飞行器的动力系统PPT课件

1、第三章第三章 飞行器的动力系统飞行器的动力系统第三章 飞行器的动力系统3.1 发动机的分类及特点3.2 活塞式航空发动机3.3 空气喷气发动机3.4 火箭发动机3.5 组合式3.6 特殊发动机6 6学时学时1 1、简单了解飞行器动力系统的一些术语、简单了解飞行器动力系统的一些术语2 2、掌握发动机分类、掌握发动机分类3 3、掌握活塞式航空发动机组成部分和工作原理、掌握活塞式航空发动机组成部分和工作原理4 4、掌握空气喷气发动机组成部分和工作原理、掌握空气喷气发动机组成部分和工作原理5 5、掌握火箭发动机组成部分和工作原理、掌握火箭发动机组成部分和工作原理6 6、了解混合式和特殊发动机、了解混合

2、式和特殊发动机大纲要求重点内容：重点内容：发动机分类、空气喷气发动机、火箭发发动机分类、空气喷气发动机、火箭发动机。动机。难点内容：难点内容：空气喷气发动机空气喷气发动机 动力装置定义：动力装置定义：为飞行器提供动力，推动飞为飞行器提供动力，推动飞行器前进的装置。行器前进的装置。 动力装置组成：动力装置组成：发动机、推进剂或燃料系统发动机、推进剂或燃料系统及保证发动机正常有效工作所必需的导管、附件、及保证发动机正常有效工作所必需的导管、附件、仪表和固定装置等，简称发动机。仪表和固定装置等，简称发动机。 发动机地位及作用：发动机地位及作用：发动机是飞行器的动力发动机是飞行器的动力源，它的性能对飞

3、行器性能有极重要的影响。人源，它的性能对飞行器性能有极重要的影响。人们常形象地称之为飞行器的心脏。们常形象地称之为飞行器的心脏。飞行器动力系统的一些术语3.1 发动机的分类及特点 目前飞行器上所用的发动机，按照产生推力目前飞行器上所用的发动机，按照产生推力的方法和发动机的工作原理分，有四大类：的方法和发动机的工作原理分，有四大类：活塞活塞式发动机、空气喷气发动机、火箭发动机和组合式发动机、空气喷气发动机、火箭发动机和组合发动机。发动机。 活塞式发动机多用于小型低速飞机上，后者活塞式发动机多用于小型低速飞机上，后者则用于各类高速飞行器上。则用于各类高速飞行器上。 活塞式发动机活塞式发动机是把燃料

4、的热能转化为带动螺是把燃料的热能转化为带动螺旋桨转动的机械能的发动机，它不能直接产生使旋桨转动的机械能的发动机，它不能直接产生使飞行器前进的推力或拉力，必须带动螺旋桨飞行器前进的推力或拉力，必须带动螺旋桨( (在在飞机上产生推力、拉力飞机上产生推力、拉力) )或旋翼或旋翼( (在直升机上产生在直升机上产生升力和拉力升力和拉力 ) )旋转而产生推力或拉力。旋转而产生推力或拉力。 喷气发动机喷气发动机靠直接反作用力产生推力。低速靠直接反作用力产生推力。低速流入发动机的工质流入发动机的工质( (空气和燃料空气和燃料) )经燃烧后以高速经燃烧后以高速喷出，给发动机施加一向前的反作用力，这就产喷出，给发

5、动机施加一向前的反作用力，这就产生推力。生推力。活塞式发动机带动的螺旋桨阻力反作用力推力喷气发动机的基本原理虽相同，但因其具体喷气发动机的基本原理虽相同，但因其具体工作方式不同，而形成各种类型的喷气发动机。工作方式不同，而形成各种类型的喷气发动机。以大气中的氧作为氧化剂与燃料以大气中的氧作为氧化剂与燃料( (主要是航主要是航空煤油空煤油) )燃烧产生高压气体的，叫作燃烧产生高压气体的，叫作空气喷气发空气喷气发动机。动机。不依赖大气中的氧，自身携带氧化剂和燃料，不依赖大气中的氧，自身携带氧化剂和燃料，燃烧产生高温气体的叫作燃烧产生高温气体的叫作火箭发动机火箭发动机，此外，还有两种或两种以上不同类

