00航空发动机的发展历史及工作原理PPT文档格式.ppt

1、航空发动机原理与构造,电子课件,2022/10/5,航空发动机原理,2,一、课程教学大纲说明,2022/10/5,航空发动机原理,3,一、课程教学大纲说明,本课程与其它课程的联系主要先修课程：#气体动力学、工程热力学主要后续课程：#专业英语、飞机液压与燃油系统、飞机空调与机舱设备 课程的性质飞行器动力工程专业一门重要专业课（工作面试）一门限定选修课,2022/10/5,航空发动机原理,4,一、课程教学大纲说明,课程的作用与任务 掌握航空发动机的基本工作原理和特性以及基本结构了解航空发动机各主要工作系统的组成、工作原理为今后从事相关科研工作打下理论基础,2022/10/5,航空发动机原理,5,一

2、、课程教学大纲说明,考核方法考核方式闭卷 笔试平时成绩15分，卷面成绩85分出题及阅卷方式：#考教分离集体阅卷,2022/10/5,航空发动机原理,6,二、课堂要求,课堂纪律平时成绩100分，迟到一次扣10分，旷课一次扣25分，请假一次扣5分，扣完为止迟到的学生进教室时主动把自己名字写到黑板上下课期间进教室的以旷课记录请假条必须经过年级主任签字，口头请假无效上课期间不允许随便走动，不准出去，所有事情必须在课前自行解决上课不准睡觉、自由出入、说话、玩手机、看小说等现象,2022/10/5,航空发动机原理,7,二、课堂要求,其它从思想上给以重视，平时多看书；#去年挂科率为25重修及格率为30%按时

3、完成课后作业；#最好补考思想准备；#,2022/10/5,航空发动机原理,8,三、课程主要内容,发动机五大部件的工作原理发动机共同工作发动机热力计算,2022/10/5,航空发动机原理,9,航空发动机发展历史,航空发动机百年历史可分为两个时期：#第一个时期从莱特兄弟的首次飞行开始到第二次世界大战结束为止活塞式发动机统治了40年左右第二个时期从第二次世界大战结束至今60年来，航空燃气轮机取代了活塞式发动机航空燃气轮机开创了喷气时代，居航空动力的主导地位,2022/10/5,航空发动机原理,10,活塞式发动机时期,早期飞机动力源问题的解决过程 飞机动力源问题未解决导致屡次飞行失败使用蒸气机作为动力

4、源，质量过重1810年，英国科学家凯利发现了飞行原理1876年，德国工程师奥托试制成热效率高于蒸汽机的四冲程煤气内燃机人们试图采用内燃机作为飞机飞行的动力源,2022/10/5,航空发动机原理,11,活塞式发动机时期,人类历史上首次有动力、载人、持续、稳定和可操作的重于空气飞行器的飞行 航空发动机从狭义上是航空器飞行的动力，从广义上它也是航空事业发展的推动力,2022/10/5,航空发动机原理,12,活塞式发动机时期,活塞式发动机的发展飞机用于战争目的推动航空蓬勃发展早期液冷式、气冷发动机两次世界大战推动发动机的性能提高：#单机功率从不到10 kW增加到2500 kW左右螺旋桨飞机的V从16k

5、m/h提高到近800 km/h飞行高度达到15000 m到40年代末,活塞发动机达到了发展的顶峰,2022/10/5,航空发动机原理,13,活塞式发动机时期,活塞式发动机固有的缺陷功率与重量的矛盾 发动机功率与飞行速度的三次方成正比 发动机功率的增加，将导致发动机重量迅速增大（接近三次方关系）螺旋桨的局限 接近音速时，导致螺旋桨工作不稳定，推进效率急剧下降“音障”的出现,2022/10/5,航空发动机原理,14,燃气涡轮发动机时期,第二个时期从第二次世界大战结束至今 60年来，航空燃气涡轮发动机取代了活塞式发动机开创了喷气时代，居航空动力的主导地位喷气发动机的早期设想 1937年，英国的惠特尔

