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飛機(jī)與發(fā)動機(jī)ABriefIntroductiontoAero engine 發(fā)動機(jī)部分 20學(xué)時 飛行學(xué)院飛機(jī)與發(fā)動機(jī) 內(nèi)容 1 了解航空燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的作用以及其要求2 掌握航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的分類 工作原理 特點以及其應(yīng)用 重難點 3 了解航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)的發(fā)展歷史以及其發(fā)展展望 1 1引言 在中國 風(fēng)箏 楚漢時期 世界上目前公認(rèn)最早的重于空氣的飛行器孔明燈 五代時期 世界上最早的 最原始的熱氣球 也是現(xiàn)代熱氣球的鼻祖文學(xué)作品 西游記 封神演義 1 1引言 在西方 達(dá) 芬奇筆下的 撲翼機(jī) 天使 飛毯傳說 小說以及電影 1 1引言 撲翼機(jī) 1 1引言 噴氣發(fā)動機(jī)早期設(shè)想 后果 由于沒有后續(xù)的動力 一次次人類飛行失敗之后 飛行便轉(zhuǎn)向輕于空氣的航空器 氣球 飛艇 無動力的滑翔機(jī) 經(jīng)過長期的探索和不懈的追求 終于發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)飛上天有三種基本的途徑 基于阿基米德浮力的原理 就是輕于空氣的飛行 包括熱氣球 包括氫氣 氦氣球 包括飛艇 基于直接有升力的飛行 像火箭 垂直起落的飛機(jī) 基于柏努利定律 以速度換取升力的飛行 這就需要動力 如固定翼飛機(jī) 直升機(jī) 旋翼機(jī)都包括在內(nèi) 1 1引言 1900年 德國人齊白林1929年最豪華的 齊白林伯爵 號飛艇用21天5小時完成了環(huán)球飛行 1 1引言 齊白林伯爵 號飛艇 1763年瓦特改良了蒸汽機(jī) 推動了工業(yè)革命的發(fā)展 但是由于蒸汽機(jī)太重 它沒有辦法裝到飛機(jī)上 所以一百四十年以后萊特兄弟才把飛機(jī)飛上天 1810年英國科學(xué)家凱利發(fā)現(xiàn)了飛行原理 1883年發(fā)明內(nèi)燃機(jī)萊特兄弟經(jīng)過了改進(jìn) 裝到第一架 飛行者1號 上 最后飛上了天空 完成一個偉大的創(chuàng)舉 第1次飛行時間約12秒 飛行距離約36米 其中一次持續(xù)飛行59秒 飛行距離達(dá)260米左右 1 1引言 1 1引言 飛行者1號 1 2航空發(fā)動機(jī)作用 要求 1 2 1定義發(fā)動機(jī)是將燃料燃燒釋放出的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的裝置 動力裝置除了包括發(fā)動機(jī)本體及必需的工作系統(tǒng) 如燃油系統(tǒng) 滑油系統(tǒng) 起動點火系統(tǒng) 外 還包括有防冰系統(tǒng) 反推系統(tǒng) 冷卻系統(tǒng)和外殼體等 1 2 2作用航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)是現(xiàn)代飛機(jī)與直升機(jī)的主要動力 少數(shù)輕型 小型飛機(jī)和直升機(jī)采用航空活塞式發(fā)動機(jī) 為飛機(jī)提供推進(jìn)力 為直升機(jī)提供升力 升力 推進(jìn)力 1 2航空發(fā)動機(jī)作用 要求 1 2 3要求發(fā)動機(jī)推力大 質(zhì)量小發(fā)動機(jī)燃油消耗率低發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸要小可靠性要好 使用壽命要長環(huán)境污染要小 排氣污染和噪音污染 不同用途的發(fā)動機(jī) 其要求的側(cè)重點也不同 戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動機(jī)要求推力大 重量輕 加速性好 對于旅客機(jī) 要求有低的耗油率 1 2航空發(fā)動機(jī)作用 