飛機(jī)動(dòng)力裝置：第六章 航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

內(nèi)容1.了解航空燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的作用以及其要求2.掌握航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的分類、工作原理、特點(diǎn)以及其應(yīng)用（重難點(diǎn)）3.了解航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷史以及其發(fā)展展望第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

1.1引言在中國：

風(fēng)箏(楚漢時(shí)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(shí)期）

——世界上最早的、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》第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

嫦娥奔月

舜帝的斗笠

起花

第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

在西方：達(dá)·芬奇筆下的“撲翼機(jī)”、天使、飛毯傳說、小說以及電影撲翼機(jī)第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)早期設(shè)想

第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

后果:

由于沒有后續(xù)的動(dòng)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(dòng)力的滑翔機(jī)。經(jīng)過長期的探索和不懈的追求，終于發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)飛上天有三種基本的途徑：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。基于直接有升力的飛行。像火箭、垂直起落的飛機(jī)?；诎嘏桑运俣葥Q取升力的飛行。這就需要?jiǎng)恿?，如固定翼飛機(jī)、直升機(jī)、旋翼機(jī)都包括在內(nèi)。第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

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(shí)完成了環(huán)球飛行“齊白林伯爵”號飛艇第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

1763年瓦特發(fā)明了蒸汽機(jī)，推動(dòng)了工業(yè)革命的發(fā)展。但是由于蒸汽機(jī)太重，它沒有辦法裝到飛機(jī)上，所以一百四十年以后萊特兄弟才把飛機(jī)飛上天。1810年英國科學(xué)家凱利發(fā)現(xiàn)了飛行原理。1883年發(fā)明內(nèi)燃機(jī)萊特兄弟經(jīng)過了改進(jìn)，裝到第一架“飛行者1號”上，最后飛上了天空，完成一個(gè)偉大的創(chuàng)舉！！第1次飛行時(shí)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(dá)260米左右第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

飛行者1號第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

1.2航空發(fā)動(dòng)機(jī)作用、要求1.2.1定義

發(fā)動(dòng)機(jī)是將燃料燃燒釋放出的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的裝置。動(dòng)力裝置除了包括發(fā)動(dòng)機(jī)本體及必需的工作系統(tǒng)（如燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、起動(dòng)點(diǎn)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?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)是現(xiàn)代飛機(jī)與直升機(jī)的主要?jiǎng)恿Γㄉ贁?shù)輕型、小型飛機(jī)和直升機(jī)采用航空活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)），為飛機(jī)提供推進(jìn)力，為直升機(jī)提供升力。第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

推進(jìn)力升力第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

1.2.3要求發(fā)動(dòng)機(jī)推力大、質(zhì)量小發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗率低發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸要小可靠性要好，使用壽命要長環(huán)境污染要小（排氣污染和噪音污染）不同用途的發(fā)動(dòng)機(jī)，其要求的側(cè)重點(diǎn)也不同：

——戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)要求推力大、重量輕、加速性好；

——對于旅客機(jī)，要求有低的耗油率第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

航空發(fā)動(dòng)機(jī)活塞式噴氣式?jīng)_壓式渦輪式渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)單轉(zhuǎn)子(M53)、雙轉(zhuǎn)子、多轉(zhuǎn)子（RB119、RB211）渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)1.3航空發(fā)動(dòng)機(jī)的分類第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

幻影戰(zhàn)斗機(jī)第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

雙轉(zhuǎn)子三轉(zhuǎn)子第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

1.4工作原理及其特點(diǎn)1.4.1組成單轉(zhuǎn)子渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是由進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪和噴管五大部件組成。第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

1.4.2燃?xì)鉁u輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理及其特點(diǎn)第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

結(jié)合下圖：功能渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)工作情形圖第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)是20世紀(jì)50、60年代應(yīng)用最為廣泛的航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)時(shí)不僅是高速殲擊機(jī)的唯一動(dòng)力，而且也為許多轟炸機(jī)、旅客機(jī)所采用。

國產(chǎn)的殲六、殲七、殲八等殲擊機(jī)上，均采用了帶加力燃燒室的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)。加力渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

主要特點(diǎn)：適用于高速飛行；不需要受速度限制的螺旋槳作為推進(jìn)器；帶加力燃燒室的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)突破音速。耗油率較高由于渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的推力是由高速排出高溫燃?xì)馑@得的，所以在得到推力的同時(shí)，有不少由燃料燃燒所獲得的能量以燃?xì)獾膭?dòng)能和熱能的形式排出發(fā)動(dòng)機(jī)，能量損失較大，因此耗油率較高。第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

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)性經(jīng)濟(jì)性第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

1.5.2渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)(簡稱渦漿發(fā)動(dòng)機(jī))

渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)是在渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上，吸取航空活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)發(fā)展而來的。20世紀(jì)50年代研制的旅客機(jī)、運(yùn)輸機(jī)采用渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)較多，目前支線用的旅客機(jī)仍以渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)作為主要?jiǎng)恿?。工作原理第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

主要特點(diǎn)：適用于低、中速飛行由于渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)以直徑較大的螺旋槳作為推進(jìn)器，飛行速度受到限制，M=0.5～0.7。耗油率低燃?xì)庵械拇蟛糠帜芰浚?5%～90%）在動(dòng)力渦輪中膨脹作功，驅(qū)動(dòng)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(jìn)效率高，所以耗油率低。第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

