航空航天推进系统习题答案.docx
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航空航天推进系统习题答案
航空航天推进系统
第一章绪论
1.说明航空航天飞行器的分类
航空器：
1）轻于空气的航空器：
气球、汽艇。
2）重于空气的航空器：
固泄翼航空器：
飞机、滑翔机：
旋翼航空器：
直升机、旋翼机。
航天器：
1）无人航天器：
人适地球卫星、空间平台、太空探测器
2）载人航天器：
载人飞船、空间站、载人太空实验室、航天飞机和空天飞机。
火箭和导弹。
2.试述火箭、导弹以及运载火箭三者的联系
火箭是凭借火箭发动机为动力的飞行器，运载火箭是带有航天器，并将航天器运送到预订轨道的可控火箭，导弹是以火箭发动机或者英他喷气发动机为动力，由制导系统控制其飞行且带有战斗部的飞行器。
3.试述航天器的功能
1）环绕地球运行的航天器可以充分利用它相对地球的高远位宜来观测地球，可以迅速和大量来自地球大气、海洋、陆地的务种自然信息和社会信息，直接服务于军事侦察，海洋监视、导弹预警、核爆炸探测、气象观测、环境观测和资源考察等任务。
2）环绕地球的航天器可作为空间无线电中继站，用于包括军事通信在内的全球通讯、广播、电视。
3）航天器作为空间基准点，可以为陆海空三军的导弹、船舶、飞机以及部队调动和民用商船、飞机、车辆进行导航泄位，可以为军事测绘部门提供大地测绘基准。
4）在航天器上可以有效利用太空的微重力、高真空、超低温、强辐射等特殊环境进行科学研究，开辟新的工业生产。
5）航天器能够摆脱大气层的屏障，接收来自宇宙天体的各种电磁辐射信息，实现全波段天文观测。
6）航天器在近地而空间飞行或在月球、行星际空间飞行，能够实现对空间环境的直接探测或者对月球和行星的酒精考察及取样工作。
此外，载人航天器由于有人工作，能够充分发挥人的独特作用，对于提髙空间侦察、空间防御、空间截击和空间作战指挥等效果都有巨大的潜在意义。
4.详细说明飞行器推进系统分类和各自特点
1）活塞式航空发动机
依靠螺旋桨和空气相互运动产生拉力或升力，发动机功率小，结构复杂，主要使用于小型低速飞行的飞机或直升机上。
2）空气喷气发动机
分为：
涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、冲压发动机
功率大，结构质呈:
轻、结构简单及维修方便
3）火箭发动机
不依赖大气中的氧，自身携带氧化剂和燃料。
主要包括：
液体火箭发动机、固体火箭发动机、固液混合火箭发动机。
5.简述航天器的分类
航天器可分为无人航天器和载人航天器。
无人航天器包括：
人造地球卫星、空间平台和空间测量器：
载人航天器包括：
载人飞船、载人太空实验室、空间站、航天飞机和空天飞机。
6.了解我国航天技术以及火箭和导弹的发展
略
第二章航空飞行器推进系统
1.说明活塞式航空发动机的主要构件，并叙述该类型发动机的工作原理。
主要构件包括：
气缸、活塞、曲轴、连杆、进气门、进气阀、排气阀、机体等。
工作原理：
发动机工作时，燃料和空气混合并在气缸内燃烧，产生的髙温髙压燃气驱动活塞往复直线运动，由曲轴上输岀机械工，经减速器调节转速带动螺旋桨或者旋製旋转而产生拉力。
2.说明活塞式航空发动机的辅助系统有哪些？
1）燃料系统
由燃料箱、燃料泵、汽化器（雾化器）或喷嘴装置组成。
燃料经过泵从燃料箱打入汽化器，雾化的燃料和空气混合后进入气缸。
亠丄
2）点火系统
由磁电机产生的髙电压在极短时间内产生电火花点燃混合气体。
3）润滑系统
它由轮滑油泵将润滑油输送到滑行的运动而间隙及轴承中，以减轻运动零部件的磨损。
4）冷却系统
冷却装置一般采用气冷或者液冷，在结构设计上常用散热片或者散热套来试下冷却。
5）启动系统
活塞式航空发动机的启动必须靠外力，常用的启动方式有两种：
一是将压缩空气送入气缸，推动活塞带动曲轴运转，二是用电机带动曲轴转动。
6）泄时系统
即为控制系统，该系统控制发动机的进气门和排气门的开启和关闭。
3.详细说明活塞式航空发动机四个行程的工作过程。
1）进气行程