要求 1 3航空發(fā)動機(jī)的分類 航空發(fā)動機(jī) 活塞式 噴氣式 沖壓式 渦輪式 渦輪噴氣式發(fā)動機(jī) 渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī) 渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī) 渦輪軸發(fā)動機(jī) 單轉(zhuǎn)子 M53 雙轉(zhuǎn)子 多轉(zhuǎn)子 RB119 RB211 1 3航空發(fā)動機(jī)的分類 幻影戰(zhàn)斗機(jī) 三轉(zhuǎn)子 雙轉(zhuǎn)子 1 3航空發(fā)動機(jī)的分類 1 4工作原理及其特點 活塞式發(fā)動機(jī) 1 4工作原理及其特點 活塞式發(fā)動機(jī)工作原理 1 4工作原理及其特點 1 4 1組成單轉(zhuǎn)子渦輪噴氣發(fā)動機(jī)是由進(jìn)氣道 壓氣機(jī) 燃燒室 渦輪和噴管五大部件組成 渦輪噴氣發(fā)動機(jī) 1 4 2燃?xì)鉁u輪噴氣發(fā)動機(jī)工作原理及其特點 1 4工作原理及其特點 渦輪噴氣發(fā)動機(jī) 1 4航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)特點及其應(yīng)用 渦輪噴氣發(fā)動機(jī)工作情形圖 結(jié)合下圖 功能 渦噴發(fā)動機(jī)是20世紀(jì)50 60年代應(yīng)用最為廣泛的航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī) 當(dāng)時不僅是高速殲擊機(jī)的唯一動力 而且也為許多轟炸機(jī) 旅客機(jī)所采用 國產(chǎn)的殲六 殲七 殲八等殲擊機(jī)上 均采用了帶加力燃燒室的渦噴發(fā)動機(jī) 1 4工作原理及其特點 加力渦輪噴氣發(fā)動機(jī) 主要特點 適用于高速飛行 不需要受速度限制的螺旋槳作為推進(jìn)器 帶加力燃燒室的渦噴發(fā)動機(jī)突破音速 耗油率較高由于渦噴發(fā)動機(jī)的推力是由高速排出高溫燃?xì)馑@得的 所以在得到推力的同時 有不少由燃料燃燒所獲得的能量以燃?xì)獾膭幽芎蜔崮艿男问脚懦霭l(fā)動機(jī) 能量損失較大 因此耗油率較高 1 4工作原理及其特點 渦噴與活塞式加螺旋槳式比較推力 渦噴 隨著飛行速度增大而增加 活塞式 取決于氣缸的數(shù)目和尺寸工作過程連續(xù)性經(jīng)濟(jì)性 1 4工作原理及其特點 工作原理及其特點 渦噴 活塞式加螺旋槳發(fā)動機(jī)工作原理比較 1 5 2渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī) 簡稱渦漿發(fā)動機(jī) 渦槳發(fā)動機(jī)是在渦噴發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)上 吸取航空活塞式發(fā)動機(jī)的優(yōu)點發(fā)展而來的 20世紀(jì)50年代研制的旅客機(jī) 運(yùn)輸機(jī)采用渦槳發(fā)動機(jī)較多 目前支線用的旅客機(jī)仍以渦槳發(fā)動機(jī)作為主要動力 工作原理 1 4工作原理及其特點 1 4工作原理及其特點 渦槳發(fā)動機(jī) 主要特點 適用于低 中速飛行由于渦槳發(fā)動機(jī)以直徑較大的螺旋槳作為推進(jìn)器 飛行速度受到限制 M 0 5 0 7 耗油率低燃?xì)庵械拇蟛糠帜芰?85 90 在動力渦輪中膨脹作功 驅(qū)動螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生大部分拉力 剩下的很少能量 10 15 在尾噴管中膨脹 產(chǎn)生一小部分推力 由于排氣能量損失小 推進(jìn)效率高 所以耗油率低 1 4工作原理及其特點 1 4 3渦輪軸發(fā)動機(jī) 簡稱渦軸發(fā)動機(jī) 工作原理 1 4工作原理及其特點 渦軸發(fā)動機(jī) 特點 渦軸發(fā)動機(jī)是用于直升機(jī)上的 基本同于渦槳發(fā)動機(jī) 主要區(qū)別 一是燃?xì)獍l(fā)生器排出的燃?xì)饽芰?