文档介绍：航空发动机原理
西北工业大学
动力与能源学院
宋文艳
第一章涡轮发动机分类及其性能指标
引言
涡轮喷气发动机的基本组成
喷气发动机分类
涡轮发动机国内外发展概况
涡轮发动机性能指标
引言
二十世纪以来,特别是二战以来,航空航天技术取得了飞速的发展。目前,飞机已成为一种重要的、不可缺少的作战武器和运输工具。飞机的飞行速度、高度、航程、载重量和机动性等,都已达到了相当高的水平,这些进步在很大程度上取决于飞机推进系统的发展。
战斗机的发动机一直处于发动机技术的前沿。在二战将结束前(1939年),新问世的涡轮喷气发动机首先是在战斗机上取代活塞发动机的,此后的几十年间,战斗机的发动机作为一些军事和经济强国的投资和开发重点,在技术上取得了巨大的进展。
飞机的推进系统(飞机动力装置、飞机发动机)是:产生推力并推动飞机飞行的整套装置。
发动机的推力、重量、尺寸、耗油率等对飞机的飞行速度、高度、航程和机动性等都有很大的影响,因此,一方面对发动机的各部件都提出了有效性的要求,另一方面,不允许发动机各部件的实际工作条件超出各部件气动和机械上的限制,包括气动、热工、控制、应力、振动、噪音、燃烧、传热、润滑、测试和制造等诸方面的限制。
发动机工程设计人员的任务就是:确定和扩大这些限制,包括气动、热工、控制、应力、振动、噪音、燃烧、传热、润滑、测试和制造等诸方面。
(1)二战前:所有飞机都使用活塞发动机(热机)+螺旋桨(推进器);(piston engine+propeller)。活塞发动机功率大、重量轻、耗油率低、工作可靠。
热机的作用:将热能转化为机械能;
推进器的作用:将机械能转化为推进功。
由活塞发动机的热力循环(进气→压缩→燃油/空气混气燃烧→膨胀→排气)经连杆获得曲轴上的机械功,再经减速器驱动螺旋桨旋转,产生推动飞机前进的拉力。
1943年左右,活塞发动机已经发展到相当高的水平,飞机速度达750~800km/s(音速a=340m/s=1224km/h);~×103 kW。~,/()
当飞机速度超过800~850km/h(Ma=~)后,螺旋桨效率开始明显下降,使拉力下降,因此要突破音障,活塞发动机+螺旋桨的动力装置便无能为力了。
(2) 40年代:喷气发动机诞生,为飞机突破音障提供了动力。
(3) 50年代:喷气发动机技术逐渐成熟。
(4) 60年代:为适应“重型化”战斗机的需要,推进系统向大推力、高空及高速发展,加力涡轮风扇发动机投入使用。
(5) 70年代:为适应“高空优势”战斗机的需求,推进系统向高推重比发展,其性能向满足高空、高速,需求向满足中、低空格斗机动性的需求。
(6) 80年代:发展的重点在耐久性、可靠性、维修性、性能和寿命期费用权衡的研究上。
(7) 90年代:发展的重点在满足飞机的超音速巡航、高机动性、隐身性能、短距起降、高生存力等方面的需求上。
飞机发动机的发展史
涡轮喷气发动机的基本组成
进气道进气压气机增压燃烧室加热涡轮膨胀作功带动压气机尾喷管膨胀加速排气到外界大气中
单
轴
涡
喷
发
动
机
Inlet
Compressor
Burner
Turbine
Nozzle
带加力的混排涡扇发动机基本组成
进气道进气风扇增压气流分为两股
内涵气流压气机增压燃烧室加热涡轮膨胀作功带动风扇和压气机混合器
外涵气流外涵道混合器
两股气流在混合器中掺混尾喷管膨胀加速排气到外界大气中
Inlet
Turbine
Mixer
Nozzle
Fan
Compressor
Burner
Afterburner
装机对象
F16C/D、N,F-15E
大涵道比和小涵道比涡扇发动机
遄达Trent 800
军用小涵道比
涡扇发动机
民用大涵道比
涡扇发动机
装机对象:F22飞机
装机对象:波音777,A330 (由RB211发展而来的)
民用旅客机大多采用大涵道比(B>4~5)的涡轮风扇发动机。
军用歼击机多采用带有加力燃烧室的小涵通比(B<1)涡轮风扇发动机。
进气道
压气机
压气机
特
性