1.4.3渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)（簡稱渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)）工作原理第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

特點(diǎn)：渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)是用于直升機(jī)上的，基本同于渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)，主要區(qū)別：

一是燃?xì)獍l(fā)生器排出的燃?xì)饽芰?，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。渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)也可以作為非航空領(lǐng)域中的動(dòng)力，如地面發(fā)電機(jī)、油泵、水泵等的動(dòng)力，艦船用的動(dòng)力等。第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

1.4.4渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)（簡稱渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)）工作原理第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

PW4000第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

JT9D第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是在雙轉(zhuǎn)子渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上，吸取渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)發(fā)展起來的。其性能介于渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)和渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)之間。

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是目前應(yīng)用最為廣泛的一種。較大型民航機(jī)幾乎都采用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，帶加力燃燒室的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)則適合作高超音速（M≥2.3）作戰(zhàn)飛機(jī)的動(dòng)力裝置。主要特點(diǎn):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(jì)性的要求。第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

B737、A320、A340-200/300CFM公司是由法國斯奈克瑪發(fā)動(dòng)機(jī)公司和通用電氣公司各出資一半成立的合資企業(yè)

CFM56第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

起飛推力（daN）8900巡航推力（daN）2070巡航耗油率(kg/daN.h)0.678推重比4.90空氣流量（kg/s）297.4涵道比5.00渦輪前燃?xì)鉁囟龋ā妫?266總增壓比22.6風(fēng)扇直徑（mm）1524長度（mm）2362質(zhì)量（kg）1941級：風(fēng)扇3級低壓壓氣機(jī)(LPC)9級高壓壓氣機(jī)(HPC)環(huán)形燃燒室單級高壓渦輪(HPT)4級低壓渦輪(LPT)第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

B747、767、A300、A310JT9D第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

起飛推力（daN）22242推重比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?xì)鉁囟龋ā妫?312總長度（mm）3256最大直徑（mm）2428質(zhì)量（kg）4014級：風(fēng)扇3級低壓壓氣機(jī)(LPC)11級高壓壓氣機(jī)(HPC)環(huán)形燃燒室2級高壓渦輪(HPT)4級低壓渦輪(LPT)第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

1.5發(fā)展歷史回顧航空發(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。第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

1.5.1活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)期1914-1918年的第一次世界大戰(zhàn)，使飛機(jī)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(dòng)力。一戰(zhàn)期間各國共生產(chǎn)飛機(jī)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(yùn)。隨后的幾家航空公司組建了國際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)（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(shí)間。第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

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(dòng)機(jī)+螺旋槳為動(dòng)力的各種作戰(zhàn)飛機(jī)發(fā)揮了巨大作用，到二戰(zhàn)結(jié)束時(shí)，以螺旋槳為動(dòng)力的飛機(jī)的飛行速度最大達(dá)到了約每小時(shí)700公里。（R&R梅林

PW雙黃蜂）梅林第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

德國Bf109戰(zhàn)斗機(jī)

“周恩風(fēng)”戰(zhàn)斗機(jī)P-51“野馬”第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

“雙黃蜂”雙排星形18缸氣冷發(fā)動(dòng)機(jī)P-47戰(zhàn)斗機(jī)P-61"黑寡婦"截?fù)魴C(jī)

第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

1.5.2噴氣時(shí)代1937年3月，德國亨克爾公司研制的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)首次運(yùn)轉(zhuǎn)。1939年8月27日，裝這種發(fā)動(dòng)機(jī)的He-178飛機(jī)實(shí)現(xiàn)了世界上第一次噴氣動(dòng)力飛行，航空事業(yè)從些開始跨入了噴氣時(shí)代。1947年10月14日，X-1飛機(jī)首次成功地沖過了“音障”，實(shí)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(jī)投入使用。噴氣戰(zhàn)斗機(jī)動(dòng)力大致經(jīng)歷了四次更新?lián)Q代。

第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

He·178噴氣式飛機(jī)WI型發(fā)動(dòng)機(jī)

第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

米格-15戰(zhàn)斗機(jī)(BK-1)F-86戰(zhàn)斗機(jī)(J47)

第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

斯貝“MK202加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)F-4"鬼怪"式戰(zhàn)斗機(jī)

第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

民用航空的動(dòng)力也大致經(jīng)歷了四個(gè)階段：

第一階段：活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)

第二階段：噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)

1949年出現(xiàn)了第一種用加力渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)“埃汶”為動(dòng)力的民航客機(jī)彗星號，標(biāo)志著民用飛機(jī)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)代的到來。彗星號第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

B727第三階段：低涵道比(1.5-2.5)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)

60年代初的低涵道比(1.5-2.5)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，耗油率為0.07-0.08kg/（N·h），廣泛用于波音727、737，DC-9，“三叉戟”等飛機(jī)，逐步代替了耗油率高、經(jīng)濟(jì)性差的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī).第六章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)原理

第四階段：大涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)

1970年1月22日，裝有4臺(tái)涵道比為5.2、推力為193.1KN(19700kgf)的JT9D-3

型大涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的大型遠(yuǎn)程旅客機(jī)B747-100投入航線使用，標(biāo)志著民用航空動(dòng)力進(jìn)入了全新的大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)代。2001年美國GE公司為B777研制成功GE90-115B高涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，推力達(dá)到5.47

105N(55826kgf)，耗油