航空科學(xué)與技術(shù)發(fā)展概論教學(xué)課件：先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)

1、航空技術(shù)發(fā)展概論2第一章戰(zhàn)斗機(jī)技術(shù)發(fā)展第一節(jié) 各代戰(zhàn)斗機(jī)第二節(jié) 先進(jìn)氣動(dòng)布局技術(shù) 第三節(jié) 低可探測(cè)技術(shù)第四節(jié) 先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)第五節(jié) 先進(jìn)航空電子技術(shù)第四節(jié) 先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)4.14.24.3航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷史各類航空發(fā)動(dòng)機(jī)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的未來4.1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷史4航空發(fā)動(dòng)機(jī)的百年歷史大致可分為兩個(gè)時(shí)期： 第一個(gè)時(shí)期：從萊特兄弟的首次飛行開始到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束為止。在這個(gè)時(shí)期內(nèi)， 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)統(tǒng)治了40年左右。第二個(gè)時(shí)期：從第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束至今。 60年來，航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)取代了活塞式發(fā) 動(dòng)機(jī)，開創(chuàng)了噴氣時(shí)代，居航空動(dòng)力的主導(dǎo)地位。4.1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷史5活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)：一種把燃料的熱

2、能轉(zhuǎn)化為帶動(dòng) 螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能的發(fā)動(dòng)機(jī)。噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)：可以利用向后噴射高速氣流， 直接產(chǎn)生向前的反作用力，來推動(dòng)飛行器前進(jìn)。4.1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷史6活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展在二戰(zhàn)時(shí)達(dá)到了頂峰，在 1000米高度上，816km/h是活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的極限 飛行速度，隨著速度的增大，槳尖易產(chǎn)生激波， 發(fā)動(dòng)機(jī)效率下降。盡管活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)有上述致命弱點(diǎn)，但是對(duì)于 低速飛機(jī)而言，它具有噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)無可比擬 的優(yōu)點(diǎn)即效率高，耗油率低，價(jià)格低廉，噪音 較小，目前廣泛用于小型低速飛機(jī)上。4.1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷史典型星形 活塞式發(fā) 動(dòng)機(jī)74.1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷史B-36采用的 R-4360活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)羅羅公司

3、的 V-12活塞式 發(fā)動(dòng)機(jī)84.1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷史9燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)是目前應(yīng)用最廣泛的航空發(fā)動(dòng) 機(jī)，具有多種類型。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的核心機(jī)由壓氣機(jī)、燃燒室和 渦輪三大部件組成，現(xiàn)代渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推 力由幾kN到幾百kN。4.1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷史燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)10第四節(jié) 先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)4.14.24.3航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷史各類航空發(fā)動(dòng)機(jī)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的未來4.2 各類航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)4.2.1 渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)13簡介渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，簡稱渦噴發(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)的渦輪和尾噴管間還有加力燃 燒室

4、。壓氣機(jī)、燃燒室和渦輪稱為發(fā)動(dòng)機(jī)的核心機(jī)。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)具有加速快、設(shè)計(jì)簡便等優(yōu)點(diǎn)， 是較早實(shí)用化的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)類型。4.2.1 渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)簡介20世紀(jì)50年代初，加力燃燒室的采用使發(fā)動(dòng)機(jī) 在短時(shí)間內(nèi)能夠大幅度提高推力，為飛機(jī)突破 聲障提供足夠的推力。144.2.1 渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道：提供 均勻的氣流到 壓氣機(jī)使壓氣 機(jī)有效地工作。壓氣機(jī)：壓氣機(jī)通常由多級(jí)組成，每 一級(jí)壓氣機(jī)包括一排轉(zhuǎn)子和一排靜子。 靜子固定在發(fā)動(dòng)機(jī)框架上，轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn) 子軸與渦輪相連。轉(zhuǎn)子通過旋轉(zhuǎn)時(shí)和 靜子的相互作用而對(duì)空氣增壓。燃燒室：燃油和空氣混合燃燒，膨脹做功，推動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)。渦輪機(jī)：由燃燒室出來的高溫高壓燃?xì)怛?qū)動(dòng)。并通過傳動(dòng)

