《航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理》課件

航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理探索航空發(fā)動(dòng)機(jī)背后的科技課程簡介課程目標(biāo)了解航空發(fā)動(dòng)機(jī)的基本原理、結(jié)構(gòu)和工作過程。學(xué)習(xí)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的分類、性能指標(biāo)和發(fā)展趨勢。課程內(nèi)容涵蓋航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理、主要部件、性能參數(shù)、以及應(yīng)用等方面。學(xué)習(xí)方法理論學(xué)習(xí)結(jié)合實(shí)際應(yīng)用案例，幫助學(xué)生更好地理解航空發(fā)動(dòng)機(jī)的原理和應(yīng)用。發(fā)動(dòng)機(jī)的基本組成航空發(fā)動(dòng)機(jī)由多個(gè)主要部件組成，每個(gè)部件都有其特定的功能，共同協(xié)作才能產(chǎn)生推力，推動(dòng)飛機(jī)飛行。壓縮機(jī)燃燒室渦輪排氣噴管發(fā)動(dòng)機(jī)的分類噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)利用燃?xì)鈬姵霎a(chǎn)生的反作用力推動(dòng)飛機(jī)前進(jìn)，主要用于現(xiàn)代民航客機(jī)和軍用飛機(jī)?；钊桨l(fā)動(dòng)機(jī)利用活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)推動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)螺旋槳旋轉(zhuǎn)，主要用于輕型飛機(jī)和通用航空飛機(jī)。渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合了渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和螺旋槳的特點(diǎn)，具有較高的燃油效率和較大的推力，主要用于中型飛機(jī)和運(yùn)輸機(jī)。內(nèi)燃機(jī)的工作原理吸氣活塞向下運(yùn)動(dòng)，氣缸容積增大，形成負(fù)壓，吸入新鮮空氣。壓縮活塞向上運(yùn)動(dòng)，壓縮氣缸內(nèi)的混合氣，溫度和壓力升高。做功火花塞點(diǎn)燃混合氣，發(fā)生爆炸，推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，輸出動(dòng)力。排氣活塞向上運(yùn)動(dòng)，將燃燒后的廢氣排出氣缸，完成一個(gè)工作循環(huán)。活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)是一種將燃料燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。它主要由氣缸、活塞、連桿、曲軸等組成。當(dāng)燃料在氣缸內(nèi)燃燒時(shí)，產(chǎn)生的高溫高壓氣體推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，從而輸出動(dòng)力。活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)1結(jié)構(gòu)簡單活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)相對簡單，易于維護(hù)。2可靠性高活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)成熟，可靠性較高，適合長時(shí)間運(yùn)行。3燃油經(jīng)濟(jì)性好活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)燃油效率較高，能有效利用燃料。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)是一種將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并產(chǎn)生推力的發(fā)動(dòng)機(jī)。它是現(xiàn)代噴氣式飛機(jī)和導(dǎo)彈的主要?jiǎng)恿υ?。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理是：吸入空氣，壓縮空氣，燃燒燃料，產(chǎn)生高溫高壓氣體，推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，并推動(dòng)噴氣機(jī)噴出高溫高壓氣體，產(chǎn)生推力。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)高速渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)能夠產(chǎn)生巨大的推力，使飛機(jī)能夠達(dá)到很高的速度。高效渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)比活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)更加高效，能夠更好地利用燃料。高空性能渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)在高空能夠保持較高的性能，適合用于長途飛行。渦輪級(jí)功用渦輪級(jí)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)中利用高溫高壓燃?xì)馀蛎涀龉Φ年P(guān)鍵部件。將燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)和風(fēng)扇，為飛機(jī)提供推力。結(jié)構(gòu)由一組固定葉片和一組旋轉(zhuǎn)葉片組成，固定葉片引導(dǎo)燃?xì)饬?，旋轉(zhuǎn)葉片接收燃?xì)饽芰?。渦輪葉片1耐高溫渦輪葉片在高溫環(huán)境中工作，需要耐高溫材料，通常采用高溫合金或陶瓷材料。2抗疲勞渦輪葉片承受著高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的巨大離心力和周期性載荷，需要具有良好的抗疲勞性能。3高效率渦輪葉片需要保證高效率地將氣流能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而推動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。壓縮機(jī)葉片壓縮機(jī)的核心部件，負(fù)責(zé)將空氣吸入并壓縮，為燃燒室提供高壓空氣。機(jī)匣包圍葉片的金屬外殼，提供結(jié)構(gòu)支撐，并引導(dǎo)氣流通過壓縮機(jī)。擴(kuò)散器位于壓縮機(jī)出口，減緩氣流速度，降低氣流動(dòng)能，提高氣流壓力。燃燒室混合燃燒室是發(fā)動(dòng)機(jī)中燃料與空氣混合燃燒的地方。溫度燃燒過程產(chǎn)生高溫高壓氣體，推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)燃燒室設(shè)計(jì)要保證充分燃燒，并防止火焰熄滅。渦輪將燃?xì)饽芰哭D(zhuǎn)換為機(jī)械能驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)和風(fēng)扇影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能排氣噴管作用將燃燒室產(chǎn)生的高溫、高壓燃?xì)饧铀倥懦?，產(chǎn)生推力，推動(dòng)飛機(jī)前進(jìn)。類型常用的排氣噴管類型有：固定式、可調(diào)式、矢量式。特點(diǎn)噴管的形狀和尺寸會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的推力和燃油效率。