航空发动机及历史简介课件.ppt
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1、航空发动机概述航空发动机概述v 航空发动机(航空发动机(aero-engineaero-engine),是为航空器提供推动力的装置,是),是为航空器提供推动力的装置,是航空器的心脏。航空器的心脏。v 自从飞机问世以来的几十年中,发动机得到了迅速的发展,从早期自从飞机问世以来的几十年中,发动机得到了迅速的发展,从早期的低速飞机上使用的活塞式发动机,到可以推动飞机以超音速飞行的的低速飞机上使用的活塞式发动机,到可以推动飞机以超音速飞行的喷气式发动机,航空发动机已经形成了一个种类繁多,用途各不相同喷气式发动机,航空发动机已经形成了一个种类繁多,用途各不相同的大家族。的大家族。v 从发展历程来说,航空
2、发动机经历了两个显著的发展时期,即:从发展历程来说,航空发动机经历了两个显著的发展时期,即:活活塞式发动机塞式发动机时期和时期和燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机时期。时期。航空发动机航空发动机Page 2发动机在飞机上的位置发动机在飞机上的位置机身内后部机身内后部 Page 3发动机在飞机上的位置发动机在飞机上的位置机翼根部机翼根部 Page 4发动机在飞机上的位置发动机在飞机上的位置机翼下(多用于民航机)机翼下(多用于民航机)Page 5中国大飞机梦中国大飞机梦-“运十运十”运运-10(Y-10)是由上海飞机制造厂研制的四发动机喷气式运输机,是中国)是由上海飞机制造厂研制的四发动机喷气式运输机,
3、是中国首次自行研制、自行制造的大型喷气式客机。运首次自行研制、自行制造的大型喷气式客机。运-10的设计很大程度上参考的设计很大程度上参考了美国波音公司的波音了美国波音公司的波音707。运。运-10计划采用涡扇计划采用涡扇-8发动机。运发动机。运-10只制成两只制成两架。运架。运-10由于各种原因最终没有投产。由于各种原因最终没有投产。国产大飞机国产大飞机C919C919,是中国继运,是中国继运-10后自主设计的第二款国产大型客机。后自主设计的第二款国产大型客机。C是是China 的首的首字母,也是中国商用飞机有限责任公司英文缩写字母,也是中国商用飞机有限责任公司英文缩写COMAC的首字母,同时
4、的首字母,同时还寓意,就是立志要跻身国际大型客机市场,要与还寓意,就是立志要跻身国际大型客机市场,要与Airbus(空中客车公司)(空中客车公司)和和Boeing(波音)一道在国际大型客机制造业中形成(波音)一道在国际大型客机制造业中形成ABC并立的格局。第并立的格局。第一个一个“9”的寓意是天长地久,的寓意是天长地久,“19”代表的是中国首型大型客机最大载代表的是中国首型大型客机最大载客量为客量为190座。座。“C919”之后未来的型号可命名为之后未来的型号可命名为“C929”,其中,其中“29”代表这一机型的最大载客量为代表这一机型的最大载客量为290座。座。发动机在飞机上的位置发动机在飞
5、机上的位置机身后部平尾根部机身后部平尾根部 Page 8ARJ21 ARJ21ARJ21民用客机是中国商用飞机有限责任公司研制的双发动机新支线客民用客机是中国商用飞机有限责任公司研制的双发动机新支线客机。机。ARJ21ARJ21是英文名称是英文名称“Advanced Regional Jet for the 21st Advanced Regional Jet for the 21st CenturyCentury”的缩写(的缩写(ARJARJ全称为全称为“Advanced Regional JetAdvanced Regional Jet”),意为),意为2121世纪新一代支线喷气式客机。世
6、纪新一代支线喷气式客机。ARJ21ARJ21民用客机是民用客机是70709090座级的中、短航程涡扇发动机新支线客机。座级的中、短航程涡扇发动机新支线客机。活塞式发动机时期活塞式发动机时期活塞式航空发动机活塞式航空发动机活塞式航空发动机活塞式航空发动机为航空器提供飞行动力的往复式内为航空器提供飞行动力的往复式内燃机。发动机带动空气螺旋桨等推燃机。发动机带动空气螺旋桨等推进器旋转产生推进力。进器旋转产生推进力。活塞式发动机主要由曲轴、连杆、活塞式发动机主要由曲轴、连杆、活塞、汽缸、分气机构和机匣等部活塞、汽缸、分气机构和机匣等部件组成。件组成。小功率活塞式航空发动机比燃气涡小功率活塞式航空发动机