5、軸和壓氣機(jī)相連，帶動(dòng)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。噴口：將從渦輪流 出的燃?xì)馀蛎浖铀伲?向后高速排出，產(chǎn) 生反作用推力。154.2.2 渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)16簡介渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)是一種主要由螺旋槳提供拉力 而燃?xì)馓峁┥倭客屏Φ娜細(xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)。螺旋 槳產(chǎn)生的拉力占飛機(jī)總推力的主要部分，約為 90% 。渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)與渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 相似，只不過在此基礎(chǔ)上增加了減速裝臵和螺 旋槳。4.2.2 渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)17簡介渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)與活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)相比，具有功 率重量大、耗油率低、振動(dòng)小和高空性能好的 優(yōu)點(diǎn)。與渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)相比，渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)在低 亞聲速飛行時(shí)效率較高，耗油率小，經(jīng)濟(jì)性能 好。但當(dāng)飛行速度進(jìn)一步提高

6、時(shí)，螺旋槳葉尖 區(qū)出現(xiàn)激波，螺旋槳效率急劇下降，大大降低 了原有的優(yōu)勢(shì)。4.2.2 渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪：由燃燒室出來的高溫高 壓燃?xì)怛?qū)動(dòng)。并通過傳動(dòng)軸與 壓氣機(jī)、螺旋槳相連，帶動(dòng)壓 氣機(jī)和螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)。尾噴口：將從 渦輪流出的燃 氣膨脹加速， 向后高速排出， 產(chǎn)生反作用推 力。螺旋槳：由渦 輪驅(qū)動(dòng)，螺旋 槳的拉力產(chǎn)生 大部分的推力， 占總推力的 95%左右。結(jié)構(gòu)齒輪箱：用于減速。因?yàn)闇u輪的轉(zhuǎn)速太快，需要減速齒輪來降低螺旋槳的轉(zhuǎn)速。壓氣機(jī)和燃燒室原理同渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)。184.2.3 渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)簡介渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是在渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展 起來的。把螺旋槳的直徑大大縮短，增加槳葉 的數(shù)目和排數(shù)，并將所有

7、的槳葉葉片包在機(jī)匣 內(nèi)。194.2.3 渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)20簡介質(zhì)量附加原理：在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)獲得的機(jī)械能一定 時(shí)，把這個(gè)能量傳遞給空氣，當(dāng)參與推進(jìn)的空 氣質(zhì)量越大，則發(fā)動(dòng)機(jī)的推力也越大。渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)就是基于上述原理提出的。其結(jié)構(gòu) 是在渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上增加了風(fēng)扇、驅(qū)動(dòng)風(fēng) 扇的低壓渦輪以及外涵道，一部分氣流將不經(jīng)過核心機(jī)而直接通過外涵道排出。4.2.3 渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇：同時(shí)具 有螺旋槳和壓 縮空氣的用途 的作用。外涵道：將風(fēng)扇壓縮的一部分空氣內(nèi)涵道：另一部分空氣經(jīng)過 核心機(jī)，帶動(dòng)渦輪、壓氣機(jī)和風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生的推力占直接排出，產(chǎn)生的推力渦占扇發(fā)動(dòng)發(fā)機(jī)動(dòng)總機(jī)工作原理發(fā)動(dòng)機(jī)總推力的10%左右。 推力的90%左右。

8、外涵道與內(nèi)涵道的氣流流量之比稱為涵道比。渦輪：分為低壓渦輪和高壓渦 輪。低壓渦輪帶動(dòng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)， 高壓渦輪帶動(dòng)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。噴口：將從 渦輪流出的 燃?xì)馀蛎浖?速，向后高 速排出，產(chǎn) 生反作用推 力進(jìn)氣道、壓氣 機(jī)和燃燒室原 理同渦噴發(fā)動(dòng) 機(jī)214.2.3 渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)F119-PW-100加力式渦扇 發(fā)動(dòng)機(jī)（F-22飛機(jī)上使用）224.2.3 渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)23簡介渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn) : 與渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)相比推力大、 推進(jìn)效率高、噪音低、燃油消耗率低。渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)向低涵道比的軍用加力發(fā)動(dòng)機(jī)和高 涵道比的民用發(fā)動(dòng)機(jī)的兩個(gè)方向發(fā)展。在低涵道比軍用加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)方面，各國研 制出推重比8的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，目前，推重比10