幾乎全部在渦輪中膨脹作功 尾噴管排氣速度較低 幾乎不產(chǎn)生推力 二是輸出軸轉(zhuǎn)速較高 渦軸發(fā)動機(jī)也可以作為非航空領(lǐng)域中的動力 如地面發(fā)電機(jī) 油泵 水泵等的動力 艦船用的動力等 1 4工作原理及其特點 1 4 4渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī) 簡稱渦扇發(fā)動機(jī) 工作原理 1 4工作原理及其特點 渦扇發(fā)動機(jī) 1 4工作原理及其特點 PW4000 1 4工作原理及其特點 JT9D 渦扇發(fā)動機(jī)是在雙轉(zhuǎn)子渦噴發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)上 吸取渦槳發(fā)動機(jī)的優(yōu)點發(fā)展起來的 其性能介于渦噴發(fā)動機(jī)和渦槳發(fā)動機(jī)之間 渦扇發(fā)動機(jī)是目前應(yīng)用最為廣泛的一種 較大型民航機(jī)幾乎都采用渦扇發(fā)動機(jī)作為動力 帶加力燃燒室的渦扇發(fā)動機(jī)則適合作高超音速 M 2 3 作戰(zhàn)飛機(jī)的動力裝置 主要特點 耗油率低 起飛推力大 噪音低 迎風(fēng)面積大 適用于較高的飛行速度 且在很廣的飛行速度范圍內(nèi) 都能滿足推力和經(jīng)濟(jì)性的要求 1 4工作原理及其特點 1 4工作原理及其特點 1 4工作原理及其特點 1 4工作原理及其特點 CFM56 B737 A320 A340 200 300 CFM公司是由法國斯奈克瑪發(fā)動機(jī)公司和通用電氣公司各出資一半成立的合資企業(yè) 1 4工作原理及其特點 級 風(fēng)扇3級低壓壓氣機(jī) LPC 9級高壓壓氣機(jī) HPC 環(huán)形燃燒室單級高壓渦輪 HPT 4級低壓渦輪 LPT 1 4工作原理及其特點 JT9D B747 767 A300 A310 1 4工作原理及其特點 級 風(fēng)扇3級低壓壓氣機(jī) LPC 11級高壓壓氣機(jī) HPC 環(huán)形燃燒室2級高壓渦輪 HPT 4級低壓渦輪 LPT PW2037 B757 200 級 風(fēng)扇4級低壓壓氣機(jī) LPC 12級高壓壓氣機(jī) HPC 環(huán)形燃燒室2級高壓渦輪 HPT 5級低壓渦輪 LPT 1 4工作原理及其特點 1 4工作原理及其特點 1 4工作原理及其特點 PW4000 B747 400 B767 200 300 MD 11 A300 600 A310 300 1 4工作原理及其特點 級 風(fēng)扇4級低壓壓氣機(jī) LPC 11級高壓壓氣機(jī) HPC 環(huán)形燃燒室2級高壓渦輪 HPT 4級低壓渦輪 LPT V2500 1 4工作原理及其特點 A319 A320 A321 MD90 IAE是一家多國航空發(fā)動機(jī)合作公司 其股東公司有美 英 日 意和德五國航空發(fā)動機(jī)公司 級 風(fēng)扇4級低壓壓氣機(jī) LPC 10級高壓壓氣機(jī) HPC 環(huán)形燃燒室2級高壓渦輪 HPT 5級低壓渦輪 LPT 1 4工作原理及其特點 1 4工作原理及其特點 RB211 535E B757 200 1 4工作原理及其特點 級 風(fēng)扇6級中壓壓氣機(jī) IPC 6級高壓壓氣機(jī) HPC 環(huán)形燃燒室1級高壓渦輪 HPT 1級中壓渦輪 IPT 3級低壓渦輪 LPT 1 4工作原理及其特點 遄達(dá)900 A380 1 4工作原理及其特點 遄達(dá)900發(fā)動機(jī)在目前8家已做出發(fā)動機(jī)選擇決定的航空運(yùn)營商中 有5家選擇了遄達(dá)900發(fā)動機(jī) 新加坡航空公司 10架確認(rèn)訂單 15架意向訂單 澳大利亞快達(dá)航空公司 12架確認(rèn)訂單 英國維珍航空公司 6架確認(rèn)訂單 6架意向訂單 德國漢莎航空公司 15架確認(rèn)訂單 10架意向訂單 馬來西亞航空公司 6架確認(rèn)訂單 共計 80架飛機(jī) 安裝320臺發(fā)動機(jī) 市場占有率 50 確認(rèn)訂單和意向訂單之和 1 4工作原理及其特點 推力 70 000 76 500磅 適航證書認(rèn)證推力達(dá)80 000磅 總壓力比 37 1 39 1旁通比 8 7 1 8 5 1入口質(zhì)量流量 2 655 2 745磅 