航空發(fā)動機(jī)發(fā)展歷程報

1、一號所用的發(fā)動機(jī)并非出自著名的企業(yè)或發(fā)明家，而這是一臺設(shè)有自動進(jìn)氣閥的液（水）冷、四缸、一號所用的發(fā)動機(jī)并非出自著名的企業(yè)或發(fā)明家，而這是一臺設(shè)有自動進(jìn)氣閥的液（水）冷、四缸、文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理,word版本可編輯.歡迎下載支持航空發(fā)動機(jī)發(fā)展歷程報告一、序言1903年12月17日，美國的萊特兄弟實現(xiàn)了人類歷史上首次有動力、載人、持續(xù)、穩(wěn) 定和可操作的重于空氣的飛行器的飛行，首次飛行留空時間僅持續(xù)12秒，飛行距離為36.6米，當(dāng)天持續(xù)最久的一次飛行是由哥哥威爾伯萊特駕駛的第四次飛行，持續(xù)時間59秒，飛行距離260米。這次飛行開創(chuàng)了人類歷史的新紀(jì)元，對后來百年里人類社會、 政治、經(jīng)濟(jì)、文化

2、和軍事等方面產(chǎn)生不可估量的影響，并將持續(xù)至不可知的未來。而航空發(fā)動機(jī)作為飛行器的核心部件，在很大程度上決定了航空器的發(fā)展水平。航空發(fā)動機(jī)的發(fā)展歷程大概可分為兩個時期，第一個時期是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，在這個時期內(nèi)，活塞式發(fā)動機(jī)統(tǒng)治了40年左右；第二個時期是從第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束至今，60余年的時間，航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)逐漸取代了活塞式發(fā)動機(jī)，開創(chuàng)了噴氣時代，成為航空發(fā)動機(jī)的主流。如今，航空發(fā)動機(jī)的第一個百年已經(jīng)遠(yuǎn)去，新的航空百年正在趕來，各種新概念、非傳統(tǒng)的航空發(fā)動機(jī)開始嶄露頭角，如脈沖爆震發(fā)動機(jī)、多核心機(jī)發(fā)動機(jī)、組合發(fā)動機(jī)、模擬昆蟲撲翼飛行的電致伸肌動力發(fā)動機(jī)和利用螺

3、旋槳推進(jìn)的太陽能、燃料電池、微波電動發(fā)動機(jī)等?？梢韵胂螅磥淼暮娇瞻l(fā)動機(jī)必定更加穩(wěn)定與高效，航空發(fā)動機(jī)的種類也會得到極大的擴(kuò)展與充實。二、活塞式發(fā)動機(jī)萊特兄弟首飛所駕駛的“飛行者” 是一位普通的修理技工查爾斯泰勒之手。 四沖程直排臥式活塞式汽油發(fā)動機(jī)（圖1）, 圖1 “飛行者” 一號發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖汽缸內(nèi)徑101.5毫米，沖程104.8毫米， 排量3.398升，壓縮比4.4,長期工作 功率9千瓦（約12馬力），短期可達(dá) 12千瓦（16馬力），凈重量64千克（無 燃料），工作重量81千克（帶燃料、 水和附件），功重比約為0.1480.20馬 力/千克。這些指標(biāo)不但令當(dāng)時技術(shù)成 熟的蒸汽機(jī)望塵莫及

4、，在當(dāng)時同類的 活塞式發(fā)動機(jī)中也是佼佼者，完全可 以滿足飛行的要求?；钊桨l(fā)動機(jī)按汽缸頭的冷卻方式可分為液（水）冷式和氣（空氣）冷式，兩種發(fā)動機(jī) 在不同的歷史時期扮演者不同的角色，但基本上是各有千秋，互有短長。1、液冷式活塞發(fā)動機(jī)早期飛機(jī)的飛行速度很低，多采用液冷式發(fā)動機(jī)。液冷式發(fā)動機(jī)的冷卻方法是在汽缸外文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理,word版本可編輯.歡迎下載支持壁面加水套，用外部循環(huán)水進(jìn)行冷卻。從1903年泰勒為萊特兄弟的“飛行者” 一號所制造的發(fā)動機(jī)開始，最早的航空發(fā)動機(jī)幾乎無一例外的都采用液冷方式，直至今日，這種方式還普遍應(yīng)用在汽車、輪船用活塞發(fā)動機(jī)上。液冷方式雖然簡單有效，但必須設(shè)置一

5、個循環(huán)冷卻 系統(tǒng)，除了水箱、水泵、空氣散熱器和相應(yīng)的管路系統(tǒng)外，還必須帶上一箱沉甸甸的“非飲 用水”，復(fù)雜而笨重，對于每一克質(zhì)量都要斤斤計較的飛機(jī)設(shè)計師而言，無疑是棄之而后快 的。但液冷式發(fā)動機(jī)迎風(fēng)面積小，空氣阻力也小，對于追求速度的作戰(zhàn)飛機(jī)而言無疑具有很大的優(yōu)勢，尤其是在整流罩技術(shù)廣泛應(yīng)用之前。第一次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)，極大地推動了航空工業(yè)的發(fā)展，由于戰(zhàn)爭參與國主要處于歐洲所以美國雖然發(fā)明了動力飛機(jī) 并且制造了第一架軍用飛機(jī)，但其航空工業(yè)并不先進(jìn)，法國 在當(dāng)時處于領(lǐng)先地位。在前線的美國航空中隊的6287架飛機(jī)中有4791架時法國飛機(jī)，如裝備伊斯潘諾-西扎V型液冷發(fā)動機(jī)的斯佩德戰(zhàn)斗機(jī)。這種發(fā)動機(jī)的

6、功率已達(dá)130220kW,功重比為0.7kW/daN左右。飛機(jī)速度超過 200km/h ,升限6650m。在兩次世界大戰(zhàn)之間， 在活塞式發(fā)動機(jī)領(lǐng)域出現(xiàn)幾項重要的發(fā)明，為大幅度提高發(fā)動機(jī)和飛機(jī)的性能創(chuàng)造了條件：(1)發(fā)動機(jī)整流罩既減小了飛機(jī)阻力，又解決了氣冷發(fā)動機(jī)的冷卻困難問題，甚至可以 的設(shè)計兩排或四排汽缸的發(fā)動機(jī)，為增加功率創(chuàng)造了條件；(2)廢氣渦輪增壓器提高了高空條件下的進(jìn)氣壓力，改善了發(fā)動機(jī)的高空性能： (3)變距螺旋槳可增加螺旋槳的效率和發(fā)動機(jī)的功率輸出；(4)內(nèi)充金屬鈉的冷卻排氣門解決了排氣門的過熱問題；(5)向汽缸內(nèi)噴水和甲醇的混合液可在短時內(nèi)增加功率三分之一：(6)高辛烷值燃料提