发动机的进气阀打开进气门，经雾化器雾化的燃料和空气混合进入气缸
2）压缩行程
此时进气门已经关闭，活塞开始上行，压缩混合气体，直到活塞到达上止点
3）工作行程
安装在气缸头部的电火花塞打火，将压缩的高混合气体点燃，燃烧产生的髙温髙压燃气开始膨胀，推动活塞下行，带动连杆机构运转并带动曲轴，进而带动螺旋桨旋转，这个过程将燃烧气体的热能转化为机械能。
4）排气冲程
当燃气膨胀结束，排气阀打开排气门，排出工作后的废气，活塞开始上行直到上止点，排气阀关闭
4.评定航空发动机经济性指标是哪一个参数，说明其定义。
燃料消耗率：
航空发动机单位时间内产生单位有效推力或功率所消耗的燃料量
5.什么叫发动机的加速性？
加速性：
发动机从最小转速到最大转速所需要的时间。
6.活塞式航空发动机和涡轮喷气发动机相比较，哪一类适应高速飞行？
为什么？
涡轮喷气发动机更适合于髙速飞行，因为活塞式航空发动机的最大的功率太小，无法提
供髙音速飞机的所需要的动力，而涡轮喷气发动机的功率很髙，足以提供动力。
7.简要说明涡轮喷气发动机的工作原理。
发动机工作时，从进气道吸入的空气进到发动机，气流速度降低，压力则升髙，经过压气机时，气流的压力再度提髙几倍甚至几十倍，随后进入燃饶室，和从燃烧室顶部喷嘴喷岀的燃料混合燃烧，生成的髙温髙压气体膨胀作功，驱动涡轮工作。
高速旋转的涡轮带动压气机工作，经过涡轮后的燃气由喷管高速喷出，由反作用力原理，高速喷岀的气流产生了推动飞行器飞行的推力。
8.为什么涡轮喷气发动机用推力表示它的推进功而不用功率表示
因为活塞式航空发动机发岀的是功率，再通过螺旋桨转变为拉力使飞机飞行，发出的功率越大，则飞机飞行的速度越高，而涡轮喷气发动机则是热机和推进器为一体，它可以直接产生作用在飞机上的推力。
所以用推力表示飞机的推进功更加直观方便。
9.详细说明涡轮喷气发动机的主要性能参数的物理意义
1）推力：
作用在发动机内外表而的压力合力。
F=q』一%片+A（p°-几）
仏发动机出口单位时间内燃气的质量流量
⑺”发动机进口单位时间内空气的质量流量
Vo进口的气体速度
b喷管出口的燃气速度
A喷管出口处截而面积
Pe喷管出口截而的静压
几外界周围大气静压
2）单位推力：
发动机的推力和每秒流过发动机的空气质量流量之比，称为发动机的单
位推力
物理意义：
每千克空气质量流戢所能产生的推力大小推重比：
发动机的推力和发动机结构重量之比m发动机的结构质疑
F地而台架上发动机最大工作状态的推力
物理意义：
不仅体现涡轮喷气发动机在热力循环方而的设讣质虽:
，而且也体现了发动机的结构设计。
4）单位迎风而枳推力：
发动机推力和发动机最大迎而截而积之比
物理意义：
当发动机被安装在单独的发动机短舱内，迎风而积的大小，在一泄的飞行条件下，决左了发动机短舱的外部阻力的大小，也将影响发动机的有效推力。
5）单位耗油率阮：
产生一个单位的推力每小时所消耗的燃料
物理意义：
它是某一飞行速度下的发动机的经济性指标，只有在同一飞行速度条件下来比较两个发动机的经济性能时，使用单位耗油率才是合理的。
10.什么叫喷气发动机的推重比？
为什么说它是一个综合性能指标？
推重比指发动机的推力和发动机结构重量之比，它不仅体现涡轮喷气发动机在热力循环方而的设计质量，而且也体现了发动机在结构上的设计，也包括结构材料及工艺水平等综合质量。
11.说明涡轮喷气发动机的主要部件及其功能。
进气道：
1,影响流经发动机的空气流量。
2,影响进气道本身工作稳左性和岀口气流是否均匀。
压气机：
提髙进入发动机燃烧室的空气压力，并由涡轮来驱动。
燃烧室：
是燃料和从压气机出来的高压空气混合燃烧的场所。
涡轮：
受到从燃烧室排岀来的高温、高压燃气冲击而髙速运转的部件，是将髙温、高压燃气的动能转变为机械能。
喷管:
一是将从涡轮排岀的燃气在喷管内膨胀加速，将燃气中的一部分热熔转变为动能,以很大的气流速度从喷管排岀，产生反作用推力：
二是通过调节喷管临界截而大小来改变发动机的工作状态。
12.简要说明喷气发动机的工作特性。
转速特性：
