高速飛機(jī)都使用了噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)；但是由于經(jīng)濟(jì)性好，易于維護(hù)，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)在仍然在大量使用，主要應(yīng)用在各類小型、低速飛機(jī)上。無論采用哪種形式，當(dāng)作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，其基本要求有如下幾點(diǎn)。1.功率重量比大設(shè)計(jì)飛機(jī)的任何部件，都應(yīng)在滿足使用要求的前提下，盡量減輕其重量。對發(fā)動(dòng)機(jī)來說，就是要保證足夠大的功率而自身重量又很輕。衡量發(fā)動(dòng)機(jī)功率大、重量輕的標(biāo)準(zhǔn)是“功率重量比”。即發(fā)動(dòng)機(jī)所發(fā)出的功率與發(fā)動(dòng)機(jī)重量之比值?！肮β手亓勘取痹酱?，表示在相同功率的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)越輕。2.燃油消耗量小發(fā)動(dòng)機(jī)是否省油，是飛機(jī)使用的重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。評定發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，常用“燃油消耗率”作標(biāo)準(zhǔn)

4、?！叭加拖穆省笔侵竼挝还β试谝恍r(shí)內(nèi)所消耗的燃油重量。燃油消耗率越小，說明發(fā)動(dòng)機(jī)越省油。3.迎風(fēng)面積小航空發(fā)動(dòng)機(jī)在保證功率不減小的前提下，應(yīng)力求減小“迎風(fēng)面積”，以減小空氣阻力。4.工作安全可靠、壽命長要維持安全飛行，發(fā)動(dòng)機(jī)就必須始終處于可靠狀態(tài)，所以發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性是十分重要的。為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作安全可靠，必須精心設(shè)計(jì)，選用合適材料，嚴(yán)格工藝規(guī)程。5.維護(hù)、修理方便維護(hù)、修理統(tǒng)稱為維修。這是保證發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性的重要工作。發(fā)動(dòng)機(jī)能否隨時(shí)處于可靠狀態(tài)，很大程度取決于“維修”質(zhì)量。維修的好壞，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命。維護(hù)的目的之一，是發(fā)現(xiàn)故障和排除故障，并對必要的部位進(jìn)行檢測、清洗、更換潤滑油等。根據(jù)發(fā)動(dòng)

5、機(jī)工作的長短，維護(hù)工作一般都按不同的項(xiàng)目定期進(jìn)行?！靶蘩怼眲t是在零部件損壞的情況下才進(jìn)行的。由于“維修”工作量很大，所以占飛機(jī)使用成本的很大比例。這就有必要在設(shè)計(jì)時(shí)考慮便于拆裝、檢查和維修的方便性，以減小維修工作量，降低維修成本。1.1.3航空發(fā)動(dòng)機(jī)的基本類型1.航空發(fā)動(dòng)機(jī)分類方法航空推進(jìn)系統(tǒng)按其組成和工作原理可分為兩大類：一類是直接反作用推進(jìn)系統(tǒng)，另一類是間接反作用推進(jìn)系統(tǒng)，如圖1-10所示。圖1-10 航空推進(jìn)系統(tǒng)分類2.燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的基本類型1）渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)在單個(gè)流道內(nèi)，渦輪出口燃?xì)庵苯釉趪姽苤信蛎洠谷細(xì)饪捎媚芰哭D(zhuǎn)變?yōu)楦咚賴姎獾膭?dòng)能而產(chǎn)生反作用力，推動(dòng)飛機(jī)前進(jìn)。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)按壓氣

6、機(jī)形式分為離心式和軸流式，按轉(zhuǎn)子數(shù)目分為單轉(zhuǎn)子和雙轉(zhuǎn)子。單轉(zhuǎn)子軸流式渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)參見圖1-11。2）渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)獍l(fā)生器出口的燃?xì)庠诘蛪簻u輪中進(jìn)一步膨脹做功，用于帶動(dòng)外涵道風(fēng)扇，使外涵道氣流的噴射速度增大，剩下的可用能量繼續(xù)在噴管中轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚倥艢獾膭?dòng)能，其結(jié)構(gòu)見圖1-12。內(nèi)、外兩股氣流可分別排出，也可混合后一起排出。在燃?xì)獍l(fā)生器相同的情況下，渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量大，排氣速度低，所以推進(jìn)效率高，耗油率低，噪聲低。不加力的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)是高亞聲速旅客機(jī)和運(yùn)輸機(jī)的理想動(dòng)力；帶加力的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)則適用于超聲速軍用飛機(jī)。渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)有多達(dá)3個(gè)轉(zhuǎn)子的。目前正在研究一種超聲速通流渦扇發(fā)

