航空发动机

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1、航空发动机科技名词定义中文名称：航空发动机英文名称： aeroengine定义：为航空器提供飞行所需动力的发动机。应用学科： 航空科技（一级学科）；推进技术与航空动力装置（二级学科） 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 求助编辑百科名片航空发动机航空发动机（aero-engine）,为航空器提供飞行所需动力的发动机。 目录 类型活塞式航空发动机燃气涡轮发动机冲压发动机综述航空发动机发展史1、活塞式发动机时期 早期液冷发动机居主导地位 两次世界大战之间的重要技术发明 喷气时代的活塞式发动机2、燃气涡轮发动机时期 涡喷/涡扇发动机 涡桨/涡轴发动机综述 展望未来 绪论1、综合高性能涡轮发动

2、机技术计划第一阶段第二阶段第三阶段2、通用、经济可承受的先进涡轮发动机计划IHPTET 计划VAATE 计划世界三大航空发动机生产商类型活塞式航空发动机 燃气涡轮发动机 冲压发动机综述航空发动机发展史1、活塞式发动机时期 早期液冷发动机居主导地位 两次世界大战之间的重要技术发明 喷气时代的活塞式发动机2、燃气涡轮发动机时期涡喷/涡扇发动机涡桨/涡轴发动机综述展望未来绪论1、综合高性能涡轮发动机技术计划第一阶段第二阶段第三阶段2、通用、经济可承受的先进涡轮发动机计划IHPTET 计划VAATE 计划世界三大航空发动机生产商展开编辑本段类型有3 种类型：活塞式航空发动机 早期在飞机或直升机上应用的

3、航空发动机，用于带动螺旋桨或旋翼。大型活 塞式航空发动机的功率可达航空发动机结构2500 千瓦。后来为功率大、高速性能好的燃气涡轮发动机所取代。但小功率的 活塞式航空发动机仍广泛地用于轻型飞机、直升机及超轻型飞机。 燃气涡轮发动机应用最广。包括涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡 轮轴发动机，都具有压气机、燃烧室和燃气涡轮。涡轮螺旋桨发动机主要用于时 速小于800 千米的飞机；涡轮轴发动机主要用作直升机的动力；涡轮风扇发动机 主要用于速度更高的飞机；涡轮喷气发动机主要用于超声速飞机。冲压发动机特点是无压气机和燃气涡轮，进入燃烧室的空气利用高速飞行时的冲压作用 增压。它构造简单、

4、推力航空发动机分类 大，特别适用于高速高空飞行。由于不能自行起动和低速下性能欠佳，限制了应 用范围，仅用在导弹和空中发射的靶弹上。综述上述发动机均由大气中吸取空气作为燃料燃烧的氧化剂，故又称吸空气发动 机。其他还有火箭发动机、脉冲发动机和航空电动机。火箭发动机的推进剂（氧 化剂和燃烧剂）全部由自身携带，燃料消耗太大，不适于长时间工作，一般作为 运载火箭的发动机，在飞机上仅用于短时间加速（如起动加速器）。脉冲发动机 主要用于低速靶机和航空模型飞机。由太阳电池驱动的航空电动机仅用于轻型飞 机，尚处在试验阶段。编辑本段航空发动机发展史1、活塞式发动机时期 早期液冷发动机居主导地位很早以前，我们的祖先

5、就幻想像鸟一样在天空中自由飞翔，也曾作过各种尝 试，但是多半因为动力源问题未获得解决而归于失败。最初曾有人把专门设计的 蒸汽机装到飞机上去试，但因为发动机太重，都没有成功。到 19 世纪末，在内 燃机开始用于汽车的同时，人们即联想到把内燃机用到飞机上去作为飞机飞行的 动力源，并着手这方面的试验。1903 年，莱特兄弟把一台 4 缸、水平直列式水冷发动机改装之后，成功地 用到他们的飞行者一号飞机上进行飞行试验。这台发动机只发出 8.95 kW 的功 率，重量却有81kg，功重比为O.llkW/daN。发动机通过两根自行车上那样的链 条，带动两个直径为2.6m的木制螺旋桨。首次飞行的留空时间只有1

