第一章航空動力裝置的基礎(chǔ)知識

1、航空活塞動力裝置緒 論重重75kg，功率，功率12hP 。活塞式發(fā)動機活塞式發(fā)動機+ +螺旋槳的組合成為飛機固定的推進模式。螺旋槳的組合成為飛機固定的推進模式。 飛機性能迅猛發(fā)展，速度達到飛機性能迅猛發(fā)展，速度達到700700800km/h800km/h，高度達到，高度達到10000m10000m以上。以上。諸多原因決定了活塞式發(fā)動機諸多原因決定了活塞式發(fā)動機+ +螺旋槳的推進模式的終結(jié)。螺旋槳的推進模式的終結(jié)。 由于造價低、易于維修等優(yōu)點仍用于一些初級教練機和由于造價低、易于維修等優(yōu)點仍用于一些初級教練機和小型運輸機上，多為氣冷式小功率活塞式發(fā)動機。小型運輸機上，多為氣冷式小功率活塞式發(fā)動機

2、。 航空活塞式發(fā)動機發(fā)展史航空活塞式發(fā)動機發(fā)展史 緒 論緒 論緒 論緒 論一、熱機和航空發(fā)動機發(fā)動機是一種將某種能量轉(zhuǎn)換成機械功的動力裝置。發(fā)動機是一種將某種能量轉(zhuǎn)換成機械功的動力裝置。根據(jù)能量來源不同可分為：熱力發(fā)動機、水力發(fā)動根據(jù)能量來源不同可分為：熱力發(fā)動機、水力發(fā)動機、電力發(fā)動機、原子能發(fā)動機等。機、電力發(fā)動機、原子能發(fā)動機等。緒 論熱機的工作由兩大步驟組成熱機的工作由兩大步驟組成：首先必須首先必須使燃料燃燒釋放出熱能；再將釋放出的使燃料燃燒釋放出熱能；再將釋放出的熱能轉(zhuǎn)換成機械功。熱能轉(zhuǎn)換成機械功。根據(jù)熱機燃料燃燒方式，分為：外燃機和內(nèi)燃機。根據(jù)熱機燃料燃燒方式，分為：外燃機和內(nèi)燃機

3、。緒 論 航空發(fā)動機分為兩大類：航空活塞發(fā)動機和航空航空發(fā)動機分為兩大類：航空活塞發(fā)動機和航空噴氣發(fā)動機。如下圖活塞發(fā)動機：噴氣發(fā)動機。如下圖活塞發(fā)動機：緒 論優(yōu)點：優(yōu)點：低速經(jīng)濟性好，工作穩(wěn)定性好；低速經(jīng)濟性好，工作穩(wěn)定性好；缺點：缺點：重量功率比大，高空性能、速度性能差；重量功率比大，高空性能、速度性能差；用途：用途：輕型低速飛機和初教機。輕型低速飛機和初教機。緒 論航空噴氣發(fā)動機航空噴氣發(fā)動機優(yōu)點：優(yōu)點：重量輕、推力大，高空性能好、速度性能好；重量輕、推力大，高空性能好、速度性能好；缺點：缺點：經(jīng)濟性較差。經(jīng)濟性較差。用途：用途：運輸機、戰(zhàn)斗機。運輸機、戰(zhàn)斗機。緒 論二、對航空發(fā)動機的要

4、求 性能參數(shù)性能參數(shù) 可靠性可靠性 維修性維修性 總壽命總壽命一般衡量發(fā)動機品質(zhì)的主要指標有：一般衡量發(fā)動機品質(zhì)的主要指標有：緒 論1 1、性能參數(shù)、性能參數(shù)推重比：推重比：發(fā)動機的推力與自身重量的比值發(fā)動機的推力與自身重量的比值重功比：重功比：發(fā)動機的重量與發(fā)動機產(chǎn)生的功率的比值發(fā)動機的重量與發(fā)動機產(chǎn)生的功率的比值燃油消耗率：燃油消耗率：發(fā)動機在單位時間產(chǎn)生單位推力（功率）發(fā)動機在單位時間產(chǎn)生單位推力（功率） 的燃油量的燃油量。意義意義：表示發(fā)動機經(jīng)濟性的好壞，直接影響飛機的有表示發(fā)動機經(jīng)濟性的好壞，直接影響飛機的有效載重，航程和續(xù)航時間效載重，航程和續(xù)航時間緒 論發(fā)動機的加速性：發(fā)動機的加