7、高了燃油的抗爆性，使汽缸內(nèi)燃燒前壓力由23逐步增加到56,甚至89,既提高了升功率，又降低了耗油率。由于技術(shù)的進(jìn)步，氣冷發(fā)動機(jī)變得越來越重要，應(yīng)用也越來越廣泛。但液冷發(fā)動機(jī)憑借 著在空氣阻力方面的優(yōu)勢仍然占據(jù)著一定的地位，特別是是對高速戰(zhàn)斗機(jī)來說，由于它的飛行高度高，受地面火力的威脅小，液冷發(fā)動機(jī)易損的弱點(diǎn)不突出。所以，它在許多戰(zhàn)斗機(jī)上得到應(yīng)用。二戰(zhàn)期間，同樣由于戰(zhàn)爭的推動，活塞式發(fā)動機(jī)進(jìn)入歷史上的最高峰，同時也出現(xiàn)了最初的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)。在此之間，液冷發(fā)動機(jī)也得到大規(guī)模應(yīng)用，例如，美國在這次大戰(zhàn)中生產(chǎn)量最大的5種戰(zhàn)斗機(jī)中有4種采用 液冷發(fā)動機(jī)。其中，值得一提的是英國 羅羅公司的梅林發(fā)動機(jī)(圖

8、2)。它在1935年11月在“颶風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)上首次 飛行時，功率達(dá)到708kW;1936年在“噴 火”戰(zhàn)斗機(jī)上飛行時，功率提高到 783kW o這兩種飛機(jī)都時第二次世界大 戰(zhàn)期間有名的戰(zhàn)斗機(jī)，速度分別達(dá)到 624km/h和750km/h。梅林發(fā)動機(jī)的 功率在戰(zhàn)爭末期達(dá)到1238kW,甚至創(chuàng)圖2梅林發(fā)動機(jī)造過1491kW圖2梅林發(fā)動機(jī)“野馬”戰(zhàn)斗機(jī)，使一種平常的飛機(jī)變成戰(zhàn)時最優(yōu)秀的戰(zhàn)斗機(jī)?！耙榜R”戰(zhàn)斗機(jī)采用一個不常見的五葉螺旋槳，安裝梅林發(fā)動機(jī)后，最大速度達(dá)到760hn/h,飛行高度為1 5000m。除具有當(dāng)時最快的速度外，“野馬”戰(zhàn)斗機(jī)的另一個突出的優(yōu)點(diǎn)是有驚人的遠(yuǎn)航能力，它可以把盟軍的轟炸機(jī)直

9、護(hù)送到柏林。到戰(zhàn)爭結(jié)束時，“野馬”戰(zhàn)斗機(jī)在空戰(zhàn)中共擊落敵機(jī)文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理,word版本可編輯.歡迎下載支持4950架，居歐洲戰(zhàn)場的首位。在遠(yuǎn)東和太平洋戰(zhàn)場上，由于“野馬”戰(zhàn)斗機(jī)的參戰(zhàn)，才結(jié) 束了日本“零”式戰(zhàn)斗機(jī)的霸主地位。航空史學(xué)界把“野馬”飛機(jī)看作螺旋槳戰(zhàn)斗機(jī)的頂峰 之作。2、氣冷式活塞發(fā)動機(jī)由于液冷式發(fā)動機(jī)的冷卻占據(jù)了太多的質(zhì)量，而飛機(jī)在飛行當(dāng)中總有強(qiáng)烈氣流迎面而 來，于是氣冷式的設(shè)想由此而來。1908年8月22日，在法國蘭斯舉行了歷史上首次世界航空博覽會，這也就是現(xiàn)在著名的巴黎航展的前身。在這次博覽會上，法國人塞甘兄弟發(fā)明的旋轉(zhuǎn)氣缸式發(fā)動機(jī)一一“土土神”活塞發(fā)動機(jī)（圖 3）

10、引起了大會的轟動。這是一臺五缸星 形發(fā)動機(jī)，功率達(dá) 50馬力（37千瓦），功重比達(dá)到0.69.這些指標(biāo)是當(dāng)時的液冷發(fā)動機(jī)所望 塵莫及的。該發(fā)動機(jī)的最大特點(diǎn)是取消了飛輪和液冷裝置，曲軸固定而讓汽缸與螺旋槳一起轉(zhuǎn)動。這種結(jié)構(gòu)的發(fā)動機(jī)無論在飛行中還是在地面靜止?fàn)顟B(tài)，都可以讓汽缸得到有效的冷卻，同時按奇數(shù)呈星型排列的汽缸本身還可以起到飛輪的作用，減輕了重量，使發(fā)動機(jī)運(yùn)行更加圖3 “土地神”發(fā)動機(jī)圖3 “土地神”發(fā)動機(jī)這種發(fā)動機(jī)在一戰(zhàn)中風(fēng)行一時，幾乎成了戰(zhàn)斗機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)裝備，中國當(dāng)時的北洋政府也從法國購 買了裝備這種發(fā)動機(jī)的“高德隆”型飛機(jī)，并參 與了 1915年反對張勛復(fù)辟的戰(zhàn)斗，是中國最早的一次空中軍事

11、行動。但這種發(fā)動機(jī)也有其突出的 缺點(diǎn)：一是壽命短，一般不到 50小時；二是油耗 大；三是由于汽缸數(shù)目不能太多，限制了發(fā)動機(jī) 功率的增加，最大功率一般不會超過 270馬力（200 千瓦）；四是由于汽缸質(zhì)量大，旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生嚴(yán)重 的陀螺效應(yīng)，影響了飛機(jī)的操縱性能。此外，旋 轉(zhuǎn)氣缸發(fā)動機(jī)的潤滑油易濺出，引入轉(zhuǎn)動汽缸的 油管易失火等。隨著新型的氣冷星型發(fā)動機(jī)的出 現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)汽缸發(fā)動機(jī)在一戰(zhàn)后逐漸被淘汰?；钊桨l(fā)動機(jī)提高功率最簡單也是最直接的方法就是增加汽缸數(shù)，而星型發(fā)動機(jī)就是氣缸成星形排列的發(fā)動機(jī)， 一般采用氣冷方式。 隨著一戰(zhàn)結(jié)束，受到新的戰(zhàn)爭威脅的國家開始 抓緊研究新的發(fā)動機(jī)，航空發(fā)動機(jī)技術(shù)得到了很大

12、的發(fā)展。在此期間，在整流罩解決了阻力和冷卻問題后，氣冷星型發(fā)動機(jī)由于有剛性大，重量輕，可靠性、維修性和生存性好，功率 增長潛力大等優(yōu)點(diǎn)而得到迅速發(fā)展，并開始在大型轟炸機(jī)、運(yùn)輸機(jī)和對地攻擊機(jī)上取代液冷發(fā)動機(jī)。在20世紀(jì)20年代中期，美國萊特公司和普惠公司先后發(fā)展出單排的“旋風(fēng)”和“颶風(fēng)”以及“黃蜂”和“大黃蜂”發(fā)動機(jī)，最大功率超過400kW ,功重比超過IkWMaN 。到3第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)時，由于雙排氣冷星 型發(fā)動機(jī)的研制成功，發(fā)動機(jī)功率已提高 到600820kW。此時，螺旋槳戰(zhàn)斗機(jī)的飛 行速度已超過500km/h,飛行高度達(dá)310000m。在第二次世紀(jì)大戰(zhàn)期間，氣冷星型發(fā) 動機(jī)繼續(xù)向大功率方

