航空发动机原理绪论

1、航空发动机原理航空发动机原理能源与动力工程学院能源与动力工程学院航空推进系航空推进系课程特点及要求课程特点及要求 本课程是航空动力人才培养不可缺少的必修课程，是本课程是航空动力人才培养不可缺少的必修课程，是直接体现航空特色的主干课程直接体现航空特色的主干课程 本课程是我校历史上最经典的、最具深厚历史积淀的本课程是我校历史上最经典的、最具深厚历史积淀的传统课程传统课程n本课程以航空发动机为对象，运用先修课知识（工程本课程以航空发动机为对象，运用先修课知识（工程热力学、流体力学、叶片机原理、燃烧与燃烧室）学热力学、流体力学、叶片机原理、燃烧与燃烧室）学习和研究发动机的工作原理和性能习和研究发动机的

2、工作原理和性能n内容较多，有一定难度内容较多，有一定难度n平时平时/期末考试期末考试3/7（安排在考期内考试）（安排在考期内考试）n平时成绩包括：大作业、课堂小测验平时成绩包括：大作业、课堂小测验n教材及参考书教材及参考书国防科工委国防科工委十五十五规划规划航空发动机原理航空发动机原理 西工大出版社，西工大出版社，2006年版年版 绪绪 论论燃气涡轮发动机是一种以空燃气涡轮发动机是一种以空气为介质，将热能转换为机气为介质，将热能转换为机械能的动力装置械能的动力装置广泛应用于：航空、航海、广泛应用于：航空、航海、能源、交通等领域能源、交通等领域航空燃气涡轮发动机是高技航空燃气涡轮发动机是高技术密

3、集型产品，所涉及学科术密集型产品，所涉及学科v 流体力学、固体力学、热力流体力学、固体力学、热力学、传热学、燃烧学、转子学、传热学、燃烧学、转子动力学、控制理论、气动声动力学、控制理论、气动声学、材料学、加工工艺学等学、材料学、加工工艺学等航空燃气涡轮发动机的发展史航空燃气涡轮发动机的发展史燃气涡轮发动机的发明燃气涡轮发动机的发明最早可追溯到我国古代最早可追溯到我国古代发明（发明（1131-1161年）年）“走马灯走马灯”，靠蜡烛火，靠蜡烛火焰产生的热气吹动顶部焰产生的热气吹动顶部的叶轮来带动剪纸人马的叶轮来带动剪纸人马旋转旋转西方则把其发展归结于西方则把其发展归结于一种早期的烤鸡装置一种早期

4、的烤鸡装置航空发动机技术在燃气航空发动机技术在燃气轮机领域中一直处于领轮机领域中一直处于领先发展地位先发展地位绪绪 论论航空发动机是飞机的一个重要组成部分航空发动机是飞机的一个重要组成部分被比喻为是飞机的被比喻为是飞机的“ ” 英文英文“ENGINE ”(中译为引擎中译为引擎) v为克服飞行阻力提供推动力为克服飞行阻力提供推动力v飞机在发动机推力作用下达到一定速度飞机在发动机推力作用下达到一定速度 机翼才能产生足够机翼才能产生足够的升力的升力 可靠的内燃机出可靠的内燃机出现现 1903年莱年莱特兄弟飞上蓝天特兄弟飞上蓝天人类在航空领域中所取得的每一次革命性进展人类在航空领域中所取得的每一次革命

5、性进展无不与航空动力技术的突破相关无不与航空动力技术的突破相关时间时间12秒，高秒，高36m喷气式燃气涡轮发动机成功发明和使用喷气式燃气涡轮发动机成功发明和使用人类得以实现超声速飞行人类得以实现超声速飞行活塞式活塞式航空发动机类型发展及演变航空发动机类型发展及演变自上世纪自上世纪40年代问世以来，航空燃气年代问世以来，航空燃气涡轮发动机发展及演变的类型包括涡轮发动机发展及演变的类型包括v涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机v复燃加力涡喷发动机复燃加力涡喷发动机v涡轮螺桨发动机涡轮螺桨发动机v涡轮轴发动机涡轮轴发动机v涡轮风扇发动机涡轮风扇发动机v桨扇发动机桨扇发动机航空发动机类型发展及演变航空发动机类

