各类飞机引擎原理

1、各类飞机引擎原理飞机引擎的发动原理、八 、，前言汽车在高速公路上定速行驶於平坦路面上所消耗的汽油， 主要都是用来克服空 气阻力。在空中飞行的飞机同样承受阻力，因此飞机必须有推进系统 ，否则阻 力将使飞机愈来愈慢终至坠毁。飞机的推进系统常见的有往复式内燃机和涡 轮引擎二类。往复式内燃机是最传统的飞机动力源，莱特兄弟的第一架飞机就是采用四 冲程的内燃机。通常是使用螺旋桨把往复式内燃机的输出马力转变成推进力。 涡 轮引擎可分为 : 涡轮喷射、涡轮扇喷射和涡轮轴引擎三大类。往复式内燃机和汽车、机车使用者的原理相同，除了模型飞机之外，绝少使用 二冲程引擎者。四冲程引擎分为进气、压缩、爆炸、排气四个冲程，

2、其原理在今日 已成常识，不多说明。 涡轮引擎由前面吸入空气，经由压缩器增压之后，即将 油与气混合并於燃烧室引燃。燃烧后的高温排气流经涡轮产生转动的力量，此力量 经过传动轴去驱动压缩器。此时排气仍含有甚多热能，即经由喷嘴高速喷出，依反 作用定律产生推力。上述为涡轮喷射引擎 。扇式喷射是把压缩器或涡轮叶片延长成为类似较短的螺旋桨叶片。压缩器叶片延长者叫作前扇式，涡轮叶片延长者叫作后扇式。般活塞式燃油引擎强劲的动力和雄浑的引擎声，简直魅力没法挡！与实物相同的机构和工作原理 造成强劲转动的模型发动机（俗称模型引擎），它本身可以说是模型爱好者梦寐以 求的东西。事实上，翻开无线电遥控模型的历史，可知机动模

3、型的出现要早过电动 模型，强劲的动力打破了传统模型那种冷漠的面孔， 为模型的发展注入新的生命力 再者，燃油之消耗可由目测判断，它与电动模型不同，操纵者能正确估计模型之正 确动作时间，燃油用完後只需加油，模型又能重新奔驰或飞翔。总之，机动模型予 人明快，爽朗的印象。如上图所示：无线电遥控模型用的发动机与实物一样，既有2冲程发动机，也有4冲程发动机，甚至还有转子发动机和喷射发动机。因为零件配换等问题，建议采用2冲程或4冲程的电热式发动机（glow engine），电热式发动机不需要复杂的电 气机构，具有简单，轻量，易用等优点；而且又能提供强大的动力，所以成为机动模型的最佳动力源。实际上，它的转速超

4、过每分钟30,00转，如其排气量作公升换 算，相当於输出200匹马力以上的动力，功率之强劲令人咋舌！其原因是由於采取电热（glow）方式，仅仅在起动时让电热塞通电以产生最初的爆发，此後使可截断电池的供电，利用自身之压缩产生连续爆发力旋转。在现实生活中、渔船等场合所采用的发动机，其工作原理便与它相同。利用压缩引起爆发的情况，我们在柴油发动机中也可以看到。但两者其实是有一些不同的。对柴油发动机来说，系利用压缩热引起燃油混合气本身的爆发，但对电热式发动机来说，最初 系由电热塞引起爆发，此后则利用自身压缩所产生的热量，对混合气体进行点火和 使之爆发。发动机等级和排气量表示发动机级的数字，是以立方英寸为

5、基础制定的。这是 在遥控模型发展早期，由美国模型界人士订定。如 10级：其为 O.l0 立方英寸。 发 动机旋转原理 以下筒单介绍使用率最高的 2 冲程引擎的动作顺序。所谓 2冲 程 ,是指吸入一压缩 曝发一排气这一连串过程在活塞做上下运动这二个行程里面 .起动所需要的物件1 燃油2 加热电热塞用电池3 兼起燃油泵作用的挤压泵（既可用来 向油箱往油：也可以在起动时向化油器滴油的客器）4导线（电热塞通电用导线）5电热塞扳手（用来拧紧电热塞及在轴 上安装螺旋桨，离合器之用）燃油包含哪些成份？nn约 3430%约 2OS-3O%约 50%-80为配合电热式发动机的动作原理， 选择合适的成份，调配而成