13、向發(fā)展。其中比較著 名的有普惠公司的雙排 “雙黃蜂”（R-2800） 和四排“巨黃蜂” （R-4360）。前者在1839文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理,word版本可編輯.歡迎下載支持.年7月1日定型，開始時功率為 1230kW,圖4 雙黃蟲I ( R-2800 )星型氣冷發(fā)動機(jī)共發(fā)展出5個系列幾十個改型，最后功率達(dá)到2088kW,用于大量的軍民用飛機(jī)和直升機(jī)。單單為 P-47戰(zhàn)斗機(jī)就生產(chǎn)了24000臺R-2800發(fā)動機(jī)(圖4),其中P-47 J的最大速度達(dá)805km/h。雖然有爭議，但據(jù)說這是第 二次世界大戰(zhàn)中飛得最快的戰(zhàn)斗機(jī)。這種發(fā)動機(jī)在航空史上占有特殊的地位。在航空博物館或航空展覽會上，R-

14、2800總是放置在中央位置。甚至有的航空史書上說，如果沒有R-2800發(fā)動機(jī)，在第二次世界大戰(zhàn)中盟國的取勝要困難得多。后者有四排28個汽缸，排量為71.5L,功率為22003000kW,是世界上功率晟大的活塞式發(fā)動機(jī)，用于一些大型轟炸機(jī)和運(yùn)輸機(jī)。 1941年，圍繞六臺 R-4360發(fā)動機(jī)設(shè)計的B-36轟炸機(jī)是少數(shù)推進(jìn)是飛機(jī)之一，但未投入使 用。萊特公司的 R-2600和R-3350發(fā)動機(jī)也是很有名的雙排氣冷星型發(fā)動機(jī)。前者在 1939 年推出，功率為1120kW,用于第一架載買票旅客飛越大西洋的波音公司“快帆” 314型四 發(fā)水上飛機(jī)以及一些較小的魚雷機(jī)、轟炸機(jī)和攻擊機(jī)。后者在 1941年投入

15、使用，開始時功 率為2088kW,主要用于著名的 B-29 “空中堡壘”戰(zhàn)略轟炸機(jī)。R-3350在戰(zhàn)后發(fā)展出一種重要改型一一渦輪組臺發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)的排氣驅(qū)動三個沿周向均布的廢氣渦輪，每個渦輪在最大狀態(tài)下可發(fā)出 150kW的功率。這樣，R-3350的功率提高到2535kW ,耗油率低達(dá)0.23kg /(kW. h)o 1946年9月，裝兩臺 R-3350渦輪組合發(fā)動機(jī)的P2V1 “海王星”飛機(jī)創(chuàng)造了18090km的空中不加油的飛行距離世界紀(jì)錄。在第二次世界大戰(zhàn)開始之后和戰(zhàn)后的最主要的技術(shù)進(jìn)展有直接注油、渦輪組合發(fā)動機(jī)、 低壓點(diǎn)火。在兩次世界大戰(zhàn)的推動下，發(fā)動機(jī)的性能提高很快，單機(jī)功率從不到10

16、kw增加到2500kw左右，功率重量比從 0.11 kW/daN提高到1.5 kW/daN左右，升功率從每升排量 幾千瓦增加到四五十千瓦，耗油率從約0.50 kg /(kWh)降低到0.23-0.2 7 kg /(kwh)。翻修壽命從幾十小時延長到2000-3000h。到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時，活塞式發(fā)動機(jī)已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟，以它為動力的螺旋槳飛機(jī)的飛行速度從16km/ h提高到近800km/ h,飛行高度達(dá)到15000nl可以說，活塞式發(fā)動機(jī)已經(jīng)達(dá)到其發(fā)展的頂峰。3、活塞式發(fā)動機(jī)的現(xiàn)狀正所謂物極必反，盛極必衰，由于發(fā)動機(jī)的功率與飛機(jī)的飛行速度的三次方成正比，隨著飛行速度的進(jìn)一步提高，發(fā)動機(jī)功率

17、進(jìn)一步增大，活塞式發(fā)動機(jī)的重量也迅速增大，已經(jīng)不能滿足高速飛行的要求；另一方面，螺旋槳的效率在飛行速度大于700千米/小時后會急劇下降，這兩方面均限制了飛行速度的提高。因此，采用活塞式航空發(fā)動機(jī)一螺旋槳組合的飛機(jī)，其飛行速度不可能接近音速。為了提高飛行速度，就像當(dāng)初航空先驅(qū)者放棄蒸汽機(jī)一 樣，放棄活塞式發(fā)動機(jī)，而研制功率更大、重量更輕的新型航空發(fā)動機(jī)一一噴氣發(fā)動機(jī)和燃 氣渦輪發(fā)動機(jī)。當(dāng)各種類型的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)和噴氣發(fā)動機(jī)在20世紀(jì)40年代末至50年代末相繼出現(xiàn)后，活塞式發(fā)動機(jī)逐漸退出了航空業(yè)的主戰(zhàn)場。但由于活塞發(fā)動機(jī)具有油耗低、結(jié)構(gòu)簡單、 價格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在功率小于270馬力( 200千瓦)的

18、小型發(fā)動機(jī)上仍有一定的優(yōu)勢。目前在初級教練機(jī)、超輕型飛機(jī)、小型直升機(jī)、小型無人駕駛的靶機(jī)以及農(nóng)、林用的小型飛機(jī)上 仍廣泛采用活塞發(fā)動機(jī)例如，北京航空航天大學(xué)研制的 “蜜蜂” 一11型超輕型飛機(jī)采用 46.2千瓦(62馬力)的活塞式發(fā)動機(jī)，西北工業(yè)大學(xué)研制的B-2型遙控靶機(jī)采用10.4千瓦(14馬力)的活塞式發(fā)動機(jī)，南昌飛機(jī)制造公司生產(chǎn)的輕型多用途飛機(jī)“運(yùn)五”也采用活塞式發(fā)動機(jī)，在西藏平叛中立下大功的轟炸機(jī)、運(yùn)輸機(jī)也采用活塞發(fā)動機(jī)。三、燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)就在活塞式航空發(fā)動機(jī)統(tǒng)治著世界的天空時，噴氣式發(fā)動機(jī)開始了自己的歷史征程，如文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理,word版本可編輯.歡迎下載支持同所有新技術(shù)