6、2s,飞行距 离为36.6m。但它是人类历史上第一次有动力、载人、持续、稳定、可操作的重 于空气飞行器的成功飞行。以后，在飞机用于战争目的的推动下，航空特别是在欧洲开始蓬勃发展，法 国在当时处于领先地位。美国虽然发明了动力飞机并且制造了第一架军用飞机， 但在参战时连一架可用的新式飞机都没有。在前线的美国航空中队的 6287 架飞 机中有 4791 架是法国飞机，如装备伊斯潘诺-西扎 V 型液冷发动机的斯佩德 战斗机。这种发动机的功率已达130220kW,功重比为0.7kW/daN左右。飞机速 度超过200km/h，升限6650m。当时，飞机的飞行速度还比较小，气冷发动机冷却困难。为了冷却，发动

7、机 裸露在外，阻力又较大。因此，大多数飞机特别是战斗机采用的是液冷式发动机。 期间，1908 年由法国塞甘兄弟发明旋转汽缸气冷星型发动机曾风行一时。这种 曲轴固定而汽缸旋转的发动机终因功率的增大受到限制，在固定汽缸的气冷星型 发动机的冷却问题解决之后退出了历史舞台。两次世界大战之间的重要技术发明在两次世界大战之间，在活塞式发动机领域出现几项重要的发明：发动机整 流罩既减小了飞机阻力，又解决了气冷发动机的冷却困难问题，甚至可以的设计 两排或四排汽缸的发动机，为增加功率创造了条件；废气涡轮增压器提高了高空 条件下的进气压力，改善了发动机的高空性能；变距螺旋桨可增加螺旋桨的效率 和发动机的功率输出；

8、内充金属钠的冷却排气门解决了排气门的过热问题；向汽 缸内喷水和甲醇的混合液可在短时内增加功率三分之一；高辛烷值燃料提高了燃 油的抗爆性，使汽缸内燃烧前压力由 23 逐步增加到 56，甚至 89，既提高了 升功率，又降低了耗油率。从 20 世纪 20 年代中期开始，气冷发动机发展迅速，但液冷发动机仍有一席 之地在此期间，在整流罩解决了阻力和冷却问题后，气冷星型发动机由于有刚性 大，重量轻，可靠性、维修性和生存性好，功率增长潜力大等优点而得到迅速发 展,并开始在大型轰炸机、运输机和对地攻击机上取代液冷发动机。在 20 世纪 20年代中期，美国莱特公司和普惠公司先后发展出单排的旋风和飓风以 及黄蜂和

9、大黄蜂发动机，最大功率超过400kW，功重比超过lkW/daN。到第 二次世界大战爆发时，由于双排气冷星型发动机的研制成功，发动机功率已提高 到600820kW。此时，螺旋桨战斗机的飞行速度已超过500km/h，飞行高度达 10000m。在第二次世纪大战期间，气冷星型发动机继续向大功率方向发展。其中比较 著名的有普惠公司的双排双黄蜂(R-2800)和四排巨黄蜂(R-4360)。前者 在1939年7月1日定型，开始时功率为1230kW,共发展出5个系列几十个改型， 最后功率达到2088kW，用于大量的军民用飞机和直升机。单单为P-47战斗机就 生产了 24000台R-2800发动机，其中P-47

10、 J的最大速度达805km/h。虽然有争 议，但据说这是第二次世界大战中飞得最快的战斗机。这种发动机在航空史上占 有特殊的地位。在航空博物馆或航空展览会上， R-2800 总是放置在中央位置。 甚至有的航空史书上说，如果没有R-2800发动机，在第二次世界大战中盟国的 取胜要困难得多。后者有四排28个汽缸，排量为71.5L，功率为22003000kW,是 世界上功率最大的活塞式发动机，用于一些大型轰炸机和运输机。 1941 年，围 绕六台R-4360发动机设计的B-36轰炸机是少数推进是飞机之一，但未投入使用。 莱特公司的R-2600和R-3350发动机也是很有名的双排气冷星型发动机。前者在

11、1939推出，功率为1120kW,用于第一架载买票旅客飞越大西洋的波音公司快帆 314型四发水上飞机以及一些较小的鱼雷机、轰炸机和攻击机。后者在1941年 投入使用，开始时功率为2088kW，主要用于著名的B-29空中堡垒战略轰炸机。 R-3350 在战后发展出一种重要改型-涡轮组合发动机。发动机的排气驱动三个 沿周向均布的废气涡轮，每个涡轮在最大状态下可发出 150kW 的功率。这样， R-3350的功率提高到2535kW，耗油率低达0.23kg/(kW h)。1946年9月，装两 台R-3350涡轮组合发动机的P2V1海王星飞机创造了 18090km的空中不加油的 飞行距离世界纪录。液冷发