秒風(fēng)扇直徑 116英寸長度 179英寸重量 14 190磅 級 風(fēng)扇8級中壓壓氣機(jī) IPC 6級高壓壓氣機(jī) HPC 環(huán)形燃燒室單級高壓渦輪 HPT 單級中壓渦輪 IPT 5級低壓渦輪 LPT 1 4工作原理及其特點 CF6 A300 A310 A330 B747 B767 DC 10andMD 11 1 4工作原理及其特點 GE90 B777 1 5發(fā)展歷史回顧 航空發(fā)動機(jī)的百年歷史大致可分為兩個時期 第一個時期從萊特兄弟的首次飛行開始到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束為止 在這個時期內(nèi) 活塞式發(fā)動機(jī)統(tǒng)治了40年左右第二個時期從第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束至今 60年來 航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)取代了活塞式發(fā)動機(jī) 開創(chuàng)了噴氣時代 居航空動力的主導(dǎo)地位 1 5 1活塞式發(fā)動機(jī)時期1914 1918年的第一次世界大戰(zhàn) 使飛機(jī)很快地找到了自己最初的用武之地 戰(zhàn)爭成為了航空技術(shù)發(fā)展的原動力 一戰(zhàn)期間各國共生產(chǎn)飛機(jī)18萬架 一戰(zhàn)后 航空技術(shù)迅速轉(zhuǎn)為民用 1919年8月英法開通了定期空中客運(yùn) 隨后的幾家航空公司組建了國際航空運(yùn)輸協(xié)會 IATA 真正意義的民用航空開始于1919年 1919年 是民用航空的元年 一戰(zhàn)后到二戰(zhàn)前 是民用航空初創(chuàng)并發(fā)展的一段時間 1 5發(fā)展歷史回顧 第二次世界大戰(zhàn) 1939 1945 的開始中斷了民航的正常發(fā)展 在兩次世界大戰(zhàn)中 以活塞式發(fā)動機(jī) 螺旋槳為動力的各種作戰(zhàn)飛機(jī)發(fā)揮了巨大作用 到二戰(zhàn)結(jié)束時 以螺旋槳為動力的飛機(jī)的飛行速度最大達(dá)到了約每小時700公里 R R梅林PW雙黃蜂 1 5發(fā)展歷史回顧 梅林 1 5發(fā)展歷史回顧 1 5發(fā)展歷史回顧 1 5 2噴氣時代1937年3月 德國亨克爾公司研制的噴氣發(fā)動機(jī)首次運(yùn)轉(zhuǎn) 1939年8月27日 裝這種發(fā)動機(jī)的He 178飛機(jī)實現(xiàn)了世界上第一次噴氣動力飛行 航空事業(yè)從些開始跨入了噴氣時代 1947年10月14日 X 1飛機(jī)首次成功地沖過了 音障 實現(xiàn)了超音速飛行 1976年 英法聯(lián)合研制的 協(xié)和 式超音速客機(jī)投入使用 噴氣戰(zhàn)斗機(jī)動力大致經(jīng)歷了四次更新?lián)Q代 1 5發(fā)展歷史回顧 He 178噴氣式飛機(jī)WI型發(fā)動機(jī) 1 5發(fā)展歷史回顧 F 86戰(zhàn)斗機(jī) J47 1 5發(fā)展歷史回顧 米格 15戰(zhàn)斗機(jī) BK 1 斯貝 MK202加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī) 1 5發(fā)展歷史回顧 F 4 鬼怪 式戰(zhàn)斗機(jī) F 15 F110加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī) 1 5發(fā)展歷史回顧 F110加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī) F 15 F 16 F 15鷹式戰(zhàn)斗機(jī) F404加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī) 1 5發(fā)展歷史回顧 美國空軍用的F 16 1978年 海軍用的F A 18 1980年 歐洲的 狂風(fēng) 1980年 前蘇聯(lián)的米格 29 1983年 蘇 27 1984年 美國的第四代戰(zhàn)斗 攻擊機(jī)F A 22 1 6發(fā)展歷史回顧 F119 PW 