19、剛出現(xiàn)時一樣， 噴氣式發(fā)動機(jī)的最初表現(xiàn)并不完美，總是帶著這樣那樣的遺憾，但歷史終究要前進(jìn)， 技術(shù)也要進(jìn)步，航空發(fā)動機(jī)也終將步入噴氣時代，直至又一個新時代的降臨。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)按其結(jié)構(gòu)和作用原理不同大概可分為渦輪噴氣發(fā)動機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)、渦輪軸發(fā)動機(jī)和渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)四大類。在燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的 60多年發(fā)展歷程中，大致經(jīng)歷了四次更新?lián)Q代：O第一代是單轉(zhuǎn)子亞音速噴氣發(fā)動機(jī)。這一代發(fā)動機(jī)大多數(shù)在20世紀(jì)3040年代研制，40年代末50年代初投入使用。壓氣機(jī)采用離心式和軸流式兩種，總增壓比在5左右，單管燃燒室，單級渦輪；推重比 3左右。有代表性的機(jī)種有：美國的 J47（TG-190）、前蘇聯(lián) 的VK

20、-1和法國的阿塔（Atar ）發(fā)動機(jī)。O第二代是超聲速渦噴發(fā)動機(jī)。這些發(fā)動機(jī)在第一代發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)上有了許多創(chuàng)新， 大都在50年代研制。主要技術(shù)特點(diǎn)是：雙轉(zhuǎn)子、進(jìn)口導(dǎo)流葉片可調(diào)、超聲速壓氣機(jī)、高溫 渦輪、推重比達(dá)到5左右。用這一代發(fā)動機(jī)裝配的飛機(jī)都是超聲速戰(zhàn)斗機(jī)。代表機(jī)種有：美國的J79和前蘇聯(lián)的 R11-300R。O第三代是超聲速渦扇發(fā)動機(jī)。這一代發(fā)動機(jī)的研制始于60年代，主要技術(shù)特點(diǎn)是：渦扇發(fā)動機(jī)、核心機(jī)技術(shù)，2D設(shè)計、環(huán)形燃燒室、氣冷渦輪、結(jié)構(gòu)完整性設(shè)計、新材料、推重比8。這一代發(fā)動機(jī)的成長得益于全世界各種大型試驗設(shè)備的建設(shè)、計算技術(shù)和制造技 術(shù)的發(fā)展。用這一代發(fā)動機(jī)裝配的飛機(jī)都是高性能超

21、聲速戰(zhàn)斗機(jī)。代表機(jī)種有：美國的F404和F100、 前蘇聯(lián)的 AL31F和RD33英國的 RB199和法國的 M88-2。O第四代是先進(jìn)技術(shù)渦扇發(fā)動機(jī)。這一代從80年代中期開始發(fā)展，目前仍處于研制階段。主要技術(shù)特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，抗撞擊能力強(qiáng)，具有良好的耐久性可維護(hù)性；增加了不加 力條件下的持續(xù)超聲速巡航能力、采用2D噴管的有限矢量推力能力和隱身能力。第四代發(fā)動機(jī)的推重比為 910。代表機(jī)種有：美國的 F119、前蘇聯(lián)的AL-41F和英國的EJ200。航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)在 60多年的發(fā)展歷史中經(jīng)歷了眾多技術(shù)進(jìn)步，如下表所示：表1航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的技術(shù)進(jìn)步年代4050年代6070年代8090年代

22、21世紀(jì)初期機(jī)種渦噴，渦槳，渦軸渦噴，渦槳，渦軸，渦扇渦噴，渦槳，渦軸，渦扇渦噴，渦槳，渦軸，渦扇主軸流壓氣機(jī)超級合金超音速巡航超高推重比（1520）要加力燃燒室輕重量設(shè)計計算流體力學(xué)超高涵道比（1015）新雙位噴管可調(diào)噴管矢量噴管超音速短距起飛/垂直著技雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)航改地面燃?xì)鉁u輪復(fù)合材料陸術(shù)高空模擬試驗高推重比（8）全數(shù)字電子控制(STVOL可調(diào)靜子高涵道比（48）飛行-推進(jìn)綜合控制變循環(huán)發(fā)動機(jī)鈦合金計算結(jié)構(gòu)力學(xué)全壽命成本多/全電發(fā)動機(jī)3倍馬赫數(shù)三轉(zhuǎn)子/單元體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計/隱身設(shè)計陶瓷和碳-碳材料氣冷高溫渦輪數(shù)字電子控制部件級數(shù)字仿真設(shè)計系統(tǒng)級數(shù)字仿真設(shè)計 經(jīng)濟(jì)承受性設(shè)計1、渦輪噴氣發(fā)動機(jī)在

23、燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的各種分 類發(fā)動機(jī)中，渦輪噴氣發(fā)動處于老 大哥的地位，最早登臺也最早進(jìn)入 暮年。渦輪噴氣發(fā)動機(jī)按其壓氣機(jī) 類型的不同可分為離心式和軸流 式，按其發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同可分文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理,word版本可編輯.歡迎下載支持為單轉(zhuǎn)子和雙轉(zhuǎn)子渦輪噴氣發(fā)動機(jī)。離心式發(fā)動機(jī)（圖5）結(jié)構(gòu)簡 單，制造方便，堅固耐用，工作穩(wěn)離心式發(fā)動機(jī)（圖5）結(jié)構(gòu)簡 單，制造方便，堅固耐用，工作穩(wěn)圖5離心圖7 M53圖7 M53的結(jié)構(gòu)式渦輪噴氣式發(fā)動機(jī)定性較好，早期的渦輪噴氣發(fā)動機(jī) 大多為離心式但離心式壓氣機(jī)單 位迎風(fēng)面積達(dá)，效率、增壓比和流 通能力都不如軸流式壓氣機(jī)，推力 受到限制。因此，從 20世紀(jì)5

24、0 年代后，大中型發(fā)動機(jī)都不用離心 式，只有小型渦輪螺旋槳和渦輪軸 發(fā)動機(jī)才采用離心式或軸流加離心組合式壓氣機(jī)。圖6軸流式渦輪噴氣發(fā)動機(jī)心組合式壓氣機(jī)。軸流式發(fā)動機(jī)（圖6）具有效率高、增壓比大和流通能力強(qiáng)等許多優(yōu)點(diǎn)，目前推力稍大 一些的渦輪噴氣發(fā)動機(jī)均為軸流式。軸流式發(fā)動機(jī)還可分為單轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)和雙轉(zhuǎn) 子發(fā)動機(jī)，但目前多采用雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)。單轉(zhuǎn)子渦輪噴氣發(fā)動機(jī)是指壓氣機(jī)和渦輪共用一根軸的渦輪噴氣發(fā)動機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉，早期的渦輪發(fā)動機(jī)多是單轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)。 而其缺點(diǎn)是穩(wěn)定工作范圍窄， 隨著 增壓比的提高，它已被雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)所取代。目前，法國的“幻影”戰(zhàn)斗機(jī)所用的M53發(fā)動機(jī)（圖7）是世界上