7、動(dòng)機(jī)，其壓縮系統(tǒng)為超聲速通流級，即進(jìn)口和出口軸向氣流速度均為超聲速的級。這種超聲速通流級的風(fēng)扇或壓氣機(jī)的級壓比可達(dá)2.53.5。超聲速通流渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)可使渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的適用飛行馬赫數(shù)提高到5。3）渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)靠動(dòng)力渦輪把燃?xì)獍l(fā)生器出口燃?xì)庵械拇蟛糠挚捎媚芰哭D(zhuǎn)變?yōu)檩S功率用以驅(qū)動(dòng)空氣螺旋槳。由于螺旋槳轉(zhuǎn)速較低，動(dòng)力渦輪與螺槳之間設(shè)有減速器。燃?xì)庵惺Ｏ滦〔糠挚捎媚?約10%)在噴管中轉(zhuǎn)為氣流動(dòng)能，直接產(chǎn)生推力，如圖1-13所示。渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)與活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)相比，具有重量輕、振動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)；與渦輪噴氣和渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)相比，則具有耗油率低和起飛推力大的優(yōu)點(diǎn)。受螺旋槳性能的限制，飛行速度一般不超過800k

8、m/h。因此，在大型遠(yuǎn)程運(yùn)輸機(jī)上，渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)已為渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)所取代，但在中、小型運(yùn)輸機(jī)和通用飛機(jī)上仍有廣泛用途。4）槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)既可看作帶高速先進(jìn)螺槳的渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)，又可看作除去外涵道的大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，因而兼有前者耗油率低和后者飛行速度高的優(yōu)點(diǎn)。槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件是先進(jìn)高速螺槳，它帶有多個(gè)寬弦、薄葉型的后掠槳葉，能在飛行馬赫數(shù)0.8下保持較高的效率。槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)的概念研究始于20世紀(jì)70年代中期。80年代后半期已完成地面和飛行驗(yàn)證試驗(yàn)，基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。由于航空公司的綜合經(jīng)濟(jì)因素和公眾接受心理等種種原因，槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)尚未進(jìn)入實(shí)用階段。5）渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)其工作原理和結(jié)構(gòu)與渦輪螺槳發(fā)

9、動(dòng)機(jī)基本相同，只是燃?xì)獍l(fā)生器出口燃?xì)馑捎媚芰繋缀跞繛閯?dòng)力渦輪吸收，由噴管流出的燃?xì)庵划a(chǎn)生很小的推力或根本不產(chǎn)生推力。其主要用途是驅(qū)動(dòng)直升機(jī)的旋翼，也可用作地面動(dòng)力。6）垂直/短距起降動(dòng)力裝置垂直/短距起降動(dòng)力裝置能為垂直/短距起降飛機(jī)提供等于、大于飛機(jī)起飛重量(垂直起降飛機(jī))或略小于飛機(jī)起飛重量(短距起降飛機(jī))的垂直推力(升力)，并為飛機(jī)提供水平飛行的推力。1.1.4航空燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)組成及工作原理1.活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)航空活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)是利用汽油與空氣混合，在密閉的容器(汽缸)內(nèi)燃燒，膨脹做功的機(jī)械?；钊桨l(fā)動(dòng)機(jī)必須帶動(dòng)螺旋槳，由螺旋槳產(chǎn)生推(拉)力。所以，作為飛機(jī)的動(dòng)力裝置時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)與螺旋槳是不