6、型发动机此外，还有两种或两种以上不同类型发动机组合而成的组合而成的组合式发动机组合式发动机，包括空气喷气发动机，包括空气喷气发动机之间以及空气喷气发动机和火箭发动机之间的组之间以及空气喷气发动机和火箭发动机之间的组合等。合等。 不同类型的动力系统其组成部分不完全一不同类型的动力系统其组成部分不完全一样。样。如活塞式动力系统主要包括发动机、燃油如活塞式动力系统主要包括发动机、燃油供给系统、滑油系统、进排气系统、点火系统供给系统、滑油系统、进排气系统、点火系统和操纵系统等；喷气动力系统主要包括发动机、和操纵系统等；喷气动力系统主要包括发动机、进气道、尾喷管、油箱和燃油输送导管、控制进气道、尾喷管、

7、油箱和燃油输送导管、控制系统和附件等。发动机本身就是推进器，产生系统和附件等。发动机本身就是推进器，产生推力。推力。不同类型的发动机，有各自不同的飞行高不同类型的发动机，有各自不同的飞行高度和速度的适合范围图度和速度的适合范围图3-23-2。3.2 活塞式航空发动机3.2.1 发动机主要组成活塞式航空发动机是一种燃烧汽油的往复式内燃活塞式航空发动机是一种燃烧汽油的往复式内燃机。它带动螺旋桨高速转动产生推力，机。它带动螺旋桨高速转动产生推力，主要有汽缸、主要有汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气活门和排气活门等组成活塞、连杆、曲轴、进气活门和排气活门等组成。汽缸汽缸是发动机的工作腔，油气混合气体燃烧的地

8、是发动机的工作腔，油气混合气体燃烧的地方。产生的高温高压燃气体推动活塞做直线运动，并方。产生的高温高压燃气体推动活塞做直线运动，并带动曲轴旋转。带动曲轴旋转。活塞活塞用于承受燃烧产生的高压气体，并将燃料燃用于承受燃烧产生的高压气体，并将燃料燃烧后的内能转变为活塞运动的机械能，活塞在汽缸中烧后的内能转变为活塞运动的机械能，活塞在汽缸中处于最上位置时为上死点位置，在汽缸中处于最下位处于最上位置时为上死点位置，在汽缸中处于最下位置时为下死点位置。置时为下死点位置。连杆连杆是将活塞和曲轴连接在一起，用来传递活塞是将活塞和曲轴连接在一起，用来传递活塞和曲轴之间的运动。然后曲轴将活塞的往复运动转化和曲轴之

9、间的运动。然后曲轴将活塞的往复运动转化为自身的旋转运动，从而带动螺旋桨转动，使发动机为自身的旋转运动，从而带动螺旋桨转动，使发动机产生推力。产生推力。3.2.2 活塞式发动机的工作原理活塞式发动机一般用汽油作为燃料，每一工作活塞式发动机一般用汽油作为燃料，每一工作循环包括循环包括四个行程：进气、压缩、膨胀和排气，四个行程：进气、压缩、膨胀和排气，活活塞在此阶段在汽缸中上下运动两次。塞在此阶段在汽缸中上下运动两次。3.2.2 活塞式发动机的工作原理活塞式发动机每一工作循环包括活塞式发动机每一工作循环包括四个行程：进气、四个行程：进气、压缩、膨胀和排气压缩、膨胀和排气，活塞上下运动两次。，活塞上下

10、运动两次。1 1）进气行程）进气行程：上死点到下死点，进气门开、排气：上死点到下死点，进气门开、排气门关，雾化的汽油和空气吸入汽缸。门关，雾化的汽油和空气吸入汽缸。2 2）压缩行程）压缩行程：下死点到上死点，进气门、排气门：下死点到上死点，进气门、排气门都关，混合气体压缩在上死点附近点火、燃烧。都关，混合气体压缩在上死点附近点火、燃烧。3 3） 膨胀行程：膨胀行程：燃烧后的燃气膨胀做功使活塞从上燃烧后的燃气膨胀做功使活塞从上死点到下死点，燃气的内能转变为活塞的机械能，再通死点到下死点，燃气的内能转变为活塞的机械能，再通过连杆传给曲轴，成为驱动螺旋桨转动的动力，过连杆传给曲轴，成为驱动螺旋桨转动

11、的动力，做功做功。4 4） 排气行程：排气行程：从下死点到上死点，排气门开、进从下死点到上死点，排气门开、进气门关，废气排出。活塞到达上死点后，排气门关闭。气门关，废气排出。活塞到达上死点后，排气门关闭。星形发动机 直立式发动机 V形发动机 活塞式航空发动机一般由多个汽缸组成，以满足活塞式航空发动机一般由多个汽缸组成，以满足大功率的要求。汽缸的排列方式主要有直列式、大功率的要求。汽缸的排列方式主要有直列式、V V型式型式和星型式三种。和星型式三种。直列直列4 4缸发动机缸发动机 水平对置发动机 V形6缸发动机 3.2.3 发动机的辅助系统1 1、进气系统、进气系统 进气系统内一般都装有增压器，