25、唯一還在服役的單轉(zhuǎn)子渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)。圖8圖8雙轉(zhuǎn)子渦輪噴氣發(fā)動機(jī)雙轉(zhuǎn)子渦輪噴氣發(fā)動機(jī)（圖 8）是有兩個只有氣動聯(lián)系、且具有同心軸轉(zhuǎn)子的渦輪噴氣發(fā)動機(jī)。它把一臺高增壓比的壓氣機(jī)分為兩個低增壓比的壓氣機(jī)即低壓壓氣機(jī)、高壓壓氣機(jī),分別由各自的渦輪即低壓渦輪、高壓渦輪所帶動，以各自的最佳轉(zhuǎn)速工作， 形成兩個只有氣 動聯(lián)系的高、低壓轉(zhuǎn) 子。這種發(fā)動機(jī)具有 總增壓比高、效率高、 穩(wěn)定工作范圍寬、起 動功率小、加速性好 等優(yōu)點(diǎn)。世界上第一 臺雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)是1952年定型的美國 J57渦輪噴氣發(fā)動機(jī)。除早期發(fā)展的渦輪噴氣發(fā)動機(jī)外，絕大多數(shù)渦輪噴氣發(fā)動機(jī)都是雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)。文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理,word版本

26、可編輯.歡迎下載支持渦輪噴氣發(fā)動機(jī)由進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪、加力燃燒室、尾噴管、附件傳動裝 置與附屬系統(tǒng)等組成。其中壓氣機(jī)、燃燒室和渦輪是核心部件，發(fā)動機(jī)推力主要由尾噴管向 后噴氣產(chǎn)生的反作用力提供。提高渦輪噴氣發(fā)動機(jī)推力的方法主要有提高渦輪前溫度和增大 空氣流量，前者受渦輪葉片所采用材料的限制不能過高，后者則催生出了渦扇發(fā)動機(jī)。渦輪噴氣發(fā)動機(jī)（含渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)）的主要性能參數(shù)有推力、耗油率、重量、外形尺 寸等，但除耗油率外，其他參數(shù)只能表征發(fā)動機(jī)具有的能力（如推力）與特征（如重量、外 形尺寸），而不能表征它的好壞。另外，還常常采用“推重比”，即單位質(zhì)量所產(chǎn)生的推力【推 重比=推力（千牛

27、）/重量（千克）,來作為表征渦輪噴氣、渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)性能好壞的一個 重要的綜合參數(shù)。而另一個重要參數(shù)“耗油率” ，表示發(fā)動機(jī)產(chǎn)生1千牛推力每小時所消耗 的燃油量（千克），其單位是千克/千牛小時。對用于戰(zhàn)斗機(jī)的發(fā)動機(jī)，推重比是主要考慮 的參數(shù)；對于客機(jī)、運(yùn)輸機(jī)用的發(fā)動機(jī)來說，耗油率是主要考慮的參數(shù)。此外，比較發(fā)動機(jī) 好壞的參數(shù)還有：單位迎風(fēng)面積的推力、 單位空氣流量的推力以及耐久性（工作壽命）參數(shù)、可靠性參數(shù)等。渦輪噴氣、渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的性能好壞，在很大程度上決定于發(fā)動機(jī)設(shè)計中 所采用的循環(huán)參數(shù)。對于渦輪噴氣發(fā)動機(jī)，主要循環(huán)參數(shù)有：增壓比、渦輪前溫度；對于渦 輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，主要循環(huán)參數(shù)有：總增壓

28、比（總增壓比=風(fēng)扇增壓比x高壓壓氣機(jī)增壓比，或者高壓壓氣機(jī)出口處空氣壓強(qiáng) /風(fēng)扇進(jìn)口處空氣壓強(qiáng)）、渦輪前燃?xì)鉁囟群秃辣鹊?。二?zhàn)前后，德國、英國、美國和蘇聯(lián)都先后開始研制渦輪噴氣發(fā)動機(jī)。英國的惠特爾和 德國的奧海因分別在 1937年7月14日和1937年9月研制成功離心式渦輪噴氣發(fā)動機(jī)WU和HeS3前者推力為5.3千牛，但1941年5月15日首次試飛的格羅斯特公司E28/39飛機(jī)裝的是其改進(jìn)型 WI,推力為5.4千牛，推重比2. 20。后者推力為4.9千牛，推重比1. 38, 于1939年8月27日率先裝在亨克爾公司的He-178飛機(jī)上試飛成功。這是世界上第一架試飛成功的噴氣式飛機(jī)， 開創(chuàng)了噴

29、氣推進(jìn)新時代和航空事業(yè)的新紀(jì)元。世界上第一臺實用的渦輪噴氣發(fā)動機(jī)是德國的尤莫 -004 （圖9）, 1940年10月開始臺架試車，1941年12月推力達(dá) 到9.8千牛，1942年7月18日裝在梅塞施米特 Me-262飛機(jī)上試飛成功。自1944年9月至 1945年5月，Me-262共擊落盟軍飛機(jī) 613架，自己損失200架（包括非戰(zhàn)斗損失）。英國的 第一種實用渦輪噴氣發(fā)動機(jī)是1943年4月羅.羅公司推出的威蘭德，推力為7.55千牛，推重比2.0。該發(fā)動機(jī)當(dāng)年投入生產(chǎn)后即裝備“流星”戰(zhàn)斗機(jī)，于 1944年5月交給英國空軍 使用。該機(jī)曾在英吉利海峽上空成功地攔截了德國的V-I導(dǎo)彈，英國于1945年1

30、1月使渦輪噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)“流星” IV的速度超過了當(dāng)時飛得最快的裝活塞式發(fā)動機(jī)的戰(zhàn)斗機(jī)P-51 “野馬”的速度，并于 1946年創(chuàng)造了時速 975千米/小時的世界紀(jì)錄。美國的 P-80裝一臺J33文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理,word版本可編輯.歡迎下載支持渦輪噴氣發(fā)動機(jī)，此即后來的F-80,是美國第一種服役的噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)。戰(zhàn)后，美、蘇、法通過買專利，或借助從德國取得的資料和人員，陸續(xù)發(fā)展了本國第一代渦輪噴氣發(fā)動機(jī)。 其中，美國通用電氣公司的 J47軸流式渦噴發(fā)動機(jī)和蘇聯(lián)克里莫夫設(shè)計 局的RD-45離心式渦噴發(fā)動機(jī)的推力都在26.5千牛左右，推重比為 2-3,它們分別在1949年和1948年裝在F

31、-86和米格-15戰(zhàn)斗機(jī)上服役。這兩種飛機(jī)雖然使用渦輪噴氣式發(fā)動機(jī)， 但并未能進(jìn)行超音速飛行，只能屬于亞音速戰(zhàn)斗機(jī)。在朝鮮戰(zhàn)爭期間，中蘇空軍與美國空軍 使用這兩種戰(zhàn)斗機(jī)展開了你死我活的空戰(zhàn)，揭開了噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)空戰(zhàn)的序幕。20世紀(jì)50年代初，加力燃燒室的采用使發(fā)動機(jī)在短時間內(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。典型的發(fā)動機(jī)有美國的J57 （圖10）和蘇聯(lián)的RD-9B （圖11）,它們的加力推力分別為 70千牛和32.5千牛，推重比各為 3.5和4.5。它們分別裝在超聲速圖10 J57渦輪噴氣發(fā)動機(jī)圖11 RD-9B渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的單發(fā)F-100和雙發(fā)米格-19戰(zhàn)斗機(jī)上。在50年代末