对于喷口临界面积不可调的涡轮喷气发动机，当发动机转速上升时，其推力是随之增加的。
当发动机处于高转速条件下工作时，继续增加转速，发动机的推力更加显著增大，低速情况下，转速升髙，推力增大，单位耗油率下降，但是当速度接近最大转速时，耗汕率又会略上升。
可变喷口临界截而的发动机，喷管临界而积放大，则推力下降，单位耗汕率一般下降或者变化不大。
若压气机中间级带有放气结构，则打开放气带，推力下降，而单位耗油率上升。
速度特性：
发动机转速不变的情况下，随着马赫数的增大，推力开始略微下降或者缓慢的有所上升，在超音速阶段内推力增加较快，而当马赫数，推力又转为下降，直到零。
对于单位耗油率，在马赫数增大的过程中一直呈上升的趋势
高度特性：
在飞行高度在llkm以下，高度越高，单位推力越大，耗油率下降，飞机推力下降；llKm以上时，单位推力和耗油率都不变，发动机推力随高度增加继续下降，而且下降更快。
13.什么叫加力燃烧室？
说明加力燃烧室使用的场合
加力燃烧室：
在涡轮喷气式发动机达到最大工作状态下为继续增大推力所加的额外的燃烧室。
使用场合：
一般只使用于军用飞机，短时间的加力的场合下使用。
14.简述涡轮喷气发动机辅助系统
启动系统：
为工作的涡轮喷气发动机，室内压力气体低，靠燃烧室顶部的点火器无法点燃发动机，这时需要启动系统，常用的启动系统是直流电机和髙压启动机。
燃油系统：
燃汕系统保障涡轮喷气发动机在各种工作状态下所需的燃油供给，以保障发动机的启动、加速和稳泄燃烧。
滑油系统：
为发动机上所有的轴承和齿轮等运转部件提供润滑剂，以减少磨损、冷却机件和防止锈蚀。
15.试述喷气发动机的基本工作状态
最大状态：
发动机的转速和涡轮前燃气温度都达到最大值，此时推力也达到最大值。
工作时间一般为5到10分钟
额定状态：
通常规定推力为最大推力的85%~90%时，为发动机的额泄状态。
工作时间为30到60分钟
巡航状态：
通常规宦推力为最大推力的65%~75%为巡航状态。
适宜长时间远距离航行慢车状态：
指发动机保持工作的最小转速工作状态，通常规左推力为最大推力的3%~5%,慢车状态的转速为最大转速的20%~40%0规左连续工作时间不超过5分钟。
16.说明涡轮喷气发动机热力循环过程，并说明和活塞式航空发动机的热力循环有何不同？
涡轮喷气发动机的热力循环过程：
圧缩过程：
此过程在进气道和压气机部件中进行，有多种流动损失，因此是个变压缩过程
加热过程：
此过程是在燃烧室部件中进行
膨胀过程：
此过程在涡轮和喷管中进行
立压放热过程：
此过程是在喷管外进行，即在发动机体外完成
涡轮喷气发动机是一个开口的循环，发动机排岀的燃气不再参加下一个循环，而活塞式发动机则是利用高温髙压的燃气驱动活塞往复直线运动，由曲轴输出机械功。
17.详细叙述涡轮喷气发动机的压气机分类及其特点，并说明目前主要采用何种压气机
1）离心式压气机
结构简单，性能比较稳定，但是效率比较低，迎风而大。
一般使用于巡航导弹，无人侦察机、靶机或者小型飞机上的动力装宜。
使用较多的还是中小型直升机的动力装置。
2）轴流式压气机
轴流式压气机处于设计状态工作时，是最佳的状态，在设计状态或者接近设计状态时，压气机的工作效率高，工作稳定。
18.涡轮喷气发动机在什么条件下会发生喘振的发生？
当压气机中的气流方向和工作叶轮的叶片剖而弧线方向不一致时，超过允许范用，气体就不能沿着叶片型面顺利流动而产生分离，当气流分离严重时，就会岀现喘振，这时会产生瞬间空气倒流，从而使增压比大大降低，并伴随发生强烈振动和刺耳的噪音，严重时会损坏发动机部件。
19.详细说明涡轮喷气发动机的燃烧室的主要组成及分类
组成：
燃油喷嘴、涡流器、火焰筒、燃烧室外套。
分类：
1）单管燃烧室：
燃烧室可以单独拆卸和装换，检查和维修方便。
但是由于多个燃烧室组成，使它的迎风面积大，结构质量大、岀口压力不均等缺点限制了它的使用和发展。
2）环形燃烧室：
环形燃烧室具有结构紧凑、质量较轻、迎风而积小及出口的压力和温度较均匀，但是检査和维修不方便。
3）联管燃烧室：
联管燃饶室介于单管和环形燃烧室之间，因此兼顾了二者的优缺点。
