航空動力1概述課件

1、第4章 航空動力概述航空動力系統(tǒng)作用：為航空器提供動力，推動航空器前進(jìn)的裝置，也稱航空推進(jìn)系統(tǒng)。組成：航空發(fā)動機(jī)及所必需的系統(tǒng)和附件，如燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)和防火系統(tǒng)等。航空動力裝置-分類1按作用力原理：直接反作用力動力裝置利用向后噴射高速氣流產(chǎn)生向前的反作用力來推進(jìn)飛行器，又叫噴氣式發(fā)動機(jī)。間接反作用力動力裝置由發(fā)動機(jī)帶動飛機(jī)的螺旋槳、直升機(jī)的旋翼旋轉(zhuǎn)對空氣作功使空氣加速向后、向下流動時，空氣對螺旋槳產(chǎn)生反作用力來推進(jìn)飛行器。航空動力裝置分類1牛頓第三定律：作用在物體上的每一個力都有一方向相反大小相等的反作用力。生活案例現(xiàn)象：燃放爆竹充氣的氣球放出空氣或氣體時。物體沿著與（

2、尾部火藥）噴氣相反的方向急速飛走。航空動力裝置分類1直接反作用力裝置（噴氣發(fā)動機(jī)）火箭發(fā)動機(jī)組合發(fā)動機(jī)沖壓噴氣發(fā)動機(jī)渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)渦輪噴氣發(fā)動機(jī)航空動力裝置分類1火箭發(fā)動機(jī)火箭工作時間短、控制困難等原因，不適于作飛機(jī)的動力航空動力裝置分類1組合發(fā)動機(jī)航空動力裝置分類1沖壓噴氣發(fā)動機(jī)協(xié)和號飛機(jī)的繼任者-洛克希德-馬丁公司設(shè)計(jì)的超音速綠色飛機(jī) 航空動力裝置分類1渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)F404渦扇發(fā)動機(jī)航空動力裝置分類1渦輪噴氣發(fā)動機(jī)航空動力裝置分類1間接反作用力動力裝置渦輪軸發(fā)動機(jī)渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)槳扇發(fā)動機(jī)活塞式發(fā)動機(jī)航空電動機(jī)航空動力裝置分類1渦輪軸發(fā)動機(jī)英、法合作生產(chǎn)的裝有兩臺渦輪軸發(fā)動機(jī)的“山貓”多

3、用途直升機(jī) 航空動力裝置分類1渦輪軸螺旋槳發(fā)動機(jī)運(yùn)-7航空動力裝置分類1槳扇發(fā)動機(jī)安-70航空動力裝置分類1活塞式發(fā)動機(jī)初教-6航空動力裝置分類1航空電動機(jī)德國Microdrones公司 研制的MD4-200四旋翼飛行器系統(tǒng) 航空動力裝置分類2按空氣是否參加發(fā)動機(jī)工作來分：吸氣（活塞）式發(fā)動機(jī)、火箭噴射式發(fā)動機(jī)。吸氣（活塞）式發(fā)動機(jī)：活塞式、沖壓噴氣式和燃?xì)鉁u輪（組合）式發(fā)動機(jī)；火箭噴射式發(fā)動機(jī)：化學(xué)火箭、核火箭和電火箭發(fā)動機(jī)。航空動力裝置分類2航空動力裝置分類2吸氣（活塞式）發(fā)動機(jī)組合發(fā)動機(jī)沖壓噴氣發(fā)動機(jī)活塞式發(fā)動機(jī)國產(chǎn)大飛機(jī)發(fā)動機(jī)“長江”CJ-1000A航空動力裝置-分類2燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)渦

4、輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)渦輪噴氣發(fā)動機(jī)渦輪軸發(fā)動機(jī)渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)槳扇發(fā)動機(jī)航空動力裝置發(fā)展簡史活塞式發(fā)動機(jī)1885年，萊特兄弟（美）在技師泰勒的幫助下，設(shè)計(jì)制造了一臺活塞式汽油發(fā)動機(jī)；1903年將這種發(fā)動機(jī)和螺旋槳裝于萊特兄弟制造的一架雙翼飛機(jī)，完成人類歷史上的首次有動力的飛行，開創(chuàng)飛行的新紀(jì)元。從二十世紀(jì)初到二十世紀(jì)四十年代中期，所有帶動力的飛行器都以活塞式發(fā)動機(jī)/螺旋槳為動力裝置。航空動力裝置發(fā)展簡史燃油渦輪發(fā)動機(jī)1913年，雷恩.洛蘭（法）提出沖壓噴氣發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)，并獲得專利。因條件所限，噴氣推進(jìn)只是空想。1930年，弗蘭克.惠特爾（英）獲得燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)專利，這是第一個使用噴氣發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)。11年