6、和德国的奥海因分别研制成功离心式涡轮喷气发动机WU和HeS3B,2022/10/5,航空发动机原理,15,涡轮喷气发动机,1939年8月27日率先装在亨克尔公司的He-178飞机上试飞成功这是世界上第一架试飞成功的喷气式飞机开创了喷气推进时代和航空事业的新纪元世界上第一台实用的涡轮喷气发动机是德国的尤莫-004 1942年7月18日德国工程师把HeS3B装在梅塞施米特Me-262飞机上试飞成功 1944.91945.5，Me-262共击落盟军飞机613架，自己损失200架（包括非战斗损失）,2022/10/5,航空发动机原理,16,涡轮喷气发动机,战后，美、苏、法通过买专利，或借助从德国取得的

7、资料和人员，陆续发展了本国第一代涡轮喷气发动机，例如 美国通用电气公司的J47轴流式涡喷发动机苏联克里莫夫设计局的RD-45离心式涡喷发动机推力2650daN左右，推重比为23 它们分别在装在F-86和米格-15战斗机上服役。#这两种飞机在朝鲜战争期间展开了你死我活的空战,2022/10/5,航空发动机原理,17,涡轮喷气发动机,50年代末至60年代初，各国研制了M2飞机的一批涡喷发动机 如J79、J75、埃汶、奥林帕斯、阿塔9C、R-11和R-13推重比已达56 60年代中期用于M3飞机的J58和R-3170年代初，用于“协和”超声速客机的奥林帕斯593涡喷发动机定型从此再没有重要的涡喷发动

8、机问世,2022/10/5,航空发动机原理,18,涡扇发动机,涡扇发动机的发展来自于民用发动机1959年定型的英国康维世界上第一台涡扇发动机涵道比有0.3和0.6，推力为5730daN耗油率比同时期的涡喷发动机低10%20%用于VC-10、DC-8和波音707客机 涡扇发动机两个发展方向低涵道比的军用加力发动机高涵道比的民用发动机,2022/10/5,航空发动机原理,19,军用涡扇发动机,20世纪60年代英、美研制出斯贝-MK202和TF30 用于英国购买的“鬼怪”F-4M/K战斗机和美国的F111（后又用于F-14战斗机）在7080年代各国研制出推重比8的涡扇发动机如美国的F100、F404

9、、F110，西欧三国的RB199，前苏联的RD-33和AL-31F装备第三战斗机，如F-15、F-16、F-18、“狂风”、米格-29和苏-27,2022/10/5,航空发动机原理,20,目前，推重比10涡扇发动机投入服役美国F-22/F119、西欧EFA2000/EJ200和法国的“阵风”/M88F-22/F119具有第四代战斗机代表性特征-超声速巡航、短距起落、超机动性和隐身能力超声速垂直起飞短距着陆的JSF动力装置F136正在研制之中，预计将于20102012年投入服役。#,2022/10/5,航空发动机原理,21,民用发动机的研制,20世纪70年代第一代推力在20000daN以上的高涵

10、道比（46）涡扇发动机投入使用开创了大型宽体客机的新时代 90年代中期装备波音777投入使用的第二代高涵道比（69）涡扇发动机的推力超35000daN通用电气公司GE90-115B在2003年2月创造了56900daN的发动机推力世界纪录。#,2022/10/5,航空发动机原理,22,目前，普惠公司正在研制新一代涡扇发动机PW8000齿轮传动涡扇发动机推力为11 00016 000daN涵道比11，耗油率下降9%罗罗公司生产的瑞达系列发动机,2022/10/5,航空发动机原理,23,发动机GE90115B 波音777-300ER大型双发旅客机,2022/10/5,航空发动机原理,24,2022

11、/10/5,航空发动机原理,25,活塞式发动机,2022/10/5,航空发动机原理,26,喷气发动机的早期设想,2022/10/5,航空发动机原理,27,第1章 发动机的工作原理,第1.1节 燃气涡轮发动机的分类第1.2节 喷气发动机的工作原理第1.3节 喷气发动机热力循环第1.4节 喷气发动机的推力第1.5节 喷气发动机的效率第1.6节 喷气发动机的性能指标练 习 题,2022/10/5,航空发动机原理,28,第1.1节 燃气涡轮发动机的分类,定义将燃油燃烧释放的热能转变为机械能的装置 既是热机，又是推进器 发动机分类根据氧化剂的来源划分根据有无压气机来划分划分简单示意图,2022/10/5