6、型发展及演变涡轮喷气发动机：涡轮喷气发动机：o使人类实现超音速飞行使人类实现超音速飞行o适用范围：超音速飞行的飞机适用范围：超音速飞行的飞机o优点：高速下性能优越优点：高速下性能优越o缺点：低速下经济性差缺点：低速下经济性差航空发动机类型发展及演变航空发动机类型发展及演变复燃加力涡喷发动机：复燃加力涡喷发动机：o 加力使推力增加加力使推力增加5070o 扩大飞行包线扩大飞行包线o 适用范围：超音速飞行的飞机适用范围：超音速飞行的飞机o 缺点：加力使经济性更差缺点：加力使经济性更差WP13航空发动机类型发展及演变航空发动机类型发展及演变涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机：涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动

7、机：o低速飞行时具有优越的经济性低速飞行时具有优越的经济性o适用范围：适用范围：Ma 0.6o装备于：支线客机、运输机、直升飞机装备于：支线客机、运输机、直升飞机航空发动机类型发展及演变航空发动机类型发展及演变军用超音速战斗机涡扇发动机军用超音速战斗机涡扇发动机o特点：小涵道比设计、混排、带复燃特点：小涵道比设计、混排、带复燃加力加力o优点：加力比大，亚声巡航经济性好优点：加力比大，亚声巡航经济性好o适用：超音速飞机适用：超音速飞机J-10航空发动机类型发展及演变航空发动机类型发展及演变民用大型运输机民用大型运输机涡扇发动机涡扇发动机o特点：特点： 大涵道比设计大涵道比设计 大多采用分开排气大

8、多采用分开排气o优点：优点： 起飞推力大起飞推力大 巡航经济性好巡航经济性好o适用：适用： 干线客机干线客机 大型运输机大型运输机超大推力级发动机研制成功超大推力级发动机研制成功 双发宽体客机允许不着陆跨洋飞行双发宽体客机允许不着陆跨洋飞行 B777300起飞总重起飞总重351吨吨起飞总重起飞总重560吨吨机身长度机身长度72.9米米翼展宽度翼展宽度79.4米米整体高度整体高度24.2米米目前世界上唯一的全机舱目前世界上唯一的全机舱双层客舱、四通道的客机双层客舱、四通道的客机航程约航程约1.5万公里万公里最高时速可达最高时速可达1078.2公里公里最大载客量为最大载客量为555人人 Rolls

9、-Royce遄达遄达900发动机发动机v 基本型的推力为基本型的推力为311千牛，四台发动机以符合空客千牛，四台发动机以符合空客A380-800起飞起飞重量重量560吨的要求吨的要求v 发展型发展型356千牛推力将用于千牛推力将用于A380最大起飞重量为最大起飞重量为615吨的型号吨的型号 GEnx发动机发动机单台推力单台推力250-330kN高效快捷、低污染、高舒适性高效快捷、低污染、高舒适性航空发动机类型发展及演变航空发动机类型发展及演变开放转子发动机开放转子发动机(Open rotor)(Open rotor)v 介乎于涡扇发动机和涡桨发动机介乎于涡扇发动机和涡桨发动机v 810片后掠叶

10、片组成的桨扇由涡片后掠叶片组成的桨扇由涡轮驱动轮驱动v 具有叶型薄、最大厚度位置后移具有叶型薄、最大厚度位置后移等特点，克服一般螺旋桨在飞行等特点，克服一般螺旋桨在飞行马赫数达到马赫数达到0.65后效率就急剧下后效率就急剧下降的缺点降的缺点v 其经济性优势更适用于巡航马赫其经济性优势更适用于巡航马赫数为数为0.70.8的运输机的运输机 国务院常务会议认为国务院常务会议认为v 研制大型飞机是党中央、国务院作出的重大战略研制大型飞机是党中央、国务院作出的重大战略决策，也是全国人民多年的愿望决策，也是全国人民多年的愿望v 我国航空工业经过我国航空工业经过50多年的发展，已经具备发展多年的发展，已经具

11、备发展大型飞机的技术和物质基础大型飞机的技术和物质基础v 自主研制大型飞机，发展有市场竞争力的航空产自主研制大型飞机，发展有市场竞争力的航空产业，业，对于转变经济增长方式、带动科学技术发展、对于转变经济增长方式、带动科学技术发展、增强国家综合实力和国际竞争力，加快现代化步增强国家综合实力和国际竞争力，加快现代化步伐，具有重大意义伐，具有重大意义C919一个没有大型飞机及其完整的产业体系的国家，一个没有大型飞机及其完整的产业体系的国家，就不可能成为真正的经济强国和军事强国就不可能成为真正的经济强国和军事强国大飞机工程能否成功的大飞机工程能否成功的关键之一是动力问题关键之一是动力问题，必须要立足于

