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1、航空航天概论 第3章 飞行器动力系统 3.1 发动机的分类及特点 燃气 涡轮发 航空航天 动机 冲压 喷气发 动机 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 液体火箭发动机 固体火箭发动机 活塞式 发动机 火箭 冲压发 动机 发动机 航空航天 发动机 火箭 发动机 组合 涡轮 冲压发 发动机 动机 火箭涡 轮喷气 发动机 化学 火箭发 动机 固-液混合火箭发动机 电火箭发动机 核火箭发动机 非化学 火箭发 动机 太阳能火箭发动机 航空航天概论第3章 飞行器动力系统 航空航天概论 3.2 活塞式航空发动机 3.2.1 活塞式发动机的主要组成 排
2、气活门 汽缸 进气活门 活塞 连杆 曲轴 3.2.2 活塞式发动机的工作原理 进气压缩燃烧排气 活塞式航空发动机 航空航天概论第3章 飞行器动力系统 3.2.3 活塞式发动机的辅助系统 进气系统 冷却系统 燃料系统 启动系统 点火系统 定时系统 活塞式航空发动机 航空航天概论第3章 飞行器动力系统 活塞式发动机的冷却方式 星形X形V形直立式对立式 星形发动机直立式发动机V形发动机 活塞式航空发动机 航空航天概论第3章 飞行器动力系统 活塞8发动机 双排14缸星形气冷发动机 航空航天概论第3章 飞行器动力系统 3.2.4 航空活塞式发动机主要性能指标 发动机功率 发动机可用与驱动螺旋桨的功率称为
3、有效功率（kW） 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(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) 活塞式航空发动机 航空航天概论第3章 飞行器动力系统 3.3 空气喷气发动机 气 球 起 花 点 火 燃 烧 后 向 上 飞 升 平衡状态反作用力 作用力 自动旋转喷灌器 喷嘴喷出高压水流的反作用力 驱动喷管沿立轴旋转 航空航天概论第3章 飞行器动力系统 高压燃气向后喷射过程使发动机产生向前的推力 空气喷气发动机 航空航天概论第3章 飞行器动力系统 3.3.1 燃气涡轮发动机 燃气涡轮发动机的核心机 压气机 燃
4、烧室 涡轮 涡轮喷气发动机 涡轮螺桨发动机 涡轮轴发动机 涡轮风扇发动机 涡轮桨扇发动机 垂直起落发动机 空气喷气发动机 航空航天概论第3章 飞行器动力系统 1、涡轮喷气发动机 组成部件 进气道、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管 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 空气喷气发动机 涡轮喷气发动机 航空航天概论第3章 飞行器动力系统 进气道系统 进气道的形状 Ma 1 Ma 2) 下，经济性好，耗油率低；低速时推力小、耗油率高，静 止时不能产生推力，工作范围窄，对飞行状况的变化敏感 空气喷
5、气发动机 航空航天概论第3章 飞行器动力系统 V1导弹 中国C-101超音速反舰导弹。采用两台冲压发动 机。图中显示了C-101发射时火箭助推器工作的情景 X43A 航空航天概论第3章 飞行器动力系统 3.3.4 涡轮喷气发动机的工作状态 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 最大状态：起飞推力的85%90%，工作时间不超过30 额定状态：推力等稍低于最大状态，连续工作 巡航状态：起飞推力的65%75% 耗油率低，经济性好，连续工作 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 航空航天概论第3章 飞行器动力系统
6、3.4 火箭发动机 不仅自带燃烧剂，而且自带氧化剂 3.4.1 火箭发动机的主要性能参数 推力 (N) 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 发动机燃烧1kg推进剂所产生的能量（m/s) 航空航天概论第3章 飞行器动力系统 3.4.2 液体火箭发动机 1、单组元液体火箭发动机 结构简单，能量低，比冲低 火箭发动机 航空航天概论第3章 飞行器动力系统 2、双组元液体火箭发动机 （1）液体火箭发动机的组成及工作原理 燃烧剂箱及输送系统 燃烧室 喷管 氧化剂箱及输送系统 喷注器 推进剂输送系统 推力室(喷注器、燃烧室、喷管) 航空航天概论 流量调节控制活门 冷却
7、系统 火箭发动机 第3章 飞行器动力系统 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 挤 压 式 输 送 系 统 泵 式 输 送 系 统 结构简单可靠，易实现 多次起动，结构质量较大 航空航天概论 系统结构复杂，但质量轻 火箭发动机 第3章 飞行器动力系统 推力室 功用：将液体推进剂混合、燃烧，化学能转变成推力 喷注器 燃烧室 喷管 火箭发动机 航空航天概论第3章 飞行器动力系统 （2）液体推进剂 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 火箭发动机 航空航天概论
8、第3章 飞行器动力系统 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 (CH3)2N2H2 混胺 肼及其衍生物N2H4 火箭发动机 航空航天概论第3章 飞行器动力系统 3、液体火箭发动机的优缺点 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 缺点 推进剂不宜长期贮存，作战使用性能差 火箭发动机 航空航天概论第3章 飞行器动力系统 3.4.3 固体火箭发动机 1、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 壳体 前盖 主药柱 传动机构 喷
9、管 点火器 推力终止装置 航空航天概论 侧喷管 火箭发动机 第3章 飞行器动力系统 2、 固体火箭发动机的推进剂 （1）固体推进剂的种类 （2）药柱形状和特点 一维药柱 三 维 药 柱 二维药柱 火箭发动机 航空航天概论第3章 飞行器动力系统 （3）固体火箭发动机的优缺点 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 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 火箭发动机 航空航天概论第3章 飞行器动力系统 3.4.4 固-液混合火箭发动机 1、固-液混合发动机
10、的组成和工作原理 2、固-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 火箭发动机 航空航天概论第3章 飞行器动力系统 3.5 组合发动机 3.5.1 火箭发动机与冲压发动机组合 可调进气口加力喷嘴燃烧室 供氧与供油可调喷管 航空航天概论第3章 飞行器动力系统 3.5.2 涡轮喷气发动机与冲压发动机组合 低马赫数 高马赫数 3.5.3 火箭发动机与涡轮喷气发动机组合 航空航天概论第3章 飞行器动力系统 3.6 非常规推进系统 电推进系统 核推进系统 太阳能推进系统 航空航天概论第3章 飞行器动力系统 SMART-1探测器及其太阳能离子发动机 将太阳能转化为电能，再通过电能电 离惰性气体原子，喷射出高速氙离子流， 为探测器提供主要动力 航空航天概论第3章 飞行器动力系统 日本国家空间发展局的MUSES-C航天 器，使用4台Y-2发动机。Y-2微波离子发动 机是针对小行星交会采样飞行任务的需要 而研制的一种微波电离式离子发动机。 航空航天概论第3章 飞行器动力系统