9、 的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)已研制成功。4.2.4 渦輪槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)24簡介渦輪槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)是可用于800km/h以上速度飛 機(jī)飛行的一種燃?xì)鉁u輪螺旋槳風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，簡 稱槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)。這種發(fā)動(dòng)機(jī)介于渦輪風(fēng)扇和渦 輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)之間，產(chǎn)生推力的裝臵是槳扇。結(jié)合了渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)耗油率低和渦輪風(fēng)扇 發(fā)動(dòng)機(jī)飛行速度高的優(yōu)點(diǎn)，其有效涵道比為 2560。4.2.4 渦輪槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)25簡介槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)的突出優(yōu)點(diǎn)是推進(jìn)效率高，而且省 油，槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)與波音707和DC-9飛機(jī)的發(fā)動(dòng) 機(jī)相比，可省油60%。4.2.4 渦輪槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)安-70采用的槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)26槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)4.2.5 渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)27簡介渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)是現(xiàn)代直升機(jī)的主要?jiǎng)恿?/p>

10、。其結(jié) 構(gòu)與渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)很相似。不同的是燃?xì)獾?可用能量幾乎全部轉(zhuǎn)變成渦輪的軸功率，帶動(dòng) 直升機(jī)的旋翼和尾槳旋轉(zhuǎn)，而燃?xì)獠惶峁┩屏σ话阊b有自由渦輪 (即不帶動(dòng)壓氣機(jī)，專為輸 出功率用的渦輪)，而且主要用在直升機(jī)和垂直短距起落飛機(jī)上。結(jié)構(gòu)4.2.5 渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)、燃燒 室原理同渦噴 發(fā)動(dòng)機(jī)普通渦輪：帶動(dòng) 壓氣機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)噴口：僅排出尾 氣，不產(chǎn)生推力自由渦輪：在燃燒室產(chǎn)生的氣流帶動(dòng)下輸出軸功率。動(dòng)力軸：傳遞自由渦輪產(chǎn)生的軸功率，28帶動(dòng)直升機(jī)螺旋槳 和尾槳的旋轉(zhuǎn)4.2.5 渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)29簡介與活塞發(fā)動(dòng)機(jī)相比，渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)主要優(yōu)點(diǎn)：功率大、質(zhì)量輕和體積?。粵]有活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)小、噪

11、 聲低；渦輪軸直升機(jī)的航程、速度、升限和裝載量 上比活塞式直升機(jī)大，經(jīng)濟(jì)性也更好。缺點(diǎn)：耗油量大。4.2.5 渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)卡-29裝的TV3-117渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)30第四節(jié) 先進(jìn)動(dòng)力技術(shù)4.14.24.3航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷史各類航空發(fā)動(dòng)機(jī)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的未來324.3 航空發(fā)動(dòng)機(jī)的未來為滿足21世紀(jì)各種航空器發(fā)展的要求，航空發(fā) 達(dá)國家從上世紀(jì)80年代末開始實(shí)施新的渦輪發(fā) 動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展計(jì)劃，其目標(biāo)是掌握推重比翻一 番、耗油率大幅改善和成本大幅降低的技術(shù)。在高超聲速推進(jìn)方面，重點(diǎn)發(fā)展超燃沖壓發(fā)動(dòng) 機(jī)和脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)，其他一些新概念發(fā)動(dòng)機(jī) 和新能源發(fā)動(dòng)機(jī)也在探索之中，如開式轉(zhuǎn)子發(fā) 動(dòng)機(jī)，以液氫燃料、燃料電池