12、,航空发动机原理,29,2022/10/5,航空发动机原理,30,燃气涡轮发动机,涡轮喷气发动机（turbojet engine）五大部件（component）的简单工作原理进气道（inlet duct）压气机（compressor）燃烧室（burner）涡轮（burbine）尾喷管（nozzle）热机将热能转换为动能推进器气流喷出获取反作用力,2022/10/5,航空发动机原理,31,进气道功能,将足够的空气量,以最小的流动损失顺利地引入压气机;#当飞行速度大于压气机进口处的气流速度时,可以通过冲压压缩空气,提高空气的压力。#,进气道,2022/10/5,航空发动机原理,32,压气机,是发动

13、机中最为重要的部件由转子和静子组成转子：#在发动机轴的带动下高速旋转带动叶片对空气作功压缩空气,提高空气的压力,2022/10/5,航空发动机原理,33,压气机（静子）,静子作用：#主要由机匣和导流叶片组成使气流进一步减速，增加气体的压力,2022/10/5,航空发动机原理,34,燃烧室,高压空气和燃油混合,燃烧,将化学能转变为热能形成高温高压的燃气,2022/10/5,航空发动机原理,35,2022/10/5,航空发动机原理,36,涡轮,高温燃气作用下旋转做功的部件由静子和转子组成能量交换方式与压气机正好相反,2022/10/5,航空发动机原理,37,2022/10/5,航空发动机原理,38

14、,2022/10/5,航空发动机原理,39,尾喷管,使燃气加速，将一部分焓转换为动能，提高燃气速度，产生很大的推力改变燃气喷气方向，反推降低噪声改变临界面积来改变发动机的工作状态,2022/10/5,航空发动机原理,40,2022/10/5,航空发动机原理,41,2022/10/5,航空发动机原理,42,涡轮喷气发动机,相比活塞发动机（piston engine）结构简单、重量轻、推力大、推进效率高 一定飞行速度范围内,V，F 加力燃烧室（afterburner）只有军用飞机使用位于涡轮和尾喷管之间进一步喷油、增大发动机推力、提高机动性燃油消耗率急剧增大，发动机效率降低,2022/10/5,航

15、空发动机原理,43,涡扇（turbofan）发动机,涡扇发动机的产生分为不加力式涡轮风扇发动机和加力式涡轮风扇发动机涵道比B的概念简单工作原理,2022/10/5,航空发动机原理,44,2022/10/5,航空发动机原理,45,2022/10/5,航空发动机原理,46,涡轮螺旋桨发动机,turboprop engine示意图1、示意图2组成航空燃气轮机、螺旋桨、减速器简单工作原理进气道、压气机、燃烧室工作与涡轮喷气发动机工作相同涡轮带动压气机和螺旋桨,2022/10/5,航空发动机原理,47,涡轮螺旋桨发动机,特点：#涡轮输出的功率大于压气机所消耗的功率,大出的部分传给螺旋桨涡桨发动机的总推力

16、由两部分组成螺旋桨产生的拉力，占8590反作用推力，占1015在一定亚音速范围内，具有较好的经济性，发动机工作效率比turbojet高的多,2022/10/5,航空发动机原理,48,涡轴发动机,iston engine广泛的应用于直升机和垂直短距起落飞机在工作和构造上，涡轮轴发动机同涡轮螺桨发动机相近，螺旋桨变成了旋翼装有自由涡轮（即不带动压气机，专为输出功率用的涡轮），用来驱动旋翼 驱动力几乎全部来自于依靠旋翼，喷出燃气产生反作用力可忽略（十分之一左右）轴向转动通过齿轮装置转换为垂直于轴向的转动,2022/10/5,航空发动机原理,49,-93高涵道桨扇发动机目前世界上最大的桨扇，三转子结构、两级对转式涵道桨扇较开式桨扇和单级桨扇的推进效率要高出7%1800kgf推力中的87%是由桨扇发出的,2022/10/5,航空发动机原理,50,航空发动机的应用,2022/10/5,航空发动机原理,51,1.2 喷气发动机的工作原理,组成 发动机站位五大部件各部件功能,2022/10/5,航空发动机原理,52,2022/10/5,航空发动机原理,53,2.1.3 几个重要的参数,涡轮前燃气总温 燃气涡轮发动机中最重要，最关健的