6、为电热燃油。 它 的主要成份甲醇扮演燃烧的主要角色。它的发火点必须与电热塞的发热和压缩热相 一致，并保证具有高的燃烧效率。此外，它还包含作为润滑剂的油份和硝基甲烷等 添加助剂。硝基甲烷 3%-30%蓖麻油.20%-30%甲醇50%-80%二、冲压喷气发动机：冲压喷气发动机的诞生早在1913年，法国工程师雷恩 洛兰就提出了冲压喷气发动机的设计，并获得专利。但当时没有相应的助推手段和相应材料，只停留 在纸面上。1928年，德国人保罗 施米特开始设计冲压式喷气发动机。最初研制出 的冲压发动机寿命短、振动大，根本无法在载人飞机上使用。于是1934年时，施米特和G 马德林提出了以冲压发动机为动力的 “飞

7、行炸弹”，于1939年完成了原 型。后来这一设计就产生了纳粹德国的 V-1巡航导弹。此外纳粹德国还曾试图将冲 压喷气发动机用在战斗机上。1941年，特劳恩飞机实验所主任、物理学家欧根森 格尔博士在吕内堡野外进行了该类型发动机的试验，但最终未能产生具有实用意义 的发动机型号。二战后冲压发动机得到了极大的发展，为多种的无人机、导弹等采用。冲压喷 气发动机的原理冲压喷气发动机的核心在于“冲压”两字。匚ZI推进剂固体推进剂沖伍发动机冲压火箭发动机推进器喷管粮休式火箭冲发动机冲压发动机由进气道（也称扩压器）、燃烧室、推进喷管三部组成，比涡轮喷 气发动机简单得多。冲压是利用迎面气流进入发动机后减速、提高静

8、压的过程。这一过程不需要高速旋转的复杂的压气机，是冲压喷气发动机最大的优势所在。进气 速度为3倍音速时，理论上可使空气压力提高 37倍，效率很高。高速气流经扩张减 速，气压和温度升高后，进入燃烧室与燃油混合燃烧。燃烧后温度为2000 2200C,甚至更高，经膨胀加速，由喷口高速排出，产生推力。因此，冲压发动机的推 力与进气速度有关。以3倍音速进气时，在地面产生的静推力可高达 200千牛。 冲压喷气发动机目前分为亚音速、超音速、高超音速三类。亚音速冲压发动机以航 空煤油为燃料，采用扩散形进气道和收敛形喷管，飞行时增压比不超过1.89。马赫数小于0.5时一般无法工作。超音速冲压发动机采用超音速进气

9、道，燃烧室入口为 亚音速气流，采用收敛形或收敛扩散形喷管。用航空煤油或烃类作为燃料。推进速 度为亚音速6倍音速，用于超音速靶机和地对空导弹。高超音速冲压发动机使用 碳氢燃料或液氢燃料，是一种新颖的发动机，飞行马赫数高达516。目前尚处于研制阶段。前两类发动机统称为亚音速冲压发动机，最后一种称为超音速冲压发动 机。冲压喷气发动机原理图进气咖了火花塞啖口冲压喷气发动机与其他推进方式结合后，衍生了多种有特色的发动机，如火箭/冲压组合发动机、整体式火箭冲压发动机等。下图为火箭 /冲压组合发动机原理图:冲压喷气发动机的优缺点冲压发动机的优势在于构造简单、重量轻、体积小、推重比大、成本低。简单的说就是一个

10、带燃油喷嘴和和点火装置的筒子。因此 常用于无人机、靶机、导弹等低成本或一次性的飞行器。同时由于推重比远大于其 他类型的喷气发动机，非常适合驱动高超音速飞行器，如空天飞机、先进反舰导弹 等。但冲压发动机没有压气机，就不能在地面静止情况下启动，所以不适合作为普通飞机的动力装置。通常的解决方法是增加一个助推器，使飞行器获得一定 的飞行速度，然后再启动冲压发动机。最常见的助推器为火箭发动机。此外也可由 其他飞行器挂载仅装有冲压发动机的飞行器，飞行到一定速度后，再将仅用冲压发 动机的飞行器投放。、涡轮风扇喷气发动机进气道压气机燃烧室涡轮机喷口风扇外涵道内涵逍涡轮风扇喷气发动机的诞生二战后，随着时间推移、