32、和60年代初，各國研制了適合 M2以 上飛機(jī)的一批渦噴發(fā)動機(jī)，如 J79、J75、埃汶、奧林帕斯、阿塔 9C、R-1I和R-13,推重比 已達(dá)5-6。在60年代中期還發(fā)展出用于 M3一級飛機(jī)的J58和R-3I渦噴發(fā)動機(jī)。至U 70年代 初，用于“協(xié)和”超聲速客機(jī)的奧林帕斯 593渦噴發(fā)動機(jī)定型，最大推力達(dá)到 170千牛，從 此再沒有重要的渦噴發(fā)動機(jī)問世。渦輪噴氣發(fā)動機(jī)克服了帶螺旋槳的活塞式發(fā)動機(jī)的主要缺點(diǎn)，使戰(zhàn)斗機(jī)順利突破了 “聲障”，而且為飛機(jī)高空飛行提供了條件，使飛機(jī)從亞音速進(jìn)入了超音速飛行的新時代。渦輪 噴氣發(fā)動機(jī)為飛機(jī)的快速發(fā)展立下了不可磨滅的功勛，但渦噴發(fā)動機(jī)在產(chǎn)生推力時，有大量仍具

33、有一定熱能、動能的高溫燃?xì)飧咚倥懦?，損失了大量能量。因此， 渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的使用經(jīng)濟(jì)性差，這是制約它繼續(xù)發(fā)展的致命弱點(diǎn)。渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的耗油率在0.9-1.0 千克/（千牛小時）之間，在使用加力燃燒室時則幾乎增大一倍，約為 2.0千克/ （千牛小時） 左右。所以，裝渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的戰(zhàn)斗機(jī)航程短、作戰(zhàn)半徑小，也就是人們常說的“腿短”。面對渦輪噴氣發(fā)動機(jī)的局限性，從事航空發(fā)動機(jī)研究的前輩們，充分發(fā)揮了他們的聰明文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理,word版本可編輯.歡迎下載支持才智，引入了創(chuàng)新思維，發(fā)展了既保持渦輪噴氣發(fā)動機(jī)所具有的活塞式發(fā)動機(jī)根本無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，有明顯提高了其經(jīng)濟(jì)性的發(fā)動機(jī)一一渦輪風(fēng)扇發(fā)

34、動機(jī)。從20世紀(jì)60年代開始，渦輪噴氣發(fā)動機(jī)便逐漸被渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)所取代。2、渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)圖12渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)簡圖渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)是由在壓 氣機(jī)前安裝的一級或多級風(fēng)扇 形成的外涵氣流與內(nèi)涵噴管排 出的或內(nèi)外涵氣流摻混后排出 的燃?xì)夤餐a(chǎn)生推力的燃?xì)鉁u 輪發(fā)動機(jī)（圖12）圖12渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)簡圖渦扇發(fā)動機(jī)全稱為渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)是飛機(jī)發(fā)動機(jī)的一種，由渦輪噴氣發(fā)動機(jī)發(fā)展而成。與渦輪噴氣發(fā)動機(jī)比較，主要特點(diǎn)是首級壓縮機(jī)的面積大很多，同時被用作為空氣螺旋槳（扇），將部分吸入的空氣通過噴射引擎的外圍向彳麥推。發(fā)動機(jī)核心部分空氣經(jīng)過的部分稱 為內(nèi)涵道，僅有風(fēng)扇空氣經(jīng)過的核心機(jī)外側(cè)部分稱為外涵道。外涵與內(nèi)涵空氣

35、流量之比稱為涵道比，又稱流量比，是影響渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)性能好壞的一個重要循環(huán)參數(shù)。涵道比高于 4-5的稱為高涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，排氣速度低、推進(jìn)效率高、經(jīng)濟(jì)性好，適用于大型遠(yuǎn) 程客機(jī)和運(yùn)輸機(jī)，但迎風(fēng)面積大，不宜與做超音速飛行；涵道比低于2-3的稱為低涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，一般戰(zhàn)斗機(jī)用的加力渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的涵道比大多小于1.0,甚至0.3以下。只有要求在空中做長時間巡邏的戰(zhàn)斗機(jī)，其涵道比選為1.0左右。多轉(zhuǎn)子渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)中最后一個壓氣機(jī)的出口壓強(qiáng)與第一個壓氣機(jī)（風(fēng)扇）的進(jìn)口壓強(qiáng)之比就是總增壓比，它也是渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的一個重要設(shè)計參數(shù)，對發(fā)動機(jī)的耗油率和單位推力都有顯著的影響。目前,加力渦扇發(fā)動

36、機(jī)的總增壓比為25-35,高涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的總增壓比已高達(dá)35-45 ,未來高涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的總增壓比可能要提高到50-100。渦扇發(fā)動機(jī)的發(fā)展是從民用發(fā)動機(jī)開始的。世界上第一臺渦扇發(fā)動機(jī)是1959渦扇發(fā)動機(jī)的發(fā)展是從民用發(fā)動機(jī)開始的。世界上第一臺渦扇發(fā)動機(jī)是1959年定型的圖13康維渦扇發(fā)動機(jī)英國康維（圖13）,推力為57.3千牛，用于 VC-10、DC-8和波音707客機(jī)。涵道比有 0.3 和0.6兩種，耗油率比同時期的渦噴發(fā)動機(jī)低 10%-20% 1960年，美國在JT3c渦噴發(fā)動機(jī) 的基礎(chǔ)上改型研制成功 JT3D渦扇發(fā)動機(jī)，推力超過 77千牛，71道比1.4,用于波音707

37、和 DC-8客機(jī)以及軍用運(yùn)輸機(jī)，這些可以算是第一代渦扇發(fā)動機(jī)。以后，渦扇發(fā)動機(jī)向低涵道比的軍用加力發(fā)動機(jī)和高涵道比的民用發(fā)動機(jī)的兩個方向發(fā)展。文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理,word版本可編輯.歡迎下載支持表2 F-4換裝后性能提高的情況在低涵道比軍用加力?扇發(fā)動機(jī)方面，20世紀(jì)60年代，英、美在民用渦扇發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)上研制出斯貝-MK202和TF30,即第二代渦扇發(fā)動機(jī)，分別用于英國購買的“鬼怪”F-4M/K戰(zhàn)斗機(jī)和美國的 F-111（后又用于F-14戰(zhàn)斗機(jī)）。F-4 “鬼怪”戰(zhàn)斗機(jī)原來用的是渦輪噴 氣發(fā)動機(jī)，英國購買后將其改裝為斯貝-MK202渦扇發(fā)動機(jī)，其性能變化如表2所示。它們的推重比與同時