5、后，他設(shè)計(jì)的發(fā)動機(jī)首次飛行，從而成為渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的鼻祖。航空動力裝置發(fā)展簡史燃油渦輪發(fā)動機(jī)1936年，德國人漢斯.馮.奧海因 博士完成研制界上第一臺離心式噴氣發(fā)動機(jī) HeS-3A 。該發(fā)動機(jī)的發(fā)展型 HeS-3B 裝在首架噴氣式飛機(jī)亨克爾He-178 上，1939年8月27日完成首飛，飛行速度達(dá)到700 km/h。 1942年，德國人海爾伯特 瓦格納 (Herbert Wagner) 教授完成世界上第一臺軸流燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的研制，最終設(shè)計(jì)定型為容克 Jumo 004 渦噴發(fā)動機(jī)，推力882daN，用作二戰(zhàn)時期德國著名的Me-262雙發(fā)噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)的動力。航空動力裝置發(fā)展簡史燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)渦噴

6、：最早的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī), 早期廣泛用于軍用飛機(jī)和巡航導(dǎo)彈以及民用客機(jī)。目前，中型渦噴發(fā)動機(jī)仍在一些輕型戰(zhàn)斗/攻擊機(jī)和教練機(jī)上繼續(xù)使用，小型的渦輪噴氣發(fā)動機(jī)則用于巡航導(dǎo)彈、靶機(jī)和無人機(jī)上。航空動力裝置發(fā)展簡史燃油渦輪發(fā)動機(jī)為了使噴氣式飛機(jī)能在高亞音速中實(shí)現(xiàn)低油耗飛行，20 世紀(jì)60年代出現(xiàn)了渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，目前廣泛用于大型民航運(yùn)輸飛機(jī)的唯一動力裝置。航空動力裝置發(fā)展簡史發(fā)動機(jī)在飛機(jī)上的安裝位置發(fā)動機(jī)在飛機(jī)上的安裝位置活塞發(fā)動機(jī)和渦輪螺槳發(fā)動機(jī)的安裝位置安裝數(shù)目：一臺、兩臺或四臺；安裝布局：拉進(jìn)式（螺旋在前），裝在機(jī)頭或機(jī)翼前緣，降低機(jī)翼上所受的載荷，使用廣泛；推進(jìn)式，發(fā)動機(jī)裝于機(jī)翼后沿或機(jī)身后段

7、。目前使用較少。地效飛機(jī)：將發(fā)動機(jī)安裝在垂尾，降低機(jī)身離地面高度，可在起飛時充分利用地面效應(yīng)。 發(fā)動機(jī)在飛機(jī)上的安裝位置一臺渦輪噴氣發(fā)動機(jī)和渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的安裝位置裝在機(jī)身后段或機(jī)身下部。優(yōu)點(diǎn)：有利于維護(hù)修理，還可讓出機(jī)身短艙或前段的空間，容納人員和武器裝備。常用于戰(zhàn)斗機(jī)。發(fā)動機(jī)在飛機(jī)上的安裝位置兩臺渦輪噴氣發(fā)動機(jī)和渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的安裝位置常見方法：兩臺發(fā)動機(jī)各裝在一只短艙內(nèi)。優(yōu)點(diǎn)：機(jī)身空間大，裝載的人員和設(shè)備多；對機(jī)翼能起減少載荷的作用。運(yùn)輸機(jī)或轟炸機(jī)局限：構(gòu)造比較復(fù)雜，增大阻力和降低機(jī)翼的后掠作用。第二種方法：發(fā)動機(jī)裝在機(jī)翼下的吊艙內(nèi)。有點(diǎn)：減少短艙和機(jī)翼的干擾，有利提高最大舉力系數(shù)；防火