5、速性： 發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升的快慢程度發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升的快慢程度 影響飛機的起飛越障能力和復(fù)飛性能影響飛機的起飛越障能力和復(fù)飛性能 活塞發(fā)動機的加速性好于噴氣發(fā)動機活塞發(fā)動機的加速性好于噴氣發(fā)動機1 1、性能參數(shù)、性能參數(shù)發(fā)動機高空性：發(fā)動機高空性： 指發(fā)動機性能隨飛行高度增加的下降程度指發(fā)動機性能隨飛行高度增加的下降程度 高空性主要限制飛機的實用升限高空性主要限制飛機的實用升限 噴氣發(fā)動機的高空性好于活塞發(fā)動機噴氣發(fā)動機的高空性好于活塞發(fā)動機緒 論2 2、發(fā)動機的可靠性、發(fā)動機的可靠性 指發(fā)動機在各種工作條件和外界環(huán)境下，指發(fā)動機在各種工作條件和外界環(huán)境下，在規(guī)定的壽命期內(nèi)完成規(guī)定性能的能力。在規(guī)定

6、的壽命期內(nèi)完成規(guī)定性能的能力。 衡量發(fā)動機可靠性的指標衡量發(fā)動機可靠性的指標 空中停車率空中停車率 發(fā)動機在每飛行發(fā)動機在每飛行10001000小時因發(fā)動機本身故障小時因發(fā)動機本身故障 引起的空中停車次數(shù)，單位：次引起的空中停車次數(shù)，單位：次/1000/1000飛行小飛行小時。時。 提前換發(fā)率（非計劃換發(fā)率）提前換發(fā)率（非計劃換發(fā)率） 單位：次單位：次/1000/1000飛行小時飛行小時緒 論3 3、發(fā)動機的維修性、發(fā)動機的維修性 指在規(guī)定條件下（包括維修等級、燃指在規(guī)定條件下（包括維修等級、燃油技術(shù)水平與資源等），在規(guī)定時間內(nèi)，按油技術(shù)水平與資源等），在規(guī)定時間內(nèi)，按規(guī)定程序進行維修時，保持

7、或恢復(fù)發(fā)動機性規(guī)定程序進行維修時，保持或恢復(fù)發(fā)動機性能的能力。能的能力。 提高發(fā)動機的維修性：提高發(fā)動機的維修性： 可以確保飛行安全和飛行任務(wù)的完成可以確保飛行安全和飛行任務(wù)的完成 可以節(jié)省大量的人力、物力、財力可以節(jié)省大量的人力、物力、財力緒 論3 3、發(fā)動機的維修性、發(fā)動機的維修性衡量發(fā)動機維修性的指標：衡量發(fā)動機維修性的指標： 每飛行小時直接維修工時；每飛行小時直接維修工時； 更換發(fā)動機時間；更換發(fā)動機時間； 外場可更換組件的更換時間外場可更換組件的更換時間緒 論4 4、發(fā)動機的壽命、發(fā)動機的壽命早期：早期： 翻修壽命和總壽命翻修壽命和總壽命現(xiàn)在：現(xiàn)在： 部件（關(guān)鍵件）壽命、視情維護部件

8、（關(guān)鍵件）壽命、視情維護衡量壽命的指標：衡量壽命的指標：發(fā)動機工作時間（小時）發(fā)動機工作時間（小時）或發(fā)動機循環(huán)次數(shù)或發(fā)動機循環(huán)次數(shù)第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識航空動力裝置的基礎(chǔ)知識航空動力裝置的基礎(chǔ)知識1 航空活塞式動力裝置的工作系統(tǒng)航空活塞式動力裝置的工作系統(tǒng)4 航空活塞發(fā)動機的組成與工作航空活塞發(fā)動機的組成與工作2 航空活塞發(fā)動機的性能航空活塞發(fā)動機的性能3第一節(jié) 氣體、氣流的基礎(chǔ)知識1 1、工質(zhì)、工質(zhì) 航空發(fā)動機是一種熱力發(fā)動機，熱機工作時，航空發(fā)動機是一種熱力發(fā)動機，熱機工作時，必須以某種物質(zhì)為媒介，才能將熱能轉(zhuǎn)換成機械必須以某種物質(zhì)為媒介，才能將熱能轉(zhuǎn)換成機械能，完成這種能量轉(zhuǎn)換