11、技术更新，涡轮喷气发动机显得不足以满足新型飞机的动力需求。尤其是二战后快速发展的亚音速民航 飞机和大型运输机，飞行速度要求达到高亚音速即可，耗油量要小，因此发动机效 率要很高。涡轮喷气发动机的效率已经无法满足这种需求，使得上述机种的航程缩 短。因此一段时期内出现了较多的使用涡轮螺旋桨发动机的大型飞机。实际上早在30年代起，带有外涵道的喷气发动机已经出现了一些粗糙的早期设计。40和50年代，早期涡扇发动机开始了试验。但由于对风扇叶片设计制造的要求非常高。因 此直到60年代，人们才得以制造出符合涡扇发动机要求的风扇叶片，从而揭开了涡 扇发动机实用化的阶段。50年代，美国的NACA（即NASA美国航

12、空航天管理局的前身）对涡扇发动机进行了非常重要的科研工作。55到56年研究成果转由通用电气公司（GE）继续深入发展。GE在1957年成功推出了 CJ805-23型涡扇发动机，立 即打破了超音速喷气发动机的大量纪录。但最早的实用化的涡扇发动机则是普拉 特惠特尼（Pratt & Whitney）公司的JT3D涡扇发动机。实际上普惠公司启动涡 扇研制项目要比GE晚，他们是在探听到GE在研制CJ805的机密后，匆忙加紧工作， 抢先推出了了实用的JT3D。1960年，罗尔斯罗伊斯公司的“康威”（Conway）涡扇发动机开始被波音707 大型远程喷气客机采用，成为第一种被民航客机使用的涡扇发动机。

13、60年代洛克西德“三星”客机和波音747 “珍宝”客机采用了罗罗公司的 RB211-22B大型涡扇 发动机，标志着涡扇发动机的全面成熟。此后涡轮喷气发动机迅速的被西方民用航 空工业抛弃。涡轮风扇喷气发动机的原理涡桨发动机的推力有限，同时影响飞机提高飞行速度。因此必需提高喷气发动机的效率。发动机的效率包括热效率和推 进效率两个部分。提高燃气在涡轮前的温度和压气机的增压比，就可以提高热效率。因为高温、高密度的气体包含的能量要大。但是，在飞行速度不变的条件下，提高 涡轮前温度，自然会使排气速度加大。而流速快的气体在排出时动能损失大。因此,片面的加大热功率，即加大涡轮前温度，会导致推进效率的下降。要全

14、面提高发动 机效率，必需解决热效率和推进效率这一对矛盾。涡轮风扇发动机的妙处，就在于既提高涡轮前温度，又不增加排气速度。涡扇 发动机的结构，实际上就是涡轮喷气发动机的前方再增加了几级涡轮，这些涡轮带 动一定数量的风扇。风扇吸入的气流一部分如普通喷气发动机一样，送进压气机（术 语称“内涵道”），另一部分则直接从涡喷发动机壳外围向外排出 （“外涵道”）。因 此，涡扇发动机的燃气能量被分派到了风扇和燃烧室分别产生的两种排气气流上。 这时，为提高热效率而提高涡轮前温度，可以通过适当的涡轮结构和增大风扇直径， 使更多的燃气能量经风扇传递到外涵道，从而避免大幅增加排气速度。这样，热效率和推进效率取得了平衡

15、，发动机的效率得到极大提高。效率高就意味着油耗低, 飞机航程变得更远。加力式涡扇发动机燃蚯室涡轮加力燃烧室不加力式涡扇发动机风扇低压压气机涡轮风扇喷气发动机的优缺点如前所述，涡扇发动机效率高，油耗低，飞机的航程就远。但涡扇发动机技术复杂，尤其是如何将风扇吸入的气流正确的分配给外涵道和内涵道，是极大的技术难题。因此只有少数国家能研制出涡轮风扇 发动机，中国至今未有批量实用化的国产涡扇发动机。涡扇发动机价格相对高昂， 不适于要求价格低廉的航空器使用。四、涡轮喷气发动机进气道压气机 燃烧室 涡轮机 喷口涡轮喷气发动机的诞生二战以前，活塞发动机与螺旋桨的组合已经取得了极大的成就，使得人类获得 了挑战天

16、空的能力。但到了三十年代末，航空技术的发展使得这一组合达到了极限。 螺旋桨在飞行速度达到800千米/小时的时候，桨尖部分实际上已接近了音速，跨 音速流场使得螺旋桨的效率急剧下降，推力不增反减。螺旋桨的迎风面积大，阻力 也大，极大阻碍了飞行速度的提高。同时随着飞行高度提高，大气稀薄，活塞式发 动机的功率也会减小。这促生了全新的喷气发动机推进体系。喷气发动机吸入大量的空气，燃烧后高 速喷出，对发动机产生反作用力，推动飞机向前飞行。早在1913年，法国工程师雷恩洛兰就提出了冲压喷气发动机的设计，并获 得专利。但当时没有相应的助推手段和相应材料，喷气推进只是一个空想。1930年，英国人弗兰克惠特尔获得