12、、太陽能等新能 源為動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)。4.3 航空發(fā)動(dòng)機(jī)的未來超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)4.3.1 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)34簡介超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)是指燃料在超聲速氣流中進(jìn)行 燃燒的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)。區(qū)別于亞燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)：沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室入 口氣流速度為亞聲速，燃燒主要在亞聲速氣流 中進(jìn)行。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)屬于吸氣式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)類，由 進(jìn)氣道、燃燒室和尾噴管構(gòu)成，沒有壓氣機(jī)和 渦輪等旋轉(zhuǎn)部件。4.3.1 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理進(jìn)氣道：高 速迎面氣流 經(jīng)進(jìn)氣道減 速增壓。燃燒室：超聲速氣流在燃燒室與燃料混合燃燒。35噴口：高溫燃?xì)饨?jīng)尾 噴管膨脹加速后排出， 從而產(chǎn)生推力。4.3.1 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)36優(yōu)點(diǎn)

13、它可以利用大氣中的氧氣做為氧化劑，所以超 燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)在高超聲速飛行時(shí)，經(jīng)濟(jì)性能顯 著優(yōu)于渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部件，故進(jìn)氣道和發(fā)動(dòng)機(jī) 可以設(shè)計(jì)成任何形狀的，因而也不存在高溫轉(zhuǎn) 動(dòng)部件的冷卻問題。4.3.1 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)37優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量小，成本較低。由于不存在渦輪葉片的耐熱性限制，所以超燃 沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室可以允許更高的燃燒溫度， 可以加入更多的能量，獲得更大的推力。能源前途廣闊，既可用于內(nèi)部加熱的化學(xué)燃料 的化學(xué)能，原子能等，也可用外部加熱的激光 能，太陽能等。4.3.1 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)38缺點(diǎn)一般的超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，不能自身起動(dòng)，需要 助推器加速到一定速度才可工作

14、。飛行速度低時(shí)，性能差，效率低。對(duì)飛行狀態(tài)的改變較敏感，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)離開設(shè)計(jì) 點(diǎn)時(shí)，性能很快惡化。當(dāng)在寬馬赫數(shù)范圍內(nèi)飛行時(shí)，要對(duì)進(jìn)氣道進(jìn)行 調(diào)節(jié)，這樣使得進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)復(fù)雜。4.3.1 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)39應(yīng)用超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)與火箭發(fā)動(dòng)機(jī)相比無需自帶氧 化劑，特別適宜在大氣層或跨大氣層中長時(shí)間 超聲速或高超聲速動(dòng)力續(xù)航飛行。一般應(yīng)用于飛行馬赫數(shù)高于6 的飛行器，如高 超聲速巡航導(dǎo)彈、高超聲速飛機(jī)和空天飛機(jī)。4.3.1 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用X-51A“乘波者”404.3.1 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)研究狀況2004年3月27日，美國的X-43A高聲速試驗(yàn)飛 機(jī)在3 萬米高空、Ma7的條件下，啟動(dòng)超燃 沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，工作時(shí)

15、間達(dá)10s，飛行試驗(yàn)取得 成功。美國帶有超燃沖 壓發(fā)動(dòng)機(jī)X-43A驗(yàn) 證機(jī)414.3.1 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)研究狀況2010年5月26日，美國成功試飛 X-51A “乘波者”飛 行試驗(yàn)機(jī)。結(jié)果，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)只工作了140秒，并 未達(dá)到預(yù)期的300秒時(shí)間，飛行器的飛行速度達(dá)到了馬 赫數(shù)5，尚未加速到馬赫數(shù)6以上。X-51A“乘波者”424.3.1 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)研究狀況2011年6月13日進(jìn)行的X-51A“乘波者”高超聲速飛行 器第二次飛行試驗(yàn)中，由于超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道 未啟動(dòng)，X-51第二次飛行過早終止，在操縱人員的控 制下，飛行器濺落加利福尼亞沿海。X-51A“乘波者”434.3.1 超燃

