航空航天概论第三章课件.ppt

1、1 23.1 发动机的分类及特点发动机的分类及特点33.2 活塞式航空发动机活塞式航空发动机 l活塞式发动机的主要组成活塞式发动机的主要组成 43.2 活塞式航空发动机活塞式航空发动机 l活塞式发动机的工作原理活塞式发动机的工作原理53.2 活塞式航空发动机活塞式航空发动机 l活塞式发动机的冷却方式（星形活塞式发动机的冷却方式（星形 X形形 V形形 直立式直立式 对立式）对立式） 星形发动机 直立式发动机 V形发动机 63.2 活塞式航空发动机活塞式航空发动机 直列4缸发动机 水平对置发动机 V形6缸发动机 73.2 活塞式航空发动机活塞式航空发动机 83.2 活塞式航空发动机活塞式航空发动机

2、l活塞式发动机的辅助系统活塞式发动机的辅助系统 进气系统 燃料系统 点火系统 冷却系统 启动系统 定时系统l航空活塞式发动机主要性能指标航空活塞式发动机主要性能指标 发动机功率发动机功率:发动机可用于驱动螺旋桨的功率称为有效功率（kW）功率重量比功率重量比：发动机提供的功率和发动机重量之比（kW/kg）燃料消耗率燃料消耗率(耗油率耗油率)：衡量发动机经济性的指标，产生1kW功率在每小时所消耗的燃料的质量（kg/kW/h)93.3 空气喷气发动机空气喷气发动机 10高压燃气向后喷射过程使发动机产生向前的推力高压燃气向后喷射过程使发动机产生向前的推力 11燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机 l燃气涡轮发

3、动机的核心机压气机 燃烧室 涡轮 。 涡轮喷气发动机 涡轮风扇发动机涡轮螺桨发动机 涡轮桨扇发动机涡轮轴发动机 垂直起落发动机121、涡轮喷气发动机、涡轮喷气发动机 l涡轮喷气发动机的五个组成部分涡轮喷气发动机的五个组成部分 进气道 压气机 燃烧室 涡轮机 尾喷管131、涡轮喷气发动机、涡轮喷气发动机 l进气道系统进气道系统整理进入发动机的气流，消除旋涡，保证发动机所需的空气量；将高速气流逐渐降下来，尽量将动能转变为压力势能，保证压气机有良好的工作条件 。l进气道形状进气道形状 14涡轮喷气发动机进气道的布局位置涡轮喷气发动机进气道的布局位置 机头正面进气 两侧进气（机身、翼根）腹部进气 背部

4、进气 短舱正面进气15涡轮喷气发动机进气道的布局位置涡轮喷气发动机进气道的布局位置机头正面进气 16涡轮喷气发动机进气道的布局位置涡轮喷气发动机进气道的布局位置17涡轮喷气发动机进气道的布局位置涡轮喷气发动机进气道的布局位置18涡轮喷气发动机进气道的布局位置涡轮喷气发动机进气道的布局位置19涡轮喷气发动机进气道的布局位置涡轮喷气发动机进气道的布局位置201、涡轮喷气发动机、涡轮喷气发动机 l压气机压气机 提高进入发动机燃烧室的空气压力 。211、涡轮喷气发动机、涡轮喷气发动机 l燃烧室燃烧室燃料与高压空气混合燃烧的地方221、涡轮喷气发动机、涡轮喷气发动机 l涡轮涡轮 将燃烧室出口的高温、高压

5、气体的能量转变为机械能，驱动压气机、风扇、螺旋桨和其他附件 231、涡轮喷气发动机、涡轮喷气发动机 l加力燃烧室加力燃烧室 飞机突破音速的主要手段 241、涡轮喷气发动机、涡轮喷气发动机 l尾喷管尾喷管 整理燃烧后的气流，燃气膨胀，加速喷出产生推力 252、涡轮螺桨发动机、涡轮螺桨发动机 l螺旋桨提供拉力，燃气提供少量推力；低亚声速飞行时效率高，耗油率小，经济性能好 262、涡轮螺桨发动机、涡轮螺桨发动机 273、涡轮风扇发动机、涡轮风扇发动机 l能量损失小，耗油率低，经济性好，噪音水平低，效率高 起飞推力大。l涵道比：外股气流与内股气流流量之比283、涡轮风扇发动机、涡轮风扇发动机 l发展方

6、向：发展方向：低涵道比的军用加力发动机高涵道比、高涡轮前温度、高增压比的民用发动机294、涡轮桨扇发动机、涡轮桨扇发动机l推进效率高，省油；适用于高亚音速飞行 304、涡轮桨扇发动机、涡轮桨扇发动机315、涡轮轴发动机、涡轮轴发动机 l现代直升机的主要动力l比活塞发动机易于启动、功率大、质量轻、体积小，振动小，噪声低，航程、速度、升限、装载量大；耗油率较大325、涡轮轴发动机、涡轮轴发动机 美国AH-64“阿帕奇”武装直升机，世界十大武装直升机。引擎为两具通用电气T700涡轮轴发动机，安装在旋转轴的两旁，排气口位于机身较高处。 336、垂直起落发动机、垂直起落发动机 l可转喷口的涡轮扇发动机