發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)推力耗油率重量壽命發(fā)動(dòng)機(jī)的效率燃油效率衡量發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗量的指標(biāo)，通常以每千克推力所消耗的燃油量來表示熱效率反映發(fā)動(dòng)機(jī)將燃油化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的比例，通常以發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率與燃油消耗量之比來表示推進(jìn)效率衡量發(fā)動(dòng)機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為飛機(jī)推力的效率，通常以飛機(jī)推力與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率之比來表示發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性99.9可靠性10000飛行小時(shí)10維修間隔航空發(fā)動(dòng)機(jī)必須具有極高的可靠性，才能確保飛行安全。發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性通常用平均無故障時(shí)間（MTBF）來衡量。發(fā)動(dòng)機(jī)的操控性易操控性飛行員可以輕松地控制發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)速度發(fā)動(dòng)機(jī)對控制信號(hào)的反應(yīng)速度穩(wěn)定性發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)定期檢查定期檢查發(fā)動(dòng)機(jī)各部件，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，避免小問題演變成大問題。清潔保養(yǎng)定期清潔發(fā)動(dòng)機(jī)表面，確保其清潔，提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率，延長發(fā)動(dòng)機(jī)壽命。更換零件及時(shí)更換磨損或損壞的零件，確保發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行正常，提高安全性。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷程1早期噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)20世紀(jì)30年代，英國人弗蘭克·惠特爾和德國人漢斯·馮·奧海因獨(dú)立發(fā)明了噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。2噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用第二次世界大戰(zhàn)期間，噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)開始應(yīng)用于軍用飛機(jī)，顯著提升了飛機(jī)的飛行速度和航程。3渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)20世紀(jì)60年代，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)問世，提高了燃油效率，成為民用飛機(jī)的主流發(fā)動(dòng)機(jī)類型。4現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)不斷改進(jìn)，提高推力、降低噪音和排放，為航空器提供更安全、高效的動(dòng)力。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的未來更高效不斷提高燃油效率，降低排放，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。更智能融入人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自主控制和維護(hù)。更輕便采用輕質(zhì)材料和先進(jìn)制造工藝，減輕發(fā)動(dòng)機(jī)重量。國內(nèi)外發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)介紹Rolls-Royce英國著名發(fā)動(dòng)機(jī)制造商，擁有悠久的歷史和豐富的經(jīng)驗(yàn)，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于民用和軍用航空領(lǐng)域。GEAviation美國通用電氣公司旗下的航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造部門，是全球領(lǐng)先的發(fā)動(dòng)機(jī)制造商之一，其產(chǎn)品涵蓋民用和軍用航空領(lǐng)域。Pratt&Whitney美國聯(lián)合技術(shù)公司旗下的發(fā)動(dòng)機(jī)制造部門，在民用和軍用航空領(lǐng)域擁有強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力和市場份額。中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)，致力于研發(fā)和制造高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)，推動(dòng)中國航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。國內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)現(xiàn)狀100目標(biāo)實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)自主可控50重點(diǎn)突破關(guān)鍵技術(shù)20計(jì)劃自主研制新一代發(fā)動(dòng)機(jī)10成就取得重大進(jìn)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)核心技術(shù)突破航空發(fā)動(dòng)機(jī)涉及材料、制造、設(shè)計(jì)等諸多核心技術(shù)，需要持續(xù)突破。資金投入不足航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)需要巨大的資金投入，國內(nèi)資金投入仍然不足。研發(fā)周期長航空發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)周期較長，需要克服長期積累的技術(shù)難題。航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈分析1設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)涉及氣動(dòng)、熱力、結(jié)構(gòu)、材料等多個(gè)領(lǐng)域。2制造制造環(huán)節(jié)要求高精度、高效率，涉及鑄造、鍛造、加工、裝配等工藝。3測試測試環(huán)節(jié)確保發(fā)動(dòng)機(jī)性能符合設(shè)計(jì)要求，涉及地面試驗(yàn)、飛行試驗(yàn)等。4維護(hù)維護(hù)環(huán)節(jié)包括日常保養(yǎng)、故障診斷、維修等，確保發(fā)動(dòng)機(jī)安全可靠運(yùn)行。航空發(fā)動(dòng)機(jī)核心技術(shù)分析材料技術(shù)耐高溫、高強(qiáng)度、高抗氧化材料氣動(dòng)設(shè)計(jì)高效率、低噪聲、高推力熱力設(shè)計(jì)高燃油效率、低排放、高可靠性控制技術(shù)智能控制、精準(zhǔn)控制、實(shí)時(shí)監(jiān)測航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵材料1高溫合金耐高溫、高強(qiáng)度，主要用于渦輪葉片、燃燒室等關(guān)鍵部件2陶瓷基復(fù)合材料耐高溫、耐腐蝕，可用于高溫部件的熱障涂層3碳纖維復(fù)合材料高強(qiáng)度、輕質(zhì)，可用于機(jī)匣、風(fēng)扇葉片等部件4特種鋼高強(qiáng)度、耐腐蝕，用于發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)件航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造工藝1精密加工高精度、高效率加工2材料選擇耐高溫、抗疲勞材料3裝配工藝嚴(yán)苛的裝配精度4測試與驗(yàn)證性能指標(biāo)測