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1、Date1航空发动机原理 Date2航空发动机原理 Date3航空发动机原理 航空发动机原理与构造 *4航空发动机原理 课程教学说明 归属单 位 课程编号 开课学 期 3总学时数72学时 学 分适用专业ME 首选教 材 航空发动机原理与构造.中国民航大学校内讲 义 Date5航空发动机原理 一、课程教学大纲说明 n本课程与其它课程的联系 n主要先修课程：气体动力学、工程热力学 n主要后续课程：专业英语、发动机机型 n课程的性质 n机务专业（ME）专业必修课 Date6航空发动机原理 一、课程教学大纲说明 n课程的作用与任务 n掌握航空发动机的基本工作原理和特性以及 基本结构 n了解航空发动机各
2、主要工作系统的组成、工 作原理 n为今后从事相关飞机发动机维修工作打下理 论基础 Date7航空发动机原理 一、课程教学大纲说明 n考核方法 n考核方式 n考试课 n闭卷、笔试 n平时成绩15分、卷面成绩85分 Date8航空发动机原理 二、课堂要求 n课堂纪律 n不准迟到 n旷课10次及以上取消考试资格 n上课期间保持安静等 Date9航空发动机原理 三、课程主要内容 n航空发动机的历史回顾 n热工气动基础 n航空发动机原理部分 n航空发动机构造部分 Date10航空发动机原理 1.1 人类的飞天之梦 n两千多年前的风风筝 n世界上目前公认认最早 的重于空气的飞飞行器 n它是如何飞飞起来的
3、n一千多年以前的 “ 孔明灯” n世界上最早的、最原 始的热热气球 n现现代热热气球的鼻祖 Date11航空发动机原理 关于民间神话传说 n嫦娥奔月（图1） n舜帝的斗笠（图2） n风神演义中的雷震子 n达芬奇笔下的“扑翼机”（图3） n事实证明：依靠人力飞行是不可能的 Date12航空发动机原理 图1 嫦娥奔月 图2 舜帝的斗笠图3 达芬奇笔下的“扑翼机 “ Date13航空发动机原理 气球、飞飞艇、无动动力的滑翔机 n飞上天有三种基本的途径： n基于阿基米德浮力的原理 n热气球、包括氢气、氦气球，包括飞艇 n基于直接有升力的飞行 n火箭、垂直起落的飞机 n基于柏努利定律，以速度换取升力的飞
4、行 n固定翼飞机、直升机、旋翼机 Date14航空发动机原理 补充：关于飞机发动机的知识 n飞机的组成？ n机身 n机翼 n尾翼 n起落架 n飞机动力装置-发动机 n飞机操纵系统 n各种其它设备 Date15航空发动机原理 补充：关于飞机发动机的知识 n飞机是如何产生升力？ 对于忽略重力位能的定熵绝能不可压流 贝努利方程 Date16航空发动机原理 补充：关于飞机发动机的知识 n飞机的起飞过程 飞机的降落过程 Date17航空发动机原理 航空发动机发展历史 n航空发动机百年历史可分为两个时期： n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 n活塞式发动机统治了40年左右 n第
5、二个时期从第二次世界大战结束至今 n60年来，航空燃气轮机取代了活塞式发动机 n航空燃气轮机开创了喷气时代，居航空动力的主 导地位 Date18航空发动机原理 活塞式发动机时期 n早期飞机动力源问题的解决过程 n飞机动力源问题未解决导致屡次飞行失败 n使用蒸气机作为动力源，质量过重 n1810年，英国科学家凯凯利发现发现 了飞飞行原理 n1876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 n人们试图采用内燃机作为飞机飞行的动力源 Date19航空发动机原理 活塞式发动机 Date20航空发动机原理 活塞式发动机时期 n人类历史上首次 有动力、载人、 持续、稳定和可 操作的重于
6、空气 飞行器的飞行 n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 Date21航空发动机原理 活塞式发动机时期 n活塞式发动机的发展 n飞机用于战争目的推动航空蓬勃发展 n早期液冷式、气冷发动机 n两次世界大战推动发动机的性能提高： n单机功率从不到10 kW增加到2500 kW左右 n螺旋桨飞机的V从16km/h提高到近800 km/h n飞行高度达到15000 m n到40年代末,活塞发动机达到了发展的顶峰 Date22航空发动机原理 活塞式发动机时期 n活塞式发动机固有的缺陷 n功率与重量的矛盾 n发动机功率与飞行速度的三次方成正比 n发动机功率的
7、增加，将导致发动机重量迅速增大 （接近三次方关系） n螺旋桨的局限 n接近音速时，导致螺旋桨工作不稳定，推进效率 急剧下降 n“音障”的出现 Date23航空发动机原理 音障 n音障是一种物理现象，当物体（通常是航空器 ）的速度接近音速时，将会逐渐追上自己发出 的声波。声波叠合累积的结果，会造成震波（ Shock Wave）的产生，进而对飞行器的加速 产生障碍，而这种因为音速造成提升速度的障 碍称为音障。 Date24航空发动机原理 音障 n在物体的速度快要接近音速时，周边的空气受 到声波叠合而呈现非常高压的状态，因此一旦 物体穿越音障后，周围压力将会陡降。 n在比较潮湿的天气，陡降的压力所造