12、动机与气冷发动机之间的竞争在第二次世界大战中仍 在继续。液冷发动机虽然有许多缺点，但它的迎风面积小，对高速战斗机特别有 利。而且，战斗机的飞行高度高，受地面火力的威胁小，液冷发动机易损的弱点 不突出。所以，它在许多战斗机上得到应用。例如，美国在这次大战中生产量最 大的5种战斗机中有4种采用液冷发动机。其中，值得一提的是英国罗-罗公司 的梅林发动机。它在 1935 年 11 月在飓风战斗机上首次飞行时，功率达到 708kW； 1936年在喷火战斗机上飞行时，功率提高到783kW。这两种飞机都是 第二次世界大战期间有名的战斗机，速度分别达到624km/h和750km/h。梅林发 动机的功率在战争末

13、期达到1238kW，甚至创造过1491kW的纪录。美国派克公司 按专利生产了梅林发动机，用于改装P-51野马战斗机，使一种平常的飞机变 成战时最优秀的战斗机。野马战斗机采用一种不常见的五叶螺旋桨，安装梅林 发动机后，最大速度达到760km/h，飞行高度为15000m。除具有当时最快的速度 外，野马战斗机的另一个突出的优点是有惊人的远航能力，它可以把盟军的轰 炸机一直护送到柏林。到战争结束时，野马战斗机在空战中共击落敌机 4950 架，居欧洲战场的首位。而在远东和太平洋战场上，则是由于装备了气冷发动机 的F6F地狱猫战斗机的参战，才结束了日本零式战斗机的霸主地位。航空史 学界把野马飞机看作螺旋桨

14、战斗机的顶峰之作。在第二次世界大战开始之后和战后的最主要的技术进展有直接注油、涡轮组 合发动机和低压点火。在两次世界大战的推动下，发动机的性能提高很快，单机功率从不到10 kW 增加到2500 kW左右，功率重量比从0.11 kW/daN提高到1.5 kW/daN左右，升 功率从每升排量几千瓦增加到四五十千瓦，耗油率从约0.50 kg/(kWh)降低到 0.230.27 kg/(kW h)。翻修寿命从几十小时延长到20003000h。到第二次世 界大战结束时，活塞式发动机已经发展得相当成熟，以它为动力的螺旋桨飞机的 飞行速度从16km/h提高到近800 km/h，飞行高度达到15000 m。可

15、以说，活塞 式发动机已经达到其发展的顶峰。喷气时代的活塞式发动机 在第二次世界大战结束后，由于涡轮喷气发动机的发明而开创了喷气时代， 活塞式发动机逐步退出主要航空领域，但功率小于370 kW的水平对缸活塞式发 动机发动机仍广泛应用在轻型低速飞机和直升机上，如行政机、农林机、勘探机、 体育运动机、私人飞机和各种无人机，旋转活塞发动机在无人机上崭露头角，而 且美国NASA还正在发展用航空煤油的新型二冲程柴油机供下一代小型通用飞机 使用。美国NASA已经实施了一项通用航空推进计划，为未来安全舒适、操作简便 和价格低廉的通用轻型飞机提供动力技术。这种轻型飞机大致是46座的，飞行 速度在365 km/h左右。一个方案是用涡轮风扇发动机，用它的飞机稍大，有6 个座位，速度偏高。另一个方案是用狄塞尔循环活塞式发动机，用它的飞机有4 个座位，速度偏低。对发动机的要求为： 功率为 150 kW； 耗油率 0.22 kg/(kW h)；满足未来的排放要求；制造和维修成本降低一半。到2000年， 该计划已经进行了 500h以上的发动机地面试验，功率达到130 kW，耗油率0.23 kg/(kWh)。2、燃气涡轮发动机时期第二个时期从第二次世界大战结束至今。 60 年来，航空燃气涡轮发动机取 代了活塞式发动机，开创了喷气时代，居航空动力的主导地位。在技术发展的推 动下