7、比燃气涡轮发动机经济,在轻型低速飞机上轮发动机经济,在轻型低速飞机上仍得到应用。仍得到应用。11活塞式航空发动机工作原理活塞式航空发动机工作原理活塞式航空发动机大多是四冲程发动机,即一个气缸完成一个工作循环,活活塞式航空发动机大多是四冲程发动机,即一个气缸完成一个工作循环,活塞在气缸内要经过四个冲程,依次是进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气塞在气缸内要经过四个冲程,依次是进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程冲程。12工作原理进气冲程进气冲程压缩冲程压缩冲程工作冲程工作冲程排气冲程排气冲程活塞式航空发动机发展阶段活塞式航空发动机发展阶段逐步退出主要航空领域,逐步退出主要航空领域,广泛应用在广泛
8、应用在轻型低速飞轻型低速飞机和直升机上。机和直升机上。气冷发动机发展迅速,发气冷发动机发展迅速,发动机的性能提高很快,达动机的性能提高很快,达到其发展的顶峰。到其发展的顶峰。液冷发动机液冷发动机 居主导地位居主导地位早期早期两次世界两次世界大战期间大战期间喷气时代喷气时代14活塞式航空发动机的发展活塞式航空发动机的发展v 活塞式航空发动机发展早期,活塞式航空发动机发展早期,法国法国处于领先地位。飞机速度超过处于领先地位。飞机速度超过200km/h200km/h,升,升限限6650m6650m。v 在两次世界大战的推动下,发动机的性能提高很快,单机功率从不到在两次世界大战的推动下,发动机的性能提
9、高很快,单机功率从不到10 kW10 kW增增加到加到2500 kW2500 kW左右,功率重量比从左右,功率重量比从0.11 kW/daN 0.11 kW/daN 提高到提高到1.5 kW/daN1.5 kW/daN左右,升功左右,升功率从每升排量几千瓦增加到四五十千瓦,耗油率从约率从每升排量几千瓦增加到四五十千瓦,耗油率从约0.50 kg/(kW0.50 kg/(kWh)h)降低到降低到0.230.27 kg/(kW0.230.27 kg/(kWh)h)。翻修寿命从几十小时延长到。翻修寿命从几十小时延长到20003000h20003000h。到第二次世到第二次世界大战结束时,活塞式发动机已
10、经发展得相当成熟,以它为动力的螺旋桨飞机的界大战结束时,活塞式发动机已经发展得相当成熟,以它为动力的螺旋桨飞机的飞行速度从飞行速度从16km/h16km/h提高到近提高到近800 km/h800 km/h,飞行高度达到,飞行高度达到15000 m15000 m。v 涡轮喷气发动机的发明开创了喷气时代,活塞式发动机逐步退出主要航空领域,涡轮喷气发动机的发明开创了喷气时代,活塞式发动机逐步退出主要航空领域,但功率小于但功率小于370 kW370 kW的水平对缸活塞式发动机仍广泛应用在的水平对缸活塞式发动机仍广泛应用在轻型低速飞机轻型低速飞机和和直升机直升机上,如行政机、农林机、勘探机、体育运动机、
11、私人飞机和各种无人机。上,如行政机、农林机、勘探机、体育运动机、私人飞机和各种无人机。15活塞式航空发动机举例活塞式航空发动机举例R-2800普普惠公司惠公司生产的双排生产的双排双黄蜂双黄蜂,属,属于气冷星型发动机。这于气冷星型发动机。这种发动机在航空史上占种发动机在航空史上占有特殊的地位。有特殊的地位。16活塞式航空发动机举例活塞式航空发动机举例P-47P-47,绰号,绰号“雷电雷电”,装备,装备R-2800R-2800发动机,是美国共和飞机公司研发动机,是美国共和飞机公司研制的战斗机。该种机型产量达到制的战斗机。该种机型产量达到1568315683架,是美国战斗机史上生产量架,是美国战斗机