38、期的渦噴發(fā)動機(jī)差不多，但中間耗油率低，使飛機(jī)航程大大增加。 這一代發(fā)動機(jī)在渦扇發(fā)動機(jī)的歷史上起著承前啟后的作用。在70-80年代，各國研制出推重比 8一級的渦扇發(fā)動機(jī)，如美國的 F100 （圖14）、F404、F110,西歐三國的 RBI99 ,前蘇聯(lián)的RD-33 和AL-31F （圖15）。它們裝備目前在一線的第三戰(zhàn)斗機(jī)，如 F-15、F-16、F-18、“狂風(fēng)”、 米格-29和蘇-27。這些新一代的發(fā)動機(jī)即第三代渦扇發(fā)動機(jī)取得了突破性進(jìn)展，使新一代 戰(zhàn)斗機(jī)（即第三代戰(zhàn)斗機(jī)）的推重比達(dá)到了1以上，這些戰(zhàn)機(jī)也是目前的主力戰(zhàn)機(jī)。目前，推重比10 一級的渦扇發(fā)動機(jī)己研制成功，即將投入服役。它們包括

39、美國的F-22/F119（圖16）、西歐的EFA2000/EJ200和法國的“陣風(fēng)” / M8&其中，F(xiàn)-22/F119具有第四代戰(zhàn)斗 機(jī)代表性特征一一超聲速巡航、短距起落、超機(jī)動性和隱身能力。超聲速垂直起飛短距著陸的JSF動力裝置F136正在研制之中，預(yù)計將于 20102012年投入服役。千牛以上的高涵道比（4 6）渦扇發(fā)動機(jī)投入使用以來，開創(chuàng)了大型寬體客機(jī)的新時代。后來，又發(fā)展出推力小于 200千牛的 不同推力級的高涵道比渦扇發(fā)動機(jī)，廣泛圖 14F100渦扇發(fā)動機(jī)自20世紀(jì)70年代第一代推力在 200* I-一三甲廠 一.10文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理,word版本可編輯.歡迎下載支持用于

40、各種干線和支線客機(jī)。100150千牛推力級的CFM56（圖17）系列已生產(chǎn)13000多臺,并創(chuàng)造了機(jī)上壽命超過30000h的記錄。民用渦扇發(fā)動機(jī)依然投入使用以來，已使巡航耗油率降低一半，噪聲下降 20dB, CO UHC NOx分別減少70%、90%、45%。90年代中期裝備 波音777投入使用的第二代高涵道比 （6-9）渦扇發(fā)動機(jī)的推力超過 350千牛。其中，通用電 氣公司GE90-115B在2003年2月創(chuàng)造了 569千牛的發(fā)動機(jī)推力世界紀(jì)錄。目前，普惠公司 正在研制新一代渦扇發(fā)動機(jī) PWS000這種齒輪傳動渦扇發(fā)動機(jī)，推力為 110160千牛，涵 道比11,耗油率下降9%。3、渦輪螺旋槳

41、發(fā)動機(jī)渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)是由螺旋槳提供拉力（或推力）的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，其驅(qū)動原理大致上與使用活塞發(fā)動機(jī)作為動力來源的傳統(tǒng)螺旋槳飛機(jī)雷同，是以螺旋槳旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的力量來作為飛機(jī)前進(jìn)的推進(jìn)力。其與活塞式螺槳機(jī)主要的差異點(diǎn)除了驅(qū)動螺旋槳中心軸的動力來源 不同外，還有就是渦槳發(fā)動機(jī)的螺旋槳通常是以恒定的速率運(yùn)轉(zhuǎn)，而活塞動力的螺旋槳則會依照發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速不同而有轉(zhuǎn)速高低的變化。雖然渦槳發(fā)動機(jī)的燃燒室與渦輪噴氣發(fā)動機(jī)類似，但為了自排廢氣中回收較多的動力以驅(qū)動螺旋槳，渦槳引擎的渦輪端之扇葉級數(shù)比較高。相反的，由于渦輪噴氣發(fā)動機(jī)主要的推進(jìn)力都來自于熱氣直接排放至大氣中所產(chǎn)生的反作用力，因此其渦輪端的扇葉級距數(shù)越小

42、越好，只需保持足夠的回收動力用來驅(qū)動壓縮端的扇葉即可。事實上，渦槳發(fā)動機(jī)的效率亦高于渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)，但是使用渦槳引擎的飛機(jī)速度通常較渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的飛機(jī)來的低。原因是渦槳引擎的涵道比通常比渦輪風(fēng)扇引擎來的高，但是也造成其槳葉端部分速度很高，有產(chǎn)生激波的可能。另外， 因渦輪轉(zhuǎn)動速度很快，使得渦輪與螺槳之間必須要有變速齒輪，來 降低螺槳轉(zhuǎn)速使其葉端不要超過音速。所以使用螺槳發(fā)動機(jī)的飛機(jī)要加上變速齒輪的重量。1942年，英國開始研制世界上第一臺渦槳發(fā)動機(jī)曼巴。該機(jī)裝在海軍“塘鵝”艦載反潛飛機(jī)上。以后，英國、美國和前蘇聯(lián)陸續(xù)研制出多種渦槳發(fā)動機(jī)，如達(dá)特、T56、AI-20和AI-24。這些渦槳發(fā)動機(jī)的

43、耗油率低，起飛推力大，裝備了一些重要的運(yùn)輸機(jī)和轟炸機(jī)。圖18 T56渦槳發(fā)動機(jī)美國在1956年服役的渦槳發(fā)動機(jī) T56/501,裝于C-130運(yùn)輸機(jī)、P3-C偵察機(jī)和E-2c預(yù)警 機(jī)。它的功率范圍為 25804414 kW有多個軍民用系列，已生產(chǎn)了 17000多臺，出口到 50 多個國家和地區(qū)，是世界上生產(chǎn)數(shù)量最多的渦槳發(fā)動機(jī)之一，至今還在生產(chǎn)。前蘇聯(lián)的HK一 12M的最達(dá)功率達(dá)11000kW/用于圖 20 “熊”式轟炸機(jī)、安-22軍用運(yùn)輸機(jī)和圖-114 民用運(yùn)輸機(jī)。終因螺旋槳在吸收功率、尺寸和飛行速度方面的限制，在大型飛機(jī)上渦輪螺旋 槳發(fā)動機(jī)逐步被渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)所取代，但在中小型運(yùn)輸機(jī)和通用

44、飛機(jī)上仍有一席之地。其中加拿大普惠公司的PT6A發(fā)動機(jī)是典型代表，40年來，這個功率范圍為 3501100kW的發(fā)動機(jī)系列已發(fā)展出 30多個改型，用于144個國家的近百種飛機(jī)，共生產(chǎn)了30000多臺。美國在90年代在T56和T406的基礎(chǔ)上研制出新一代高速支線飛機(jī)用的AE2100是當(dāng)前最先11文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理,word版本可編輯.歡迎下載支持進(jìn)的渦槳發(fā)動機(jī)，功率范圍為29835966 kW其起飛耗油率特低，為 0.249 kg/(kWh)。之后西歐四國決定為歐洲中型軍用運(yùn)輸機(jī)A400M研制TP400渦槳發(fā)動機(jī)，該發(fā)動機(jī)以法國的M88的核心機(jī)為基礎(chǔ)，功率為7460kW/計劃于2008年