10、能分割的。1)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的主要組成活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)主要由汽缸、活塞、連桿、曲軸、氣門機(jī)構(gòu)、螺旋槳減速器、機(jī)匣等組成。2)四沖程活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理(1)進(jìn)氣沖程 發(fā)動(dòng)機(jī)開始工作時(shí)，首先進(jìn)入“進(jìn)氣沖程”。汽缸頭上的進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉，活塞從上死點(diǎn)向下滑到下死點(diǎn)為止。汽缸內(nèi)的容積逐漸增大，氣壓降低(低于外面的大氣壓)。于是新鮮的燃油和空氣的混合氣體通過打開的進(jìn)氣門被吸入汽缸內(nèi)，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到下死點(diǎn)時(shí)，進(jìn)氣門關(guān)閉，進(jìn)氣沖程結(jié)束。(2)壓縮沖程 在第一個(gè)沖程結(jié)束后，曲軸依靠慣性的作用繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，把活塞由下死點(diǎn)向上推動(dòng)。這時(shí)進(jìn)氣門和排氣門一樣都已經(jīng)關(guān)閉。汽缸內(nèi)的容積逐漸減少，混合氣體受到活塞的強(qiáng)烈壓縮。

11、當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到上死點(diǎn)時(shí)，混合氣體被壓縮在上死點(diǎn)和汽缸頭之間的狹小空間內(nèi)，這個(gè)小空間叫做“燃燒室”。這時(shí)，混合氣體的溫度也增加到400左右。(3)工作沖程 在壓縮沖程快結(jié)束時(shí)，此時(shí)活塞接近上死點(diǎn)，汽缸頭上的火花塞通過高壓電產(chǎn)生了電火花，將混合氣體點(diǎn)燃，燃燒的時(shí)間很短，大約為0.015s，但是速度很快。氣體猛烈膨脹，壓強(qiáng)急劇增高，燃燒氣體的溫度接近2500?；钊谌?xì)獾膹?qiáng)大壓力作用下，向下死點(diǎn)迅速運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)連桿向下運(yùn)動(dòng)，連桿便帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)起來。這時(shí)汽油燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，從而做功。這個(gè)沖程是使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠工作而獲得動(dòng)力的唯一沖程。其余三個(gè)沖程都是為這個(gè)沖程做準(zhǔn)備的。(4)排氣沖程 工作沖程結(jié)束后

12、，由于慣性，曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，使活塞由下死點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)。這時(shí)進(jìn)氣門仍舊關(guān)閉而排氣門打開，燃燒后的廢氣便通過排氣門向外排出。當(dāng)活塞到達(dá)上死點(diǎn)時(shí)，絕大部分的廢氣已經(jīng)被排出。然后排氣門關(guān)閉，進(jìn)氣門打開，活塞又從上死點(diǎn)下行，開始了新一輪的循環(huán)。汽油的熱能通過燃燒轉(zhuǎn)化為推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，帶動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)而做功，這一總的過程叫做一個(gè)“循環(huán)”。這是一種周而復(fù)始的運(yùn)動(dòng)。由于其中包含著熱能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，所以又叫“熱循環(huán)”。發(fā)動(dòng)機(jī)每進(jìn)行一次循環(huán)，活塞往復(fù)兩次，經(jīng)過四個(gè)沖程，因此這種發(fā)動(dòng)機(jī)被稱作四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，也被叫做復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)。2.空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)由于螺旋槳在高速飛行條件下阻力增大，尤其是在飛機(jī)接近聲速時(shí)，螺旋槳上各點(diǎn)

13、的速度基本上都達(dá)到或者超過聲速，這時(shí)在葉尖產(chǎn)生激波，使阻力大增。同時(shí)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)在降低功率重量比上已接近極限，因此為了提高飛機(jī)的飛行速度，人們迫切需要一種新的動(dòng)力裝置來取代活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。于是噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)脫穎而出，1939年在德國試飛了世界上第一架噴氣式飛機(jī)He178(見圖1-22)，從此人類進(jìn)入了噴氣時(shí)代。航空燃料(航空煤油)在噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒導(dǎo)致氣體膨脹后，膨脹的燃?xì)庀蚝笈懦鲆援a(chǎn)生巨大的作用力從而使飛機(jī)受到向前的推力。它分為兩大類，一類是自帶燃油和氧化劑的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，它不依靠外界環(huán)境而是靠自身?xiàng)l件燃燒產(chǎn)生動(dòng)力，這類發(fā)動(dòng)機(jī)是航天飛行器的唯一動(dòng)力形式；另一類是自帶燃油，但是依靠空氣中的氧氣進(jìn)行燃燒，所以在大氣層內(nèi)飛行，被稱為空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，它是噴氣式航空器的主要?jiǎng)恿π问健?1)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的基本組成渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)通常由進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪和尾噴管組成。部分軍用發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪和尾噴管間