8、性能較好；可采用全翼展的襟翼。另外，由予短艙離地近，維護(hù)比較方便。運(yùn)輸機(jī)或轟炸機(jī)局限：易于吸入塵土。 發(fā)動機(jī)在飛機(jī)上的安裝位置兩臺渦輪噴氣發(fā)動機(jī)和渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的安裝位置第三種方法：兩臺發(fā)動機(jī)并列在后機(jī)身外部的兩側(cè)，即尾吊式。多用于運(yùn)輸機(jī)或轟炸機(jī)。 。優(yōu)點(diǎn)：座艙內(nèi)噪音小，機(jī)翼上沒有東西(如短艙)干擾，氣動性能較好；進(jìn)氣和排氣通道較短，因而能量的損失較少。局限：構(gòu)造比較復(fù)雜；比較重。第四種方法：動機(jī)左右并列（或上下疊置）安裝在后機(jī)身的內(nèi)部 。優(yōu)點(diǎn)：在單發(fā)飛行時，由于兩邊推力不平衡而引起的使機(jī)頭偏向一邊的力矩比較?。欢嘤糜趹?zhàn)斗機(jī)。 。局限：發(fā)動機(jī)所占機(jī)身的容積很大，不利于裝載其他的設(shè)備 。 發(fā)動機(jī)

9、在飛機(jī)上的安裝位置發(fā)動機(jī)在飛機(jī)上的安裝位置三臺渦輪噴氣發(fā)動機(jī)和渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的安裝位置（多用于運(yùn)輸機(jī)）方法1：兩臺發(fā)動機(jī)并列裝在機(jī)身后段（也可固定于氣密座艙之外），另一臺裝在垂直尾翼上。優(yōu)點(diǎn)：在發(fā)動機(jī)發(fā)生故障，渦輪損壞，被強(qiáng)大的離心力摔開的碎片不致破壞飛機(jī)的主要受力構(gòu)件，比較安全。方法2：兩臺渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)安裝在機(jī)翼下的吊艙內(nèi)，另一臺安裝在垂直尾翼內(nèi)。特點(diǎn)和安裝情況和裝有吊艙的及垂直尾翼中安裝一臺的情況相似。發(fā)動機(jī)在飛機(jī)上的安裝位置四臺渦輪噴氣發(fā)動機(jī)和渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的安裝位置方法1：四臺發(fā)動機(jī)都置于機(jī)翼下的吊艙內(nèi)，多用于運(yùn)輸機(jī)，偶爾用于轟炸機(jī)。 方法2：四臺發(fā)動機(jī)都并列在機(jī)身后段外部的兩側(cè)(尾

10、吊式)，特點(diǎn)與兩臺發(fā)動機(jī)尾吊式相近。方法3：發(fā)動機(jī)安裝在靠近機(jī)身的機(jī)翼內(nèi)部，每邊放兩臺。局限：構(gòu)造復(fù)雜。優(yōu)點(diǎn)：一臺發(fā)動機(jī)停車時，可減小偏航力矩，還可消除或削弱短艙和機(jī)身的干擾作用。方法4：四臺噴氣發(fā)動機(jī)每兩臺成為一組，安裝在機(jī)翼的底部，發(fā)動機(jī)短艙的剖面呈長方形的，上下表面形成飛機(jī)結(jié)構(gòu)的一部分。 發(fā)動機(jī)在飛機(jī)上的安裝位置中國尾吊式預(yù)警機(jī)（渦槳/噴氣復(fù)合式推進(jìn)）發(fā)動機(jī)在飛機(jī)上的安裝位置B52亞音速戰(zhàn)略重型轟炸機(jī)裝有八臺噴氣發(fā)動機(jī)，每兩臺成一組，裝在機(jī)翼下面的4只吊艙中，安裝位置和固定的特點(diǎn)與四個吊艙的飛機(jī)相似。 航空發(fā)動機(jī)的工作（推力）狀態(tài)以波音-737為例：TO/GA（起飛/復(fù)飛推力） 最大連續(xù)