20.详细说明涡轮喷气发动机的进气道类型
1）进气道的位置
a）机头正面进气：
使用于早期的喷气飞机，该形式的进气道内部通道长，内部摩擦阻力大。
随着机上电子设备的增加，机头位置要安装雷达设备，也为改善驾驶员的视线，要求缩短进气道。
b）翼根进气：
这种进气方式使气流道内多次拐弯且流经距离长，会形成较厚附而层或岀现气流分离，使损失增加，虽然气流多次拐弯会有利于减少对雷达波的反射，但更主要的是在飞机作机动飞行时，增大了进气道本身工作不稳泄性以及压气机进口气流流场不均匀性。
c）两侧进气：
优缺点和翼根进气形式相似。
2）进气道的形状
亚音速进气道：
通道形状为扩散形状，进气道在亚音速飞行时性能好。
超音速进气道：
分为外压式超音速进气道，内压式超音速进气逍和混合式超音速进气道
21.试述进气道的主要性能参数
总压恢复系数6:
评价空气在进气道内压缩式和供给发动机时的损失
6=Pi/Po
戸压气机进口压力，几进气道进口压力
流量系数®:
评价进气道的流通能力，即由通过进气道的实际空气流量和可能最大的空气流量之比。
外阻系数Ch：
评价进气道的外部阻力
X,-
Cxi=
-A^oAnax
X：
进气道总外阻，人尬般进气道最大横截而积，几，勺未扰动的密度和速度进气道出口的气流不均匀性和非定常性。
22.试述压气机的增压比和压气机效率的物理意义
23.说明涡轮风扇喷气发动机工作原理
对于涡轮喷气式发动机，气流进入压气机后，从压缩燃烧、膨胀到加速喷出，产生推力，始终是一股气流而对于涡轮风扇喷气发动机则是两股气流。
风扇运转并压缩空气，经过压缩的空气分为两股：
一股气流进入内涵道，另一股气流进入外涵道，这股气流平行流动经喷口排出，是附加的推进质量流量。
24.涡轮风扇喷气发动机和涡轮喷气发动机的工作原理及性能有何不同
工作原理，涡轮风扇喷气发动机是一共两股气流喷岀，并且结构上多了一个风扇结构,而涡轮喷气发动机只有一股气流喷岀：
性能上，涡轮风扇喷气发动机比涡轮喷气发动机推进效率更好，经济性也更好，虽然气流的速度比原来的涡轮喷气发动机慢，但是流量和速度的积则要比原来的涡轮喷气发动机大得多。
25.什么叫涵道比？
是否所有的飞机发动机都追求高涵道比？
外涵流量和内涵道流量的比为涵道比，只有民航机追求髙涵道比，而军用飞机不追求。
26.涵道比大小由哪些因素确定
涵道比取决于涡轮前燃气温度和飞行的速度
27.涡轮风扇喷气式发动机的三高是指什么？
哪类飞机追求三高
三髙指的是：
髙涵道比、高涡轮前温度、高增压比，民航客机追求三高
28.涡轮风扇加力喷气发动机使用在哪类飞机上
一般用于歼击机，在起飞和巡航时不加力，当投入战斗时才会加力，以提高飞机的机动性。
29.涡轮螺旋桨发动机的工作原理有什么特点
涡轮喷气式发动机具有排气速度高的特点，但是它的推进效率低，而作为推进器的螺旋桨在低速飞行条件下却有很髙的推进效率，涡轮螺旋桨发动机综合了涡轮喷气发动机和螺旋桨的优点，这种发动机的涡轮不仅带动压气机运转，而且还带动螺旋桨运转。
因此飞行器前进的动力就是由螺旋桨产生的拉力和由发动机喷管排出的燃气产生的推力共同作用的结果，不过螺旋桨产生的拉力是飞行器推力的主要部分，至于喷管排出的气体产生的推力只占很少一部分，一般不会大于10%
30.试述涡轮螺旋桨发动机的主要部件
主要部件：
压气机、燃烧室、涡轮和螺旋桨
31.涡轮螺旋桨发动机为什么都装有减速器
转速过大使叶尖速度很高，岀现激波阻力，反而使效率降低。
所以螺旋桨需配减速器
32.涡轮轴发动机使用在何种飞机上？
它有何特点？
33.简述涡轮轴发动机的主要部件
进气道、轴流压气机、离心压气机、燃烧室、堰气发生器涡轮，自由涡轮、排气段、传
动齿轮、传动轴和附件传动盒。
34.何谓涡轮轴发动机的剩余推力？
对于涡轮轴发动机，虽然从核心机的涡轮排出来的髙能燃气几乎全部用来驱动动力涡轮,但是很少部分燃气低速排出，可以产生推力，不过此推力并不一泄和飞行方向一致。
这部分推力就是剩余推力。
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