16、沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)44關(guān)鍵技術(shù)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)涉及到空氣動(dòng)力學(xué)、氣動(dòng) 力學(xué)、計(jì)算流體力學(xué)、燃燒學(xué)、傳熱學(xué)、材料 學(xué)等多學(xué)科前沿問題，并相互交叉，是超聲速燃燒、結(jié)構(gòu)熱防護(hù)、發(fā)動(dòng)機(jī)/飛行器一體化設(shè)計(jì)、 地面模擬試驗(yàn)和飛行演示等眾多高新技術(shù)的集成。4.3.1 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)45關(guān)鍵技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)/飛行器一體化設(shè)計(jì)技術(shù)。高超聲速飛行條件下，飛行器的阻力會(huì)顯著增大。 沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)在飛行器中的合理布局可明顯減小阻力， 獲得大的升阻比，升阻比會(huì)大大影響飛行器的飛行距 離。同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)在飛行器中的布局會(huì)影響到飛行器 外形，對(duì)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流流量大小、流場(chǎng)品質(zhì)也有 重要影響。因此，沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中，必須強(qiáng)調(diào)和總 體的一體化

17、設(shè)計(jì)。4.3.1 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)46關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)氣道技術(shù)。一體化設(shè)計(jì)要求進(jìn)氣道不僅是飛行器的部件，同 時(shí)又是飛行器總體的組成部分，對(duì)進(jìn)氣道的要求應(yīng)是 動(dòng)力裝臵和飛行器兩者對(duì)它的要求。進(jìn)氣道形式有很 多，典型的超聲速進(jìn)氣道有軸對(duì)稱進(jìn)氣道和二元進(jìn)氣 道等，選擇何種進(jìn)氣道和飛行器總體有很大關(guān)系。4.3.1 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)47關(guān)鍵技術(shù)燃油供應(yīng)與控制技術(shù)。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)要求在寬馬赫數(shù)范圍內(nèi)工作，其 高速度、大空域、機(jī)動(dòng)飛行的特性要求燃油供應(yīng)系統(tǒng) 具有調(diào)節(jié)能力，以使發(fā)動(dòng)機(jī)獲得滿意的性能。4.3.1 超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)48關(guān)鍵技術(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、耐熱材料。超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的各部分結(jié)構(gòu)要能承受飛行器高 速飛行時(shí)的氣

18、動(dòng)加熱及高過載，發(fā)動(dòng)機(jī)熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很 關(guān)鍵。比較一致的看法是，必須采用燃料主動(dòng)冷卻的 方法來設(shè)計(jì)熱結(jié)構(gòu)，同時(shí)應(yīng)盡快開展耐熱、高強(qiáng)度材 料（如陶瓷、復(fù)合材料等）的研制。4.3 航空發(fā)動(dòng)機(jī)的未來超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)4.3.2 脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)50簡介脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)（PDE）是一種利用脈沖式爆 震波產(chǎn)生推力的全新概念發(fā)動(dòng)機(jī)。脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)分為吸氣式和火箭式?；鸺?與吸氣式的主要區(qū)別是前者要自帶氧化劑。4.3.2 脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)美國long ez脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)514.3.2 脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)一般由進(jìn)氣裝臵、爆震燃燒室、 尾噴管、起爆及控制系統(tǒng)等組成。524.3.2

19、脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)53結(jié)構(gòu)脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)比較簡單，其本身可以 是一根直管，并且橫截面形狀可以不局限于圓 形。脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)中主要的運(yùn)動(dòng)部件是一個(gè)高速 旋轉(zhuǎn)的閥門，這個(gè)閥門可以用來控制燃料和氧 化劑進(jìn)入起爆管和主燃燒室，以及防止爆震燃 燒過程中的倒流。4.3.2 脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)54工作原理脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)是利用爆震波使工作流體增壓 并進(jìn)行等容燃燒。爆震波的起爆是通過在起爆 管內(nèi)用一個(gè)和汽車火花塞一樣簡單的點(diǎn)火裝臵 實(shí)現(xiàn)的。爆震波可以描述成具有化學(xué)反應(yīng)的強(qiáng)激波，以幾 千米每秒的速度向未燃混合物傳播，并能產(chǎn)生極高的 燃?xì)鈮毫叭細(xì)鉁囟取?.3.2 脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)55工作原理起爆后，爆震波從起爆管傳入