12、史上生产量最大的飞机之一。最大的飞机之一。17活塞式航空发动机举例活塞式航空发动机举例R-3350R-3350,莱特公司生产的双,莱特公司生产的双排气冷星型发动机,排气冷星型发动机,19411941年投入使用,开始时功率为年投入使用,开始时功率为2088kW2088kW,主要用于著名的,主要用于著名的B-29B-29空中堡垒空中堡垒 战略轰炸机。战略轰炸机。18活塞式航空发动机举例活塞式航空发动机举例B-29B-29战略轰炸机,装备战略轰炸机,装备莱特公司的莱特公司的R-3350R-3350发动发动机。世称机。世称“超级空中堡超级空中堡垒垒”“”“史上最强的轰炸史上最强的轰炸机机”,在轰炸东京
13、等二,在轰炸东京等二战及之后的战场都可以战及之后的战场都可以看到他的身影,广岛和看到他的身影,广岛和长崎的两次原子弹袭击,长崎的两次原子弹袭击,B-29B-29也是空中平台也是空中平台。19v 由于涡轮喷气发动机的发明而开创了喷气时代,活塞式发动机逐步退由于涡轮喷气发动机的发明而开创了喷气时代,活塞式发动机逐步退出主要航空领域,但功率小于出主要航空领域,但功率小于370 kW的水平对缸活塞式发动机发动机仍的水平对缸活塞式发动机发动机仍广泛应用在轻型低速飞机和直升机上,如行政机、农林机、勘探机、体育广泛应用在轻型低速飞机和直升机上,如行政机、农林机、勘探机、体育运动机、私人飞机和各种无人机。运动
14、机、私人飞机和各种无人机。v 美国美国NASA已经实施了一项通用航空推进计划,为未来安全舒适、操作已经实施了一项通用航空推进计划,为未来安全舒适、操作简便和价格低廉的通用轻型飞机提供动力技术。方案是用狄塞尔循环活塞简便和价格低廉的通用轻型飞机提供动力技术。方案是用狄塞尔循环活塞式发动机,用它的飞机有式发动机,用它的飞机有4个座位,速度偏低。对发动机的要求为:个座位,速度偏低。对发动机的要求为:功率功率为为150 kW;耗油率耗油率0.22 kg/(kWh);满足未来的排放要求;满足未来的排放要求;制造和维修制造和维修成本降低一半。到成本降低一半。到2000年,该计划已经进行了年,该计划已经进行
15、了500h以上的发动机地面试以上的发动机地面试验,功率达到验,功率达到130 kW,耗油率,耗油率0.23 kg/(kWh)。喷气时代的活塞式发动机喷气时代的活塞式发动机20燃气涡轮发动机时期燃气涡轮发动机时期二、喷气发动机二、喷气发动机火箭发动机火箭发动机固体火箭发动机固体火箭发动机液体火箭发动机液体火箭发动机空气喷气发动机空气喷气发动机无压气机式空无压气机式空气喷气发动机气喷气发动机有压气机式空气喷有压气机式空气喷气发动机气发动机冲压式喷气发动机冲压式喷气发动机脉动式喷气发动机脉动式喷气发动机涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机涡轮风扇发动机涡轮风扇发动机涡轮螺旋桨发动机涡轮螺旋桨发动机涡轮轴发动
16、机涡轮轴发动机22燃气涡轮发动机工作原理燃气涡轮发动机工作原理燃气涡轮机主要燃气涡轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮等部由压气机、燃烧室、涡轮等部分构成。分构成。新鲜空气由进气道进新鲜空气由进气道进入发动机后,首先由压气机加压成高压气体,接着由喷油嘴喷出燃油与空气入发动机后,首先由压气机加压成高压气体,接着由喷油嘴喷出燃油与空气混合后在燃烧室进行燃烧成为高温高压气体,然后进入涡轮段推动涡轮,将混合后在燃烧室进行燃烧成为高温高压气体,然后进入涡轮段推动涡轮,将热能转换成机械能输出,最后的废气由排气管排出。热能转换成机械能输出,最后的废气由排气管排出。23燃气涡轮发动机时期从燃气涡轮发动机时期从第二次
17、世界大战结束至今第二次世界大战结束至今。60年来,航空燃年来,航空燃气涡轮发动机取代了活塞式发动机,开创了气涡轮发动机取代了活塞式发动机,开创了喷气时代喷气时代,居航空动力,居航空动力的主导地位。在技术发展的推动下,涡轮喷气发动机、涡轮风扇发的主导地位。在技术发展的推动下,涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机在不同时期在不同的飞行动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机在不同时期在不同的飞行领域内发挥着各自的作用,使航空器性能跨上一个又一个新的台阶。领域内发挥着各自的作用,使航空器性能跨上一个又一个新的台阶。燃气涡轮发动机时期概况燃气涡轮发动机时期概况24涡轮喷气发动机涡