11、推力 最大爬升推力 最大巡航工作狀態(tài) 慢車工作狀態(tài)簡單的說：最大狀態(tài)、過渡狀態(tài)（中間狀態(tài)）、巡航狀態(tài)、慢車狀態(tài)。航空發(fā)動機(jī)的工作（推力）狀態(tài)最大推力又名起飛（復(fù)飛）推力狀態(tài) （TO/GA）。屬于全加力狀態(tài)即100%的發(fā)動機(jī)推力狀態(tài)，是工作條件最惡劣的狀態(tài)。特點(diǎn)：渦輪入口的溫度可達(dá)1450攝氏度 ，一般只允許使用5min，有的允許10min 。為了延長發(fā)動機(jī)壽命，節(jié)省維修費(fèi)用， 要求使用時間越短越好。航空發(fā)動機(jī)的工作（推力）狀態(tài)推力：發(fā)動機(jī)對空氣進(jìn)行加速，而產(chǎn)生的反作用力，即發(fā)動機(jī)的推力。增大推力的方法：增大空氣流量或增大排氣速度。運(yùn)輸機(jī)大約是起飛重量的0.25倍，戰(zhàn)斗機(jī)大約是0.8-1.0倍

12、。航空發(fā)動機(jī)的工作（推力）狀態(tài)推重比/功重比發(fā)動機(jī)推力與發(fā)動機(jī)重量(力)或飛機(jī)重量(力)之比，表示發(fā)動機(jī)或飛機(jī)單位重量(力)所產(chǎn)生的推力。發(fā)動機(jī)在海平面靜止條件下於最大推力狀態(tài)(加力發(fā)動機(jī)為全加力狀態(tài))所產(chǎn)生的推力與發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)重量(力)之比稱為發(fā)動機(jī)推重比，是發(fā)動機(jī)的重要性能指標(biāo)之一。 飛機(jī)推重比越大 油耗越少 或者說能量消耗越少 航空發(fā)動機(jī)的工作（推力）狀態(tài)最大連續(xù)推力（MCT）指發(fā)動機(jī)能夠連續(xù)保持的最大推力，正常情況不用這種推力。使用條件：在發(fā)動機(jī)一發(fā)失效時，根據(jù)情況決定是否使用 。一發(fā)故障后繼續(xù)起飛 工作，發(fā)動機(jī)使用起飛推力達(dá)到規(guī)定時間限制后改用此狀態(tài)；航路中一發(fā)故障飛機(jī)，但前方有較高障

13、礙物需要保持盡可能高的高度越障，可采用最大連續(xù)推力狀態(tài)進(jìn)行飄降。 航空發(fā)動機(jī)的工作（推力）狀態(tài)最大爬升推力飛機(jī)在某一高度上，以最大油門狀態(tài)，按不同爬升角爬升，能達(dá)到的最大的爬升率稱為該高度上的“最大爬升率”。此時的飛行速度為“快升速度”。以快升速度爬升，所需爬升時間最短。爬升率：又稱爬升速度或上升串，是各型飛機(jī)，尤其是戰(zhàn)斗機(jī)的重要性能指標(biāo)之一。它是指定常爬升時，飛行器在單位時間內(nèi)增加的高度，計(jì)量單位為米秒。 航空發(fā)動機(jī)的工作（推力）狀態(tài)海平面的最大爬升率：305米秒；高度1000米時：283米秒；高度10000米時：100米秒；高度17000米時：12米秒。 F-16戰(zhàn)斗機(jī)航空發(fā)動機(jī)的工作（推力）狀態(tài)最大巡航工作狀態(tài)巡航：飛機(jī)完成起飛階段進(jìn)入預(yù)定航線后的飛行狀態(tài)。巡航速度：飛機(jī)在發(fā)動機(jī)每公里消耗燃料最少情況下的飛行速度。經(jīng)濟(jì)巡航速度：飛機(jī)巡航過程中消耗燃料最小的可持續(xù)速度。狹義來說，就是飛機(jī)的任務(wù)高度或一般飛行高度（速度） 航空發(fā)動機(jī)的工作（推力）狀態(tài)慢車工作狀態(tài)發(fā)動機(jī)維持連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的最低轉(zhuǎn)速，僅產(chǎn)生非常小的推力。相當(dāng)于汽車發(fā)動機(jī)的怠速狀態(tài)，但需要保持剎車。地面滑