9、的媒介物叫工質(zhì)。能，完成這種能量轉(zhuǎn)換的媒介物叫工質(zhì)。一、氣體的基礎(chǔ)知識一、氣體的基礎(chǔ)知識第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識2 2、理想氣體、理想氣體 分子本身只有質(zhì)量而不占體積；分子本身只有質(zhì)量而不占體積； 分子間不存在吸引力分子間不存在吸引力。3 3、氣體的狀態(tài)參數(shù)、氣體的狀態(tài)參數(shù) 描述氣體狀態(tài)的物理量：比容、壓力、和溫描述氣體狀態(tài)的物理量：比容、壓力、和溫度度第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識 氣氣溫溫：描述氣體的冷熱程度，是分子熱運動平均移動描述氣體的冷熱程度，是分子熱運動平均移動功能的度量。功能的度量。當當向氣體加熱時，氣體分子熱運動

10、加劇，分向氣體加熱時，氣體分子熱運動加劇，分子平均移動動能增加，反映出來就是溫度上升。子平均移動動能增加，反映出來就是溫度上升。 溫度溫度的分度方法叫溫標。常用的分度方法叫溫標。常用溫標有：攝氏溫度溫標有：攝氏溫度（），華氏溫度（），華氏溫度（），熱力學溫度（），熱力學溫度（K K）。）。T=t+273T=t+273第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識壓力的測量壓力的測量絕對壓力絕對壓力P P表壓力表壓力PgPg大氣壓力大氣壓力PoPoP=Pg+PoP=Pg+PoPv=Po-PPv=Po-P 發(fā)動機的滑油壓力、燃油壓力等液體壓力測量都是發(fā)動

11、機的滑油壓力、燃油壓力等液體壓力測量都是表壓；在熱力學計算表壓；在熱力學計算中中，都必須使用絕對壓力。，都必須使用絕對壓力。第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識PVPV圖圖: :圖中任意一點都能表圖中任意一點都能表T T氣體的一個氣體的一個狀態(tài)，曲線表狀態(tài)，曲線表示示氣體狀態(tài)變化過程。氣體狀態(tài)變化過程。第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識5.5.氣體的熱力過程氣體的熱力過程 等容過程等容過程:V:V不變不變( (燃燒過程燃燒過程) ) (4-8 (4-8線線) )等壓過程等壓過程:P:P不變不變( (燃燒過程燃燒過程) ) (1-5 (1-5線線) )等溫過程等溫過程:T:T不變不變(2-6(2-6線線)

12、 )絕熱過程絕熱過程: :氣體與外界氣體與外界無熱無熱 交換。交換。(3-7(3-7線線) )第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識二二、氣體的基礎(chǔ)知識、氣體的基礎(chǔ)知識1.1.穩(wěn)定流動與流體的穩(wěn)定流動與流體的連續(xù)性連續(xù)性穩(wěn)定流動：指穩(wěn)定流動：指流體在空間各流體在空間各點的流動的參數(shù)不隨時間的變點的流動的參數(shù)不隨時間的變化而變化的流動，也叫定常流化而變化的流動，也叫定常流動動。 發(fā)動機發(fā)動機穩(wěn)定工作時氣體的流穩(wěn)定工作時氣體的流動接近于穩(wěn)定流動。動接近于穩(wěn)定流動。第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識2 2、音速和馬赫數(shù)、音速和馬赫數(shù) 音速是弱擾動波在介

13、質(zhì)中的傳播速度。音速是弱擾動波在介質(zhì)中的傳播速度。 音速描述了介質(zhì)的壓縮性：音速描述了介質(zhì)的壓縮性：a a越大，說明介質(zhì)受壓后，越大，說明介質(zhì)受壓后，其密度變化小，介質(zhì)不易壓縮；其密度變化小，介質(zhì)不易壓縮；a a越小，越小，說明介質(zhì)受壓后說明介質(zhì)受壓后，其其密度密度變化大，介質(zhì)易變化大，介質(zhì)易壓縮；壓縮；第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識對氣體介質(zhì)，經(jīng)推導：對氣體介質(zhì)，經(jīng)推導：kk氣體絕熱系數(shù)氣體絕熱系數(shù) RR氣體常數(shù)氣體常數(shù)TT氣體絕對溫度氣體絕對溫度 當標準大氣，溫度為當標準大氣，溫度為288K288K時，音速為時，音速為340m/s340m/s，1224km/h1224km/h；當在當在11