12、国内，自主研制。动力是装备的必须要立足于国内，自主研制。动力是装备的心脏，心脏，最终我国的大飞机一定要有最终我国的大飞机一定要有“中国心中国心”我国航空事业及其在它应用领域的发展也有非我国航空事业及其在它应用领域的发展也有非常迫切的动力需求常迫切的动力需求C919发动机舱发动机舱无论类型如何演变，燃气涡轮发动机均包无论类型如何演变，燃气涡轮发动机均包含的主要部件有：含的主要部件有：v压气机（含风扇）压气机（含风扇）v燃烧室燃烧室v涡轮涡轮这些部件的设计参数的发展反映航空发动这些部件的设计参数的发展反映航空发动机的设计技术水平和发展趋势机的设计技术水平和发展趋势主要设计参数包括：u压气机增压比：

13、压气机增压比：8 3850u涡轮前温度：涡轮前温度： 1200 18502000Ku加力温度：加力温度： 1800 2150Ku风扇增压比：风扇增压比： 区别于不同用途区别于不同用途u涵道比：涵道比： 区别于不同用途区别于不同用途发动机型号发动机型号F404F100A-31加力推力加力推力daN71341247812260加力耗油率加力耗油率kg/daNh1.892.031.96不加力推力不加力推力daN484074757720不加力耗油率不加力耗油率kg/daNh0.80.7030.765涵道比涵道比0.340.810.65风扇级数风扇级数334高压压气机级数高压压气机级数799总增压比总增

14、压比25322223涡轮前温度涡轮前温度K158917281665推重比推重比7.587.328.17装备的飞机装备的飞机F-18F16（F15）Su-27飞机推重比飞机推重比0.951.071.1大涵道比涡扇发动机技术发展节省燃料大涵道比涡扇发动机技术发展节省燃料参参 数数F119F119F120F120M88M881 1EJ200EJ200加力推力加力推力(kN)(kN)155.7155.784.884.890.090.0加力耗油率加力耗油率(kg(kg(daN(daNh)h)1.8401.840不加力推力不加力推力(kN)(kN)111.19111.1954.4054.4060.060.

15、0不加力耗油率不加力耗油率(kg(kg(daN(daNh)h)0.810.81推重比能力推重比能力1010lOlO910910910910总增压比总增压比30302532253224.524.52525涡轮前温度涡轮前温度(K)(K)18002000K涵道比涵道比变循环变循环O.5O.5O.4O.4装备飞机装备飞机F22F22YF23YF23“阵风阵风”EFAEFA涡轮前温度随年代变化及对推重比的影响涡轮前温度随年代变化及对推重比的影响 各种类型发动机是如何工作的？各种类型发动机是如何工作的？ 推力是如何产生的？如何提高发动机推力和工作效率？推力是如何产生的？如何提高发动机推力和工作效率？ 为

16、什么不同类型发动机具有不同适用范围？为什么不同类型发动机具有不同适用范围？ 为什么加力可以大幅度增加推力？为什么加力可以大幅度增加推力？ 为什么军用和民用涡扇发动机设计参数（如涵道比）为什么军用和民用涡扇发动机设计参数（如涵道比）有如此不同的设计和发展趋势？有如此不同的设计和发展趋势？ 如何设计发动机可获得更优越的性能？如何设计发动机可获得更优越的性能？ 在哪些条件下涡扇发动机性能为什么优于涡喷发动机？在哪些条件下涡扇发动机性能为什么优于涡喷发动机？ 牢固掌握航空发动机的热能、机械能和推进牢固掌握航空发动机的热能、机械能和推进功率间相互转换的规律，了解提高发动机热功率间相互转换的规律，了解提高

17、发动机热效率和推进效率的主要途径，掌握各种类型效率和推进效率的主要途径，掌握各种类型航空发动机推力计算公式航空发动机推力计算公式 掌握各类型航空发动机的热力计算方法及其掌握各类型航空发动机的热力计算方法及其循环参数对性能参数的影响循环参数对性能参数的影响 掌握航空发动机各部件间共同工作关系和控掌握航空发动机各部件间共同工作关系和控制规律制规律 学习各种类型航空发动机的稳态特性和典型学习各种类型航空发动机的稳态特性和典型过渡态性能，并能运用各部件间共同工作关过渡态性能，并能运用各部件间共同工作关系和控制规律分析发动机特性变化的原因系和控制规律分析发动机特性变化的原因第一章、航空燃气涡轮发动机的基本工作原理第一章、航空燃