12、提高进气压力，进气系统内一般都装有增压器，提高进气压力，改善高空性能。改善高空性能。2 2、燃料系统、燃料系统 燃料系统由燃料泵、气化器或燃料喷射装置等燃料系统由燃料泵、气化器或燃料喷射装置等组成。燃料泵将汽油压入气化器，汽油在此雾化并组成。燃料泵将汽油压入气化器，汽油在此雾化并与空气混合进入气缸；或者，汽油经气缸头部的喷与空气混合进入气缸；或者，汽油经气缸头部的喷嘴喷入气缸内并与由进气门进入的空气混合。嘴喷入气缸内并与由进气门进入的空气混合。3 3、点火系统、点火系统 点火系统由磁电机产生的高压电在规定的时间点火系统由磁电机产生的高压电在规定的时间产生电火花，将气缸内的燃料产生电火花，将气缸

13、内的燃料- -空气混合气点燃。空气混合气点燃。 4 4、冷却系统、冷却系统 发动机内燃料燃烧时产生热量除转化为动能和排发动机内燃料燃烧时产生热量除转化为动能和排出的废气所带走的部分外，还有很大一出的废气所带走的部分外，还有很大一 部分传给了部分传给了气缸壁和其他有关机件，机件间的摩擦气缸壁和其他有关机件，机件间的摩擦( (如轴承如轴承) )亦产亦产生一定热量，必须将这些热生一定热量，必须将这些热 量散发出量散发出 去，以保证发去，以保证发动机的正常工作。动机的正常工作。两种冷却方式：两种冷却方式： 气冷、液冷。气冷、液冷。5 5、启动系动、启动系动 将发动机发动起来，须借助外面动力，常用的有将

14、发动机发动起来，须借助外面动力，常用的有两种方式：将压缩空气送入气缸推动活塞使两种方式：将压缩空气送入气缸推动活塞使 曲轴转曲轴转动；动； 用电动机带动曲轴转动使发动机启动。用电动机带动曲轴转动使发动机启动。 6 6、定时系统、定时系统 定时系统是由曲轴带动凸轮盘推动推杆和摇定时系统是由曲轴带动凸轮盘推动推杆和摇 臂，臂， 定时将进气门和排气门开启和关闭的机构。定时将进气门和排气门开启和关闭的机构。在航空活塞式发动机上有两种冷却形式 3.2.4 活塞式发动机主要性能参数 1 1、发动机功率：、发动机功率：驱动螺旋桨的有效功率。从驱动螺旋桨的有效功率。从200KW200KW到到35003500K

15、WKW不等。不等。 2 2、燃油消耗率：、燃油消耗率：即消耗的燃油量。每千瓦功率一即消耗的燃油量。每千瓦功率一小时消耗的燃料质量，小时消耗的燃料质量，Kg/(KWKg/(KWh)h) 3 3、功率重量比：、功率重量比：发动机提供的功率和发动机重量发动机提供的功率和发动机重量的比值。功率重量比越大，飞机的飞行性能越好。一的比值。功率重量比越大，飞机的飞行性能越好。一般为般为1.85 kW/kg1.85 kW/kg 活塞发动机的优点是活塞发动机的优点是，在低速飞行时效率高、耗，在低速飞行时效率高、耗油率低和价格低廉。但在高速、高空飞行时（油率低和价格低廉。但在高速、高空飞行时（1000m1000m

16、，816km/h816km/h），产生了），产生了致命的弱点致命的弱点：功率小，重量大，外：功率小，重量大，外形阻力大，螺旋桨高速旋转时效率低，而且在桨尖处形阻力大，螺旋桨高速旋转时效率低，而且在桨尖处容易产生激波，消耗了能量，尤其是在突破容易产生激波，消耗了能量，尤其是在突破“声障声障”时。因此逐渐被喷气发动机所替代。时。因此逐渐被喷气发动机所替代。3.3 空气喷气发动机作用力与反作用力高压燃气向后喷射过程使发动机产生向前的推力 3.3.1 3.3.1 空气喷气发动机主要性能参数空气喷气发动机主要性能参数1 1、推力：、推力：发动机的推力是作用于发动机内外表面发动机的推力是作用于发动机内外表