20、主燃燒室內(nèi)的可 燃混合物。在爆震燃燒過程中，爆震波向主燃 燒室尾部運(yùn)動(dòng)，直到排出主燃燒室。爆震波排出燃燒室后，相應(yīng)的有一道相位相反 的膨脹波傳入燃燒室，從而使燃燒室內(nèi)的壓力 低于環(huán)境壓力，此時(shí)開啟閥門可以很容易吸入 用于下一次爆震的燃料和氧化劑，然后脈沖爆 震發(fā)動(dòng)機(jī)重復(fù)上述循環(huán)過程。4.3.2 脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理PDE工作 循環(huán)示意 圖564.3.2 脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)推重比大，可達(dá)20 。脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)的 比沖是所有發(fā)動(dòng)機(jī) 中最高的比沖：單位重量流量 的推進(jìn)劑產(chǎn)生的推力574.3.2 脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)58優(yōu)點(diǎn)熱循環(huán)效率高，比傳統(tǒng)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)效率 高30%-50%。工作范圍寬，適用范圍廣

21、，尤其是因?yàn)槟芊謩e 以吸氣式和火箭式兩種模態(tài)工作。單位燃料消耗率低，排氣污染小。4.3.2 脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)59缺點(diǎn)爆震沖擊力大，振動(dòng)和噪聲相對(duì)較大。本身沒有供電能力，而且爆震起爆系統(tǒng)在發(fā)動(dòng) 機(jī)工作時(shí)一直處于周期性工作狀態(tài)，因此對(duì)爆 震起爆系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求。4.3.2 脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)60關(guān)鍵技術(shù)爆震波的起爆。爆震波的起爆方法有兩種，直接起爆和間接起爆。 直接起爆能在起爆的瞬間產(chǎn)生爆震波，但要求很高的 起爆能量；間接起爆是一種基于由爆燃向爆震轉(zhuǎn)換的 起爆方法。爆震波的有效起爆是脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)工作 的關(guān)鍵，目前起爆過程的數(shù)值模擬尚不夠準(zhǔn)確，因此 PDE的發(fā)展需要進(jìn)行大量試驗(yàn)解決起爆問題。

22、4.3.2 脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)61關(guān)鍵技術(shù)燃料與氧化劑的噴射與混合。燃料與氧化劑混合物的可爆震極限通常比燃燒極 限窄。此外，爆震波的性質(zhì)，傳播條件以及起爆所須 能量隨燃料氧化劑的比例而迅速變化。因此，為了可 靠的工作，PDE 的燃料與氧化劑的噴射與混合系統(tǒng)必 須保持混合物的濃度在很窄的可爆震范圍內(nèi)。如何解 決兩者的噴射和有效混合成為關(guān)鍵課題。4.3.2 脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)62關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)/排氣方式。對(duì)于吸氣式脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)，如何從周圍大氣中 吸入新鮮空氣作為氧化劑；如何保證爆震起爆時(shí)起爆 端是封閉的，特別是在多個(gè)爆震起爆管的條件下，實(shí) 現(xiàn)各爆震管按一定規(guī)律周期性地進(jìn)氣，這些都需要進(jìn) 行深入的研究4.3 航空發(fā)動(dòng)機(jī)的未來超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)4.3.3 開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)簡介開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)采用一對(duì)相互反轉(zhuǎn)的風(fēng)扇，可 以設(shè)計(jì)為拉動(dòng)式或推進(jìn)式。開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)在 槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成。644.3.3 開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)654.3.3 開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)66優(yōu)點(diǎn)燃油效率非常高，比常規(guī)發(fā)動(dòng)機(jī)高25%以上；取消了笨重、帶來阻力的短艙，減小了阻力；由于燃油效率高，可以大大減少二氧化碳的排 放量。4.3.3 開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)三種形式發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇增壓比與推進(jìn)效率比較674.3.3 開式轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)68