14、00011000高空時，大氣溫度降為高空時，大氣溫度降為216.5K,216.5K,音速值減少為音速值減少為295m/s295m/s，1062km/h1062km/h。第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識物理意義物理意義：描述描述了氣流所具有的總能量大小。絕能流動了氣流所具有的總能量大小。絕能流動時總溫不變。時總溫不變?？倝嚎倝海簹怏w氣體絕能、無摩擦地阻滯到速度為零時氣體的壓絕能、無摩擦地阻滯到速度為零時氣體的壓力。用力。用P *表示。表示。不可不可壓流的總壓等于靜壓與動壓之和壓流的總壓等于靜壓與動壓之和。物理意義物理意義：描述描述了氣流所

15、具有的總機械能大小及氣體做了氣流所具有的總機械能大小及氣體做功的能力。絕能、無摩擦流動時總壓不變功的能力。絕能、無摩擦流動時總壓不變。氣流氣流M=1時的狀態(tài)叫臨界狀態(tài)。此狀態(tài)下，總壓與靜壓時的狀態(tài)叫臨界狀態(tài)。此狀態(tài)下，總壓與靜壓之比成為氣體的臨界壓力比。之比成為氣體的臨界壓力比。第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識M1M1 M1，收斂形管道，截面積，收斂形管道，截面積A A ，流速，流速C C ，T, P; T, P; 擴散形管道，截面積擴散形管道，截面積A A ，流速，流速C C ，T, P; T, P; 單純的收斂形管不可能將亞音速氣流加速到超音速或單單純的收斂形管

16、不可能將亞音速氣流加速到超音速或單純的擴張形通道不通過激波將超音速氣流減速到亞音速氣流。純的擴張形通道不通過激波將超音速氣流減速到亞音速氣流。實現(xiàn)上述功能可以利用收斂一擴散性管道實現(xiàn)上述功能可以利用收斂一擴散性管道( (拉瓦爾管拉瓦爾管) )，喉部，喉部為音速為音速第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識 一一、燃燒燃燒反應(yīng)反應(yīng)1.1.燃燒的實質(zhì)燃燒的實質(zhì): :物質(zhì)產(chǎn)生發(fā)光、發(fā)熱劇烈的化學反應(yīng)。物質(zhì)產(chǎn)生發(fā)光、發(fā)熱劇烈的化學反應(yīng)。 完全完全燃燒燃燒: :燃燒產(chǎn)物中無可燃物質(zhì)。燃燒產(chǎn)物中無可燃物質(zhì)。2.2.余氣系數(shù)和油氣比余氣系數(shù)和油氣比 要要使發(fā)動機中混合氣中燃料完全燃燒，混合氣中油和氣的比使發(fā)動機中混合

17、氣中燃料完全燃燒，混合氣中油和氣的比例必須適當，描述混合氣中油和空氣成分的參數(shù)有余氣系數(shù)和油例必須適當，描述混合氣中油和空氣成分的參數(shù)有余氣系數(shù)和油氣比。氣比。第二節(jié) 燃燒的基礎(chǔ)知識第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識 油氣油氣比可直接反應(yīng)混合氣中燃料和空氣的比比可直接反應(yīng)混合氣中燃料和空氣的比例，但不能直觀反應(yīng)混合氣貧、富油程度。例，但不能直觀反應(yīng)混合氣貧、富油程度。 (3)(3)油氣比：混合氣中燃料的質(zhì)量與空氣質(zhì)量的比值。油氣比：混合氣中燃料的質(zhì)量與空氣質(zhì)量的比值。油氣比用油氣比用C C表示，即：表示，即：第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識

18、4 4. . 混合氣的放熱量混合氣的放熱量單位重量的混合氣的單位重量的混合氣的 放熱量。放熱量。 a1 a1 a1，多余的空氣吸熱，多余的空氣吸熱， 放熱放熱量量。a=0.97a=0.97，放熱量最大。，放熱量最大。第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識 二二、火焰的傳播、火焰的傳播1.1.混合氣的著火混合氣的著火(1)(1)混合氣的著火混合氣的著火: :混合氣溫度達到一定數(shù)值時，開始出現(xiàn)火焰而混合氣溫度達到一定數(shù)值時，開始出現(xiàn)火焰而燃燒起來的現(xiàn)象。燃燒起來的現(xiàn)象。(2)(2)著火溫度著火溫度: :混合氣著火所需的最低溫度?；旌蠚庵鹚璧淖畹蜏囟?。(3)(3)著火方法著火方法: :點燃點燃( (航空

