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文檔簡介

6/12/20231航空發(fā)動機原理6/12/20232航空發(fā)動機原理航空發(fā)動機原理與構造6/12/20233航空發(fā)動機原理課程教學說明歸屬單位課程編號開課學期3總學時數(shù)72學時學分適用專業(yè)ME首選教材航空發(fā)動機原理與構造.中國民航大學校內講義6/12/20234航空發(fā)動機原理一、課程教學大綱說明本課程與其它課程的聯(lián)系主要先修課程:氣體動力學、工程熱力學主要后續(xù)課程:專業(yè)英語、發(fā)動機機型課程的性質機務專業(yè)(ME)專業(yè)必修課6/12/20235航空發(fā)動機原理一、課程教學大綱說明課程的作用與任務掌握航空發(fā)動機的基本工作原理和特性以及基本結構了解航空發(fā)動機各主要工作系統(tǒng)的組成、工作原理為今后從事相關飛機發(fā)動機維修工作打下理論基礎6/12/20236航空發(fā)動機原理一、課程教學大綱說明考核方法考核方式考試課閉卷、筆試平時成績15分、卷面成績85分6/12/20237航空發(fā)動機原理二、課堂要求課堂紀律不準遲到曠課10次及以上取消考試資格上課期間保持安靜等6/12/20238航空發(fā)動機原理三、課程主要內容航空發(fā)動機的歷史回顧熱工氣動基礎航空發(fā)動機原理部分航空發(fā)動機構造部分6/12/20239航空發(fā)動機原理1.1人類的飛天之夢兩千多年前的風箏世界上目前公認最早的重于空氣的飛行器它是如何飛起來的一千多年以前的“孔明燈”世界上最早的、最原始的熱氣球現(xiàn)代熱氣球的鼻祖6/12/202310航空發(fā)動機原理關于民間神話傳說

嫦娥奔月(圖1)舜帝的斗笠(圖2)風神演義中的雷震子達·芬奇筆下的“撲翼機”(圖3)事實證明:依靠人力飛行是不可能的

6/12/202311航空發(fā)動機原理圖1嫦娥奔月

圖2舜帝的斗笠圖3達·芬奇筆下的"撲翼機"

6/12/202312航空發(fā)動機原理氣球、飛艇、無動力的滑翔機

飛上天有三種基本的途徑:基于阿基米德浮力的原理熱氣球、包括氫氣、氦氣球,包括飛艇

基于直接有升力的飛行火箭、垂直起落的飛機

基于柏努利定律,以速度換取升力的飛行固定翼飛機、直升機、旋翼機

6/12/202313航空發(fā)動機原理補充:關于飛機發(fā)動機的知識飛機的組成?機身機翼尾翼起落架飛機動力裝置-發(fā)動機飛機操縱系統(tǒng)各種其它設備6/12/202314航空發(fā)動機原理補充:關于飛機發(fā)動機的知識飛機是如何產(chǎn)生升力?對于忽略重力位能的定熵絕能不可壓流貝努利方程

6/12/202315航空發(fā)動機原理補充:關于飛機發(fā)動機的知識飛機的起飛過程飛機的降落過程6/12/202316航空發(fā)動機原理航空發(fā)動機發(fā)展歷史

航空發(fā)動機百年歷史可分為兩個時期:第一個時期從萊特兄弟的首次飛行開始到第二次世界大戰(zhàn)結束為止活塞式發(fā)動機統(tǒng)治了40年左右第二個時期從第二次世界大戰(zhàn)結束至今60年來,航空燃氣輪機取代了活塞式發(fā)動機航空燃氣輪機開創(chuàng)了噴氣時代,居航空動力的主導地位

6/12/202317航空發(fā)動機原理活塞式發(fā)動機時期

早期飛機動力源問題的解決過程

飛機動力源問題未解決導致屢次飛行失敗使用蒸氣機作為動力源,質量過重1810年,英國科學家凱利發(fā)現(xiàn)了飛行原理1876年,德國工程師奧托試制成熱效率高于蒸汽機的四沖程煤氣內燃機人們試圖采用內燃機作為飛機飛行的動力源6/12/202318航空發(fā)動機原理活塞式發(fā)動機6/12/202319航空發(fā)動機原理活塞式發(fā)動機時期人類歷史上首次有動力、載人、持續(xù)、穩(wěn)定和可操作的重于空氣飛行器的飛行

航空發(fā)動機從狹義上是航空器飛行的動力,從廣義上它也是航空事業(yè)發(fā)展的推動力

6/12/202320航空發(fā)動機原理活塞式發(fā)動機時期活塞式發(fā)動機的發(fā)展飛機用于戰(zhàn)爭目的推動航空蓬勃發(fā)展早期液冷式、氣冷發(fā)動機兩次世界大戰(zhàn)推動發(fā)動機的性能提高:單機功率從不到10kW增加到2500kW左右螺旋槳飛機的V從16km/h提高到近800km/h飛行高度達到15000m到40年代末,活塞發(fā)動機達到了發(fā)展的頂峰6/12/202321航空發(fā)動機原理活塞式發(fā)動機時期活塞式發(fā)動機固有的缺陷功率與重量的矛盾

發(fā)動機功率與飛行速度的三次方成正比

發(fā)動機功率的增加,將導致發(fā)動機重量迅速增大(接近三次方關系)

螺旋槳的局限

接近音速時,導致螺旋槳工作不穩(wěn)定,推進效率急劇下降

“音障”的出現(xiàn)6/12/202322航空發(fā)動機原理音障音障是一種物理現(xiàn)象,當物體(通常是航空器)的速度接近音速時,將會逐漸追上自己發(fā)出的聲波。聲波疊合累積的結果,會造成震波(ShockWave)的產(chǎn)生,進而對飛行器的加速產(chǎn)生障礙,而這種因為音速造成提升速度的障礙稱為音障。