18、轮喷气发动机涡轮喷气发动机仍属于热机的一种,涡轮喷气发动机仍属于热机的一种,因此,从产生输出能量的原理上讲,因此,从产生输出能量的原理上讲,喷气式发动机和活塞式发动机是相喷气式发动机和活塞式发动机是相同的,都需要有进气、加压、燃烧同的,都需要有进气、加压、燃烧和排气这四个阶段,不同的是,在和排气这四个阶段,不同的是,在活塞式发动机中这活塞式发动机中这4 4个阶段是分时依个阶段是分时依次进行的,但在喷气发动机中则是次进行的,但在喷气发动机中则是连续进行的,气体依次流经喷气发连续进行的,气体依次流经喷气发动机的各个部分,就对应着活塞式动机的各个部分,就对应着活塞式发动机的四个工作位置。发动机的四个
19、工作位置。25涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机He-178He-178,世界上第一架试飞成功的喷气式飞机,世界上第一架试飞成功的喷气式飞机,开创了喷气推进新时代,开创了喷气推进新时代和航空事业的新纪元。该飞机装配了德国奥海因研制成功的离心式涡轮和航空事业的新纪元。该飞机装配了德国奥海因研制成功的离心式涡轮喷气发动机喷气发动机HeS3BHeS3B,发动机推力为,发动机推力为490daN490daN,推重比,推重比1.381.38。26涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机奥林帕斯奥林帕斯593593涡喷发动机涡喷发动机,最大推,最大推力达到力达到17000daN17000daN。是英国罗尔斯。是英国罗尔斯罗伊
20、斯公司布里斯托尔分公司和罗伊斯公司布里斯托尔分公司和法国法国SNECMASNECMA公司为公司为“协和协和”号飞号飞机机共同研制的,共同研制的,19651965年首次运转,年首次运转,19681968年开始调试,年开始调试,19731973年定型,年定型,19761976年年1 1月投入使用。月投入使用。27涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机协和式飞机,英国和协和式飞机,英国和法国联合研制的超音法国联合研制的超音速客机,最大飞行速速客机,最大飞行速度度2.042.04马赫马赫,巡航高巡航高度度1800018000米。米。19691969年,年,第一架协和超音速客第一架协和超音速客机诞生,机诞生,19
21、761976年年1 1月月2121日投入商业飞行。日投入商业飞行。20032003年年1010月月2424日,日,协和式飞机执行了最协和式飞机执行了最后一次飞行,全部退后一次飞行,全部退役。役。28涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机v 随着航空燃气涡轮技术的进步,人们在涡轮喷气发动机的基础上,随着航空燃气涡轮技术的进步,人们在涡轮喷气发动机的基础上,又发展了多种喷气发动机,如根据增压技术的不同,有冲压发动机又发展了多种喷气发动机,如根据增压技术的不同,有冲压发动机和脉动发动机;根据能量输出的不同,有涡轮风扇发动机、涡轮螺和脉动发动机;根据能量输出的不同,有涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动
22、机和螺桨风扇发动机等。旋桨发动机、涡轮轴发动机和螺桨风扇发动机等。v 喷气发动机尽管在低速时油耗要大于活塞式发动机,但其优异的喷气发动机尽管在低速时油耗要大于活塞式发动机,但其优异的高速性能使其迅速取代了后者,成为航空发动机的主流。高速性能使其迅速取代了后者,成为航空发动机的主流。29涡轮风扇发动机涡轮风扇发动机v 涡扇发动机的发展源于第二次世界大战。世界上第一台运转的涡轮涡扇发动机的发展源于第二次世界大战。世界上第一台运转的涡轮风扇发动机是德国戴姆勒风扇发动机是德国戴姆勒-奔驰研制的奔驰研制的DB670(DB670(或或109-007)109-007),于,于19431943年年4 4月在实
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