100加力渦扇發(fā)動機(jī) F 35 F119 1 5發(fā)展歷史回顧 民用航空的動力也大致經(jīng)歷了四個階段 第一階段 活塞式發(fā)動機(jī)第二階段 噴氣發(fā)動機(jī) 1949年出現(xiàn)了第一種用加力渦輪噴氣發(fā)動機(jī) 埃汶 為動力的民航客機(jī)彗星號 標(biāo)志著民用飛機(jī)噴氣發(fā)動機(jī)時代的到來 1 5發(fā)展歷史回顧 彗星號 第三階段 低涵道比 1 5 2 5 渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)60年代初的低涵道比 1 5 2 5 渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī) 耗油率為0 07 0 08kg N h 廣泛用于波音727 737 DC 9 三叉戟 等飛機(jī) 逐步代替了耗油率高 經(jīng)濟(jì)性差的渦噴發(fā)動機(jī) 1 5發(fā)展歷史回顧 B727 B727 1 5發(fā)展歷史回顧 B737 第四階段 大涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)1970年1月22日 裝有4臺涵道比為5 2 推力為193 1KN 19700kgf 的JT9D 3型大涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的大型遠(yuǎn)程旅客機(jī)B747 100投入航線使用 標(biāo)志著民用航空動力進(jìn)入了全新的大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)時代 2001年美國GE公司為B777研制成功GE90 115B高涵道比渦扇發(fā)動機(jī) 推力達(dá)到5 47 105N 55826kgf 耗油率下降到0 05kg N h 左右 是當(dāng)今世界上推力最大的發(fā)動機(jī) 被收入吉尼斯世界紀(jì)錄中 1 5發(fā)展歷史回顧 發(fā)動機(jī)GE90 115B波音777 300ER大型雙發(fā)旅客機(jī) 1 5發(fā)展歷史回顧 小結(jié) 在航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中 首先出現(xiàn)的是渦輪噴氣式發(fā)動機(jī) 它在航空事業(yè)中曾經(jīng)起到不可磨滅的作用 用于戰(zhàn)斗機(jī)轟炸機(jī)運(yùn)輸機(jī)和旅客機(jī)等 但由于其經(jīng)濟(jì)性差 在60年代后逐漸被低涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)所代替 在70年代出現(xiàn)高涵道比的渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī) 廣泛用于各種干線客機(jī) 渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)在60年代用于中小型運(yùn)輸機(jī)和旅客機(jī)中 渦輪軸發(fā)動機(jī)廣泛用于各種型式的軍民用直升機(jī)中 1 5發(fā)展歷史回顧 1 621世紀(jì)航空動力技術(shù)的主要發(fā)展趨勢 1 關(guān)鍵技術(shù)的突破使燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)仍具有巨大的發(fā)展?jié)摿? 新概念發(fā)動機(jī)和特種動力必將登上歷史舞臺脈沖爆震發(fā)動機(jī)多核心機(jī)發(fā)動機(jī)輪發(fā)動機(jī)仍具有巨大的發(fā)展超燃沖壓發(fā)動機(jī)空天往返組合式發(fā)動機(jī)特種用途發(fā)動機(jī)3 新型能源動力發(fā)動機(jī)燃料發(fā)動機(jī)太陽能發(fā)動機(jī)等 作業(yè) 1 簡述航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)分哪幾類 結(jié)合圖1簡述該發(fā)動機(jī)的工作原理 過程 2 結(jié)合中國民航發(fā)展的現(xiàn)狀 談?wù)勀阄磥淼穆殬I(yè)規(guī)劃