45、定型。在20世紀(jì)80年代后期，掀起了一陣性能上介于渦槳發(fā)動機(jī)和渦扇發(fā)動機(jī)之間的槳扇發(fā)動機(jī)熱。一些著名的發(fā)動機(jī)公司都在不同程度上進(jìn)行了預(yù)計和試驗，其中通用電氣公司的無涵道風(fēng)扇(uDF)GE36曾進(jìn)行了飛行試驗。由于種種原因，只有俄羅斯和烏克蘭的安-70/D-27進(jìn)入工程研制并計劃批生產(chǎn)裝備部隊。但因飛機(jī)技術(shù)老化、發(fā)動機(jī)噪聲不符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)和 試驗中發(fā)生的問題較多，最終俄烏雙方作出放棄裝備該機(jī)的決定。4、渦輪軸發(fā)動機(jī)渦輪軸發(fā)動機(jī)是輸出軸功率的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)，在工作和構(gòu)造上，渦輪軸發(fā)動機(jī)同渦輪螺槳發(fā)動機(jī)根相近。它們都是由渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的原理演變而來，只不過后者將風(fēng)扇變成了螺旋槳，而前者將風(fēng)扇變成了直升

46、機(jī)的旋翼。除此之外，渦輪軸發(fā)動機(jī)也有自己的特點(diǎn)：它一般裝有自由渦輪(即不帶動壓氣機(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。 在帶有壓氣機(jī)的渦輪發(fā)動機(jī)這一類型中，渦輪軸發(fā)動機(jī)出現(xiàn)得較晚，但已在直升機(jī)和垂直/短距起落飛機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用，。渦輪軸發(fā)動機(jī)于 1951年12月開始裝在直升機(jī)上，作第一次飛行。那時它屬于渦輪螺槳發(fā)動機(jī)，并沒有自成體系。以后隨著直升機(jī)在軍事和國民經(jīng)濟(jì)上使用越來越普遍，渦輪軸發(fā)動機(jī)才獲得獨(dú)立的地位。從1950年法國透博梅卡公司研制出206 kW的阿都斯特I型渦軸發(fā)動機(jī)并裝備美國的S52-5直升機(jī)上首飛成功以后，渦輪軸發(fā)動機(jī)在直升機(jī)領(lǐng)域逐步取代活塞

47、式發(fā)動機(jī)而成為最主要的動力形式。半個世紀(jì)以來，渦軸發(fā)動機(jī)已成功的發(fā)展出四代，功重比已從2kW/daN提高到6.87.1 kWdaN。第三代渦軸發(fā)動機(jī)是 20世紀(jì)70年代設(shè)計，80年代投產(chǎn)的產(chǎn)品。 主要代表機(jī)型有馬基拉、T700-GE-701A和TV3-117VM,裝備AS322 “超美洲豹”、UH-60A、AH-64A、米-24和卡-52。第四代渦軸發(fā)動機(jī)是 20世紀(jì)80年代末90年代初開始研制的新圖19 MTR390 渦軸發(fā)動機(jī)代發(fā)動機(jī)，代表機(jī)型有英、法 聯(lián)合研制的 RTM322美國的 TS00-LHT-800、德法英聯(lián)合研 制的MTR390(圖19) 和俄羅 斯的 TVDI500,用于 N

48、H-90、 EH-101、WAIH-64 RAH-66”科 曼奇”、PAH-2/ HAFy HAC虎” 和卡-52。世界上最大的渦輪 軸發(fā)動機(jī)是烏克蘭的 D-136, 起飛功率為75 00 kW 裝兩臺 發(fā)動機(jī)的米-26直升機(jī)可運(yùn)載 20 t的貨物。以T406渦輪軸 發(fā)動機(jī)為動力的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī) V-22突破常規(guī)旋翼機(jī) 圖19 MTR390 渦軸發(fā)動機(jī)/h的飛行速度上限，一下子提高到638 km/h。目前，美國正準(zhǔn)備利陸軍計劃利用高性能渦輪發(fā)動機(jī)技術(shù)(IHPTET)計劃第一階段和第二階段的成果發(fā)展用于UH-60A “黑鷹” / AH-64A “阿帕奇”改進(jìn)型的動力一一共用發(fā)動機(jī)項目(CEP)。CE

49、P的目標(biāo)是耗油率減少 2530%,功重比提高60%,采購成本和維護(hù)成本最小 減少20%,使直升機(jī)的航程增加60%或載荷增加70%,同時減少后勤服務(wù)和維護(hù)的負(fù)擔(dān)。12文檔來源為：從網(wǎng)絡(luò)收集整理,word版本可編輯.歡迎下載支持.CEP項目的生產(chǎn)型發(fā)動機(jī)的功率限制在2240kW為滿足未來運(yùn)輸旋翼機(jī)(FTR)的動力需求.2004財年將開始一個利用IHPTET第二階段 和第三階段技術(shù)的發(fā)動機(jī)驗證計劃。這種發(fā)動機(jī)的功率為7460kW/其工程和制造研制(EMD)將于2008到2010財年進(jìn)行。預(yù)計 FTR與現(xiàn)在的重型運(yùn)輸直升機(jī)相比?？墒购匠淘黾尤叮?或載荷增加一倍。面對新世紀(jì)，人們在不斷改進(jìn)現(xiàn)有發(fā)動機(jī)的

50、同時，開始努力發(fā)展下一代渦軸發(fā)動機(jī)，搶占技術(shù)制高點(diǎn)。下一代渦軸發(fā)動機(jī)的主要特點(diǎn)有：在性能方面，壓氣機(jī)增壓比、渦輪前溫度將有較大幅度提高，由此單位功率和功重比也將有較大提高，耗油率將顯著下降。在結(jié)構(gòu)方面，新材料和新工藝的使用，將會使下一代渦輪軸發(fā)動機(jī)的重量更輕，工作更為可靠。在價格和維護(hù)性方面，下一代渦輪軸發(fā)動機(jī)的單位壽命價格應(yīng)能進(jìn)一步降低，而且更便于維護(hù)。下一代渦輪軸發(fā)動機(jī)可能采用的新方案有變循環(huán)渦輪軸發(fā)動機(jī)和可轉(zhuǎn)換的渦軸/渦扇發(fā)動機(jī)。這些方案力圖使新的發(fā)動機(jī)在降低耗油率，提高直升機(jī)飛行速度等方面取得突破性進(jìn)展。為克服渦輪軸發(fā)動機(jī)和直升機(jī)傳統(tǒng)的傳動減速裝置十分笨重的缺點(diǎn)，國外已開始研究噴氣旋翼和翼尖噴氣發(fā)動機(jī)及液壓傳動減速系統(tǒng)。如果這些方案能 夠?qū)嵤?，將會給直升機(jī)動力裝置一一渦輪軸發(fā)動機(jī)帶來一場革命。四、未來展望航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)問世以后的60年來在技術(shù)上取得的重大進(jìn)步可用下列數(shù)字表明：(1)服役的戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動機(jī)推重比從2提高到79,已經(jīng)定型并即將投入使用的達(dá)