17、了燃气涡轮发动机专利，这是第一个具有实用性的 喷气发动机设计。11年后他设计的发动机首次飞行，从而成为了涡轮喷气发动机的 鼻祖。涡轮喷气发动机的原理涡轮喷气发动机简称涡喷发动机， 通常由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成。部分军用发动机的涡轮和尾喷管间还有加力 燃烧室。涡喷发动机属于热机，做功原则同样为：高压下输入能量，低压下释放能 量。工作时，发动机首先从进气道吸入空气。这一过程并不是简单的开个进气道即 可，由于飞行速度是变化的，而压气机对进气速度有严格要求，因而进气道必需可 以将进气速度控制在合适的范围。压气机顾名思义，用于提高吸入的空气的的压力。压气机主要为扇叶形式，叶 片转动对气

18、流做功，使气流的压力、温度升高。随后高压气流进入燃烧室。燃烧室 的燃油喷嘴射出油料，与空气混合后点火，产生高温高压燃气，向后排出。高温高 压燃气向后流过高温涡轮，部分内能在涡轮中膨胀转化为机械能，驱动涡轮旋转。 由于高温涡轮同压气机装在同一条轴上，因此也驱动压气机旋转，从而反复的压缩 吸入的空气。从高温涡轮中流出的高温高压燃气，在尾喷管中继续膨胀，以高速从 尾部喷口向后排出。这一速度比气流进入发动机的速度大得多，从而产生了对发动 机的反作用推力，驱使飞机向前飞行。涡喷发动机剖视示意图国产涡喷-7涡轮喷气发动机及剖视图进气道压逍机&O涡轮尾喷莒涡轮喷气发动机的优缺点这类发动机具有加速快、

19、设计简便等优点，是较早实用化的喷气发动机类型。但如果要让涡喷发动机提高推力，则必须增加燃气在 涡轮前的温度和增压比，这将会使排气速度增加而损失更多动能，于是产生了提高 推力和降低油耗的矛盾。因此涡喷发动机油耗大，对于商业民航机来说是个致命弱 点。民航飞机引擎大全A300/A310 系列A300-600两台通用电气公司CF6-80 系列CF6-80C2A1普拉特-惠特尼公司4000系列PW4156A310-300两台通用电气公司CF6-80 系列CF6-80C2A2普拉特-惠特尼公司4000系列PW4152 或PW4156AA320 系列（A320-200A321-100A319 A318 ）两

20、台CFM公司CFM56-5 系列IAE公司V2500 系列（除了 A318 ） 普惠PW6000（ A318选用）四台CFM公司CFM56-5 系列A330/340 系列A340-200/300A340-600四台罗尔斯-罗伊斯公司遗达500发动机罗尔斯 -罗伊斯公司遄达 700 系列 通用电气公司 CF6-80 系列737 系列B737-100 型：为基本型，两台 JT8D-7 或 -9B737-200 型：根据使用重量可使用使用两台 JT8D-9 至 JT8D17 多种型号发动机。B737-300/400/500 型:两台 CFM56-3 发动机B737（NG） 600/700/800/9

21、00两台 CFM56-7 发动机757 系列B757-200 型:基本型，最初安装的是罗尔斯 -罗伊斯公司 RB211 发动机，使用普拉特 -惠特 尼公司 2000 系列两台 RB211-535E4（最大推力： 40200 磅）RB211-535E4B （最大推力： 43500 磅）普拉特-惠特尼公司2000系列PW2037（最大推力：36600磅）PW2040 （最大推力： 40100 磅）B757-300 型:两台罗尔斯-罗伊斯公司RB211系列RB211-535E4B （最大推力：43500 0磅）普拉特-惠特尼公司2000系列PW2043（最大推力：42600磅）767 系列B767-300两台普拉特 -惠特尼公司 4000 系列 PW4000 （最大推力： 63300 磅）罗尔斯-罗伊斯公司RB211系列RB211-514G/H（最大推力：60600 磅）通用电气公司CF6-80系列CF6-80C2（最大推力：62100 磅）747 系列B74