6/12/202323航空發(fā)動機原理音障在物體的速度快要接近音速時,周邊的空氣受到聲波疊合而呈現(xiàn)非常高壓的狀態(tài),因此一旦物體穿越音障后,周圍壓力將會陡降。在比較潮濕的天氣,陡降的壓力所造成的瞬間低溫可能會讓氣溫低于它的露點(DewPoint)溫度,使得水汽凝結變成微小的水珠,肉眼看來就像是云霧般的狀態(tài)。由于這個低壓帶會隨著空氣離機身的距離增加而恢復到常壓,因此整體看來形狀像是一個以物體為中心軸、向四周均勻擴散的圓錐狀云團。6/12/202324航空發(fā)動機原理6/12/202325航空發(fā)動機原理燃氣渦輪發(fā)動機時期第二個時期:從第二次世界大戰(zhàn)結束至今60年來,航空燃氣渦輪發(fā)動機取代了活塞式發(fā)動機開創(chuàng)了噴氣時代,居航空動力的主導地位噴氣發(fā)動機的早期設想1937年,英國的惠特爾和德國的奧海因分別研制成功離心式渦輪噴氣發(fā)動機WU和He-S3B6/12/202326航空發(fā)動機原理6/12/202327航空發(fā)動機原理6/12/202328航空發(fā)動機原理渦輪噴氣發(fā)動機1939年8月27日率先裝在亨克爾公司的He-178飛機上試飛成功這是世界上第一架試飛成功的噴氣式飛機開創(chuàng)了噴氣推進時代和航空事業(yè)的新紀元世界上第一臺實用的渦輪噴氣發(fā)動機是德國的尤莫-0041942年7月18日德國工程師把He-S3B裝在梅塞施米特Me-262飛機上試飛成功1944.9-1945.5,Me-262共擊落盟軍飛機613架,自己損失200架(包括非戰(zhàn)斗損失)6/12/202329航空發(fā)動機原理渦輪噴氣發(fā)動機戰(zhàn)后,美、蘇、法通過買專利,或借助從德國取得的資料和人員,陸續(xù)發(fā)展了本國第一代渦輪噴氣發(fā)動機:美國通用電氣公司的J47軸流式渦噴發(fā)動機蘇聯(lián)克里莫夫設計局的RD-45離心式渦噴發(fā)動機推力2650daN左右,推重比為2~3它們分別在裝在F-86和米格-15戰(zhàn)斗機上服役。這兩種飛機在朝鮮戰(zhàn)爭期間展開了你死我活的空戰(zhàn)6/12/202330航空發(fā)動機原理渦輪噴氣發(fā)動機50年代末至60年代初,各國研制了M2飛機的一批渦噴發(fā)動機如J79、J75、埃汶、奧林帕斯、阿塔9C、R-11和R-13推重比已達5~660年代中期用于M3飛機的J58和R-3170年代初,用于“協(xié)和”超聲速客機的奧林帕斯593渦噴發(fā)動機定型從此再沒有重要的渦噴發(fā)動機問世6/12/202331航空發(fā)動機原理渦扇發(fā)動機渦扇發(fā)動機的發(fā)展來自于民用發(fā)動機1959年定型的英國康維世界上第一臺渦扇發(fā)動機涵道比有0.3和0.6,推力為5730daN耗油率比同時期的渦噴發(fā)動機低10%~20%用于VC-10、DC-8和波音707客機渦扇發(fā)動機兩個發(fā)展方向低涵道比的軍用加力發(fā)動機高涵道比的民用發(fā)動機6/12/202332航空發(fā)動機原理6/12/202333航空發(fā)動機原理6/12/202334航空發(fā)動機原理6/12/202335航空發(fā)動機原理6/12/202336航空發(fā)動機原理6/12/202337航空發(fā)動機原理6/12/202338航空發(fā)動機原理6/12/202339航空發(fā)動機原理軍用渦扇發(fā)動機20世紀60年代英、美研制出斯貝-MK202和TF30用于英國購買的“鬼怪”F-4M/K戰(zhàn)斗機和美國的F111(后又用于F-14戰(zhàn)斗機)在70~80年代各國研制出推重比8的渦扇發(fā)動機如美國的F100、F404、F110,西歐三國的RB199,前蘇聯(lián)的RD-33和AL-31F裝備第三戰(zhàn)斗機,如F-15、F-16、F-18、“狂風”、米格-29和蘇-27

6/12/202340航空發(fā)動機原理目前,推重比10渦扇發(fā)動機投入服役美國F-22/F119、西歐EFA2000/EJ200和法國的“陣風”/M88F-22/F119具有第四代戰(zhàn)斗機代表性特征--超聲速巡航、短距起落、超機動性和隱身能力超聲速垂直起飛短距著陸的JSF動力裝置F136正在研制之中,預計將于2010~2012年投入服役。6/12/202341航空發(fā)動機原理民用發(fā)動機的研制20世紀70年代第一代推力在20000daN以上的高涵道比(4~6)渦扇發(fā)動機投入使用開創(chuàng)了大型寬體客機的新時代90年代中期裝備波音777投入使用的第二代高涵道比(6~9)渦扇發(fā)動機的推力超35000daN通用電氣公司GE90-115B在2003年2月創(chuàng)造了56900daN的發(fā)動機推力世界紀錄。6/12/202342航空發(fā)動機原理目前,普·惠公司正在研制新一代渦扇發(fā)動機PW8000齒輪傳動渦扇發(fā)動機推力為

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