19、發(fā)動機航空發(fā)動機) )、壓燃、壓燃( (柴油發(fā)動機柴油發(fā)動機) )2. 2. 混合氣混合氣中火焰的傳播中火焰的傳播(1)(1)靜止混合氣中火焰的傳播靜止混合氣中火焰的傳播火焰前鋒火焰前鋒: :己燃混合氣和新鮮混合氣之間的一層向前推進的正在起己燃混合氣和新鮮混合氣之間的一層向前推進的正在起劇烈化學反應(yīng)的發(fā)光、發(fā)熱的氣體薄層。是己燃區(qū)和未然區(qū)的分界劇烈化學反應(yīng)的發(fā)光、發(fā)熱的氣體薄層。是己燃區(qū)和未然區(qū)的分界面。面?；鹧?zhèn)鞑ニ俣然鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣萔p:Vp:火焰前鋒相對于新鮮混合氣向前推進的速度?；鹧媲颁h相對于新鮮混合氣向前推進的速度。第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識(2)(2)

20、流動混合氣中火焰的傳播流動混合氣中火焰的傳播層流混合氣層流混合氣: :火焰前鋒不動，火焰前鋒不動，Vp=Vp=混合氣流動混合氣流動速度速度第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識 紊流紊流混合氣混合氣: :增大接觸面積增大接觸面積熱傳遞和活性中心擴散熱傳遞和活性中心擴散新新鮮混合氣溫度能迅速達到著火溫度鮮混合氣溫度能迅速達到著火溫度VpVp。紊流混合氣。紊流混合氣VpVp層流層流混合氣混合氣Vp.Vp.第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識3.3.影響火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊囊蛩赜绊懟鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣鹊囊蛩?1)(1)混合氣性質(zhì)：熱值越大，燃料與氧化劑進行化學反應(yīng)混合氣性質(zhì)：熱值越大，燃料與氧化劑進行化學反應(yīng)所需的活化能越小，

21、混合氣導熱性越好所需的活化能越小，混合氣導熱性越好混合氣達到著火溫混合氣達到著火溫度時間越短度時間越短VpVp越大。越大。(2)(2)混合氣的余氣系數(shù)混合氣的余氣系數(shù)a=0.9a=0.9，VpVp最大；最大；a=1.6a=1.6，貧油極限，貧油極限，a=0.3a=0.3，富油極限。，富油極限。a a稍小于稍小于1 1，放熱量最大，放熱量最大熱傳遞和活性中心擴散最強熱傳遞和活性中心擴散最強VpVp最大。最大。a a過大或過小，放熱量小，不能點燃新鮮混合氣過大或過小，放熱量小，不能點燃新鮮混合氣燃燒中燃燒中斷。斷。第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識(3)(3)混合氣的初溫

22、、初壓混合氣的初溫、初壓初溫初溫混合氣達到著火溫度時間混合氣達到著火溫度時間燃燒后氣體的溫度燃燒后氣體的溫度活性中心濃度活性中心濃度，擴散，擴散初溫初溫 VpVp初壓初壓: :靜止混合氣，初壓對靜止混合氣，初壓對VpVp基本無影響。紊流混合氣，初壓基本無影響。紊流混合氣，初壓 VpVp。(4)(4)氣流的紊流強度氣流的紊流強度氣流紊流強度氣流紊流強度 VpVp(5)(5)點火能量點火能量點火能量點火能量混合氣達到著火溫度的時間混合氣達到著火溫度的時間 VpVp 對對航空航空發(fā)動機來說，余氣系數(shù)和紊流是主要的影響因素。發(fā)動機來說，余氣系數(shù)和紊流是主要的影響因素。第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識第三節(jié) 奧托循環(huán)及熱力學第二定律1.1.奧托循環(huán)（等容加熱循環(huán)）奧托循環(huán)（等容加熱循環(huán)）1.1.奧托循環(huán)奧托循環(huán)PVPV圖圖: :1 1一一2:2:絕熱壓縮絕熱壓縮 2 2一一3:3:等容加熱等容加熱3 3一一4:4:絕熱膨脹絕熱膨脹 4 4一一1:1:等容放熱等容放熱第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識2.2.奧托循環(huán)熱效率奧托循環(huán)熱效率: :定義定義: :一次循環(huán)中一次循環(huán)中，1 1公斤公斤工質(zhì)氣體對發(fā)動機所作的功與工質(zhì)氣體對發(fā)動機所作的功與燃料加給它熱量的比值燃料加給它熱量的比值。公式：。公式：第一章 航空動力裝置的基礎(chǔ)知識第一章 航空動