7、346、垂直起落发动机、垂直起落发动机 356、垂直起落发动机、垂直起落发动机 X-32B是波音公司参与美国空军是波音公司参与美国空军联合攻击战斗机（联合攻击战斗机（JSF）计划的）计划的验证机，但是最终败给了洛验证机，但是最终败给了洛-马公马公司的司的X-35（F-35） X-32BF-35X-32BF-35“闪电闪电-II”型战斗型战斗机装备的是由普拉特机装备的是由普拉特-惠惠特尼公司研制的特尼公司研制的F-135发发动机，最大推力达动机，最大推力达4万磅万磅(超过超过18吨吨)-这使其成为这使其成为有史以来最为强劲的战有史以来最为强劲的战斗机发动机。与其前辈斗机发动机。与其前辈一样，一样

8、，F-135同样配备有同样配备有矢量推力喷嘴。它不但矢量推力喷嘴。它不但可保障可保障F-35具有非常高具有非常高的机动性能，而且可缩的机动性能，而且可缩短战机的起降距离。短战机的起降距离。 36冲压喷气发动机冲压喷气发动机l组成进气道（扩压器）、燃烧室、尾喷管 l特点：构造简单，质量轻，推重比大，成本低，高速状态(Ma2)下，经济性好，耗油率低；低速时推力小、耗油率高，工作范围窄，对飞行状况的变化敏感 37冲压喷气发动机冲压喷气发动机X-43A飞机长3.65米，翼展1.5米，采用冲压式喷气发动机能从高空稀薄的大气中获取氧，保证推进器正常工作。飞行速度9.7马赫，创造了接近十倍音速的新纪录。一架

9、B-52B重型轰炸机运载一架X-43A飞机和一枚“天马”助推火箭，与X-43A捆绑在一起的飞马火箭点火，将X-43A推至大约2.9万米的高空。接下来，X-43A发动机点火，独立飞行。 38涡轮喷气发动机的工作状态涡轮喷气发动机的工作状态 l起飞状态：推力最大，发动机的转速和涡轮前温度都最高，允许工作510min 。l最大状态：起飞推力的85%90%，工作时间不超过30。 l额定状态：推力等稍低于最大状态，连续工作 。l巡航状态：起飞推力的65%75%，耗油率低，经济性好，连续工作 。l慢车状态：起飞推力的3%5%，稳定工作的最小转速状态，效率很低，允许工作510min。 393.4 火箭发动机

10、火箭发动机 l不仅自带燃烧剂，而且自带氧化剂不仅自带燃烧剂，而且自带氧化剂 。l火箭发动机的主要性能参数火箭发动机的主要性能参数 推力推力 (N)冲量和总冲冲量和总冲 推力对工作时间的积分，反映了发动机工作能力的大小（Ns）比冲比冲 发动机燃烧1kg推进剂所产生的能量（m/s)40液体火箭发动机液体火箭发动机 l液体火箭发动机的组成及工作原理液体火箭发动机的组成及工作原理 推进剂输送系统 流量调节控制活门推力室(喷注器、燃烧室、喷管) 冷却系统41液体火箭发动机液体火箭发动机 l推进剂输送系统推进剂输送系统功用：按要求的流量和压力向燃烧室输送推进剂42液体火箭发动机液体火箭发动机 l推力室推力

11、室功用：将液体推进剂混合、燃烧，化学能转变成推力 43液体推进剂液体推进剂 l 对推进剂的要求能量高良好的物理和化学安定性无毒性，对金属无腐蚀作用推进剂中有一组元传热性好，可用来冷却推力室壁粘度小燃烧性能好经济性好、成本低44液体推进剂液体推进剂 l 主要的液体推进剂氧化剂 液氧O2 液氟F2 硝酸HNO3过氧化氢H2O2 四氧化二氮N2O4燃烧剂 液氢H2 航空煤油 肼及其衍生物N2H4(CH3)2N2H2 混胺 45液体火箭发动机的优缺点液体火箭发动机的优缺点 l优点 比冲高，推力范围大，能反复起动，推力大小较易控制，工作时间长；固体推进剂性能稳定，可长期贮存。l缺点 推进剂不宜长期贮存，

12、作战使用性能差 46固体火箭发动机固体火箭发动机 l1、固体火箭发动机的组成及工作原理、固体火箭发动机的组成及工作原理 组成药柱、燃烧室、喷管组件、点火装置 47固体火箭发动机固体火箭发动机 l2、 固体火箭发动机的推进剂固体火箭发动机的推进剂 药柱形状和特点药柱形状和特点 48固体火箭发动机的优缺点固体火箭发动机的优缺点 l优点 结构简单，可靠性高；操作简便； 固体推进剂性能稳定，可长期贮存。l缺点 推进剂能量比液体推进剂低，比冲较小；工作时间短，燃烧室压力和工作时间对装药初始温度较敏感； 推力大小、方向调节困难； 重复起动困难，一般只能一次性工作。49固固-液混合火箭发动机液混合火箭发动机 l1、固、固-液混合发动机的组成和工作原理液混合发动机的组成和工作原理l2、固、固-液混合发动机的特点液混合发动机的特点 混合推进剂性能较好； 结构较简单；推力调节、重复起动方便503.5 组合发动机组合发动机 l火箭发动机与冲压发动机组合火箭发动机与冲压发动机组合 513.5 组合发动机组合发动机 l涡轮喷气发动机与冲压发动机组合涡轮喷气发动机与冲压发动机组合 l火箭发动机与涡轮喷气发动机组合火箭发动机与涡轮喷气发动机组合 523.6 非常规推进系统非常规推进系统 l电推进系统电推进系统 核推进系统核推进系统 太阳能推进系统太阳能推进系统