8、成的瞬间 低温可能会让气温低于它的露点（Dew Point ）温度，使得水汽凝结变成微小的水珠，肉眼 看来就像是云雾般的状态。 n由于这个低压带会随着空气离机身的距离增加 而恢复到常压，因此整体看来形状像是一个以 物体为中心轴、向四周均匀扩散的圆锥状云团 。 Date25航空发动机原理 Date26航空发动机原理 燃气涡轮发动机时期 n第二个时期:从第二次世界大战结束至今 n60年来，航空燃气涡轮发动机取代了活塞 式发动机 n开创了喷气时代，居航空动力的主导地位 n喷气发动机的早期设想 n1937年，英国的惠特尔和德国的奥海因 分别研制成功离心式涡轮喷气发动机WU 和HeS3B Date27航
9、空发动机原理 Date28航空发动机原理 Date29航空发动机原理 涡轮喷气发动机 n1939年8月27日率先装在亨克尔公司的He- 178飞机上试飞成功 n这是世界上第一架试飞成功的喷气式飞机 n开创了喷气推进时代和航空事业的新纪元 n世界上第一台实用的涡轮喷气发动机是德国的 尤莫-004 n1942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 n1944.91945.5， Me-262共击落盟军飞机613 架，自己损失200架（包括非战斗损失） Date30航空发动机原理 涡轮喷气发动机 n战后，美、苏、法通过买专利，或借助从德国 取得的资料和人员，陆续发
10、展了本国第一代涡 轮喷气发动机： n美国通用电气公司的J47轴流式涡喷发动机 n苏联克里莫夫设计局的RD-45离心式涡喷发动机 n推力2650daN左右，推重比为23 n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 Date31航空发动机原理 涡轮喷气发动机 n50年代末至60年代初，各国研制了M2飞机的 一批涡喷发动机 n如J79、J75、埃汶、奥林帕斯、阿塔9C、R-11和 R-13 n推重比已达56 n60年代中期用于M3飞机的J58和R-31 n70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 n从此再没有重要的涡喷发
11、动机问世 Date32航空发动机原理 涡扇发动机 n涡扇发动机的发展来自于民用发动机 n1959年定型的英国康维 n世界上第一台涡扇发动机 n涵道比有0.3和0.6，推力为5730daN n耗油率比同时期的涡喷发动机低10%20% n用于VC-10、DC-8和波音707客机 n涡扇发动机两个发展方向 n低涵道比的军用加力发动机 n高涵道比的民用发动机 Date33航空发动机原理 Date34航空发动机原理 Date35航空发动机原理 Date36航空发动机原理 Date37航空发动机原理 Date38航空发动机原理 Date39航空发动机原理 Date40航空发动机原理 军用涡扇发动机 n20
12、世纪60年代 n英、美研制出斯贝-MK202和TF30 n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） n在7080年代各国研制出推重比8的涡扇发动 机 n如美国的F100、F404、F110，西欧三国的 RB199，前苏联的RD-33和AL-31F n装备备第三战战斗机，如F-15、F-16、F-18、“狂风风” 、米格-29和苏苏-27 Date41航空发动机原理 n目前，推重比10涡扇发动机投入服役 n美国F-22/F119、西欧EFA2000/EJ200 和法国的“阵风”/M88 nF-22/F119具有第四代战斗机代表性特征- 超声速巡航、短距
13、起落、超机动性和隐身能 力 n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2010 2012年投入服役。 Date42航空发动机原理 民用发动机的研制 n20世纪70年代 n第一代推力在20000daN以上的高涵道比（ 46）涡扇发动机投入使用 n开创了大型宽体客机的新时代 n90年代中期 n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 n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。 Date43航空发动机原理 n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 n推力为11 00016 000daN n涵道比11，耗油率下降9% n罗罗公司生产的喘达系列发动机 Date44航空发动机原理 发动机GE90115B 波音777-300ER大型双发旅客机 Date45航空发动机原理 Date46航空发动机原理 活塞式发动机 Date47航空发动机原理 喷气发动机的早期设想 Date48航空发动机原理