17、面上压力的合力上压力的合力。2 2、单位推力、单位推力：每单位流量的空气每单位流量的空气( (单位；单位；kgkgs)s)进进入发动机所产生的推力称为单位推力，可作为评定入发动机所产生的推力称为单位推力，可作为评定发动机性能的重要指标。发动机性能的重要指标。 3、推重比、推重比 ：发动机推力发动机推力(地面最大工作状态下地面最大工作状态下)和和其结构重量之比。其结构重量之比。也是衡量发动机的设计，材料和也是衡量发动机的设计，材料和工艺水平的综合性重要指标。工艺水平的综合性重要指标。4、单位耗油率、单位耗油率：产生一单位的推力产生一单位的推力(1 N)每小时所每小时所消耗的燃料，单位为消耗的燃料

18、，单位为 kg(Nh)，是发动机经济，是发动机经济性的重要指标。性的重要指标。空气喷气发动机主要形式：空气喷气发动机主要形式：燃气涡轮发动机和冲压燃气涡轮发动机和冲压喷气发动机。喷气发动机。3.3.2 燃气涡轮发动机 特点：特点：是目前应用是目前应用最广泛最广泛的航空发动机。的航空发动机。 组成：组成：由由压气机、燃烧室和涡轮压气机、燃烧室和涡轮组成组成 工作过程：工作过程：空气经压气机压缩后进入燃烧室，与空气经压气机压缩后进入燃烧室，与喷入的燃油混合燃烧，生成高温高压燃气，燃气在喷入的燃油混合燃烧，生成高温高压燃气，燃气在膨胀过程中驱动涡轮作高速旋转，将部分能量转变膨胀过程中驱动涡轮作高速旋

19、转，将部分能量转变为涡轮的机械能。涡轮带动压气机不断吸进空气并为涡轮的机械能。涡轮带动压气机不断吸进空气并压缩，使发动机连续工作。压缩，使发动机连续工作。 分类：涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡分类：涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺桨发动机、涡轮桨扇发动机、涡轮轴发动机和轮螺桨发动机、涡轮桨扇发动机、涡轮轴发动机和垂直起落发动机垂直起落发动机等。等。空气喷气发动机结构 原理：原理：牛顿第三定律牛顿第三定律 - - 作用力等于反作用力作用力等于反作用力喷气发动机在工作时，从前端吸入大量的空气，燃喷气发动机在工作时，从前端吸入大量的空气，燃烧后高速喷出。在此过程中，发动机向气体施加力，烧后

20、高速喷出。在此过程中，发动机向气体施加力，使之向后加速，气体也给发动机一个反作用力，推使之向后加速，气体也给发动机一个反作用力，推动飞机前进。动飞机前进。1、涡轮喷气发动机1）主要部件和工作原理 主要部件工作原理 F-110发动机工作过程工作过程：压缩过程、等压加热过程：压缩过程、等压加热过程( (即燃烧即燃烧) )，摩胀过程和等压放热过程。摩胀过程和等压放热过程。组成部分：进气道、压气机、燃烧室、涡轮和组成部分：进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管，尾喷管，分布在发动机外壳的内侧。分布在发动机外壳的内侧。 工作原理：工作原理：当空气由进气道进入发动机后，流当空气由进气道进入发动机后，流速降低

21、，压力升高，速度能转化为压力能，再经过速降低，压力升高，速度能转化为压力能，再经过压气机，压力提高几倍到几十倍（最高压气机，压力提高几倍到几十倍（最高3030），然后），然后进进 入燃烧室与喷嘴喷出的燃料混合，经点燃将化入燃烧室与喷嘴喷出的燃料混合，经点燃将化学能转化为热能，高温气体膨胀，学能转化为热能，高温气体膨胀，一部分驱动涡轮一部分驱动涡轮转动后带动压气机工作，成为机械能，另一部分通转动后带动压气机工作，成为机械能，另一部分通过喷管以高速向后喷射产生推力过喷管以高速向后喷射产生推力。1）进气道系统 作用：作用：整理气流，消除旋涡，保证空气量，整理气流，消除旋涡，保证空气量，气流减速，将动

22、能转变为压力势能气流减速，将动能转变为压力势能保证压保证压气机有良好的工作条件。气机有良好的工作条件。分类：亚声速进气道和超声速进气道分类：亚声速进气道和超声速进气道。亚亚声速进气道其形状是声速进气道其形状是扩散形扩散形，使气流降速增压。，使气流降速增压。飞行性能好，即使在飞行性能好，即使在Ma数稍大于数稍大于1，激波损失，激波损失也不大。也不大。 超声速进气道先用调节锥体产生斜激超声速进气道先用调节锥体产生斜激波，降速增压，进气道入口处产生正激波降为波，降速增压，进气道入口处产生正激波降为亚声速气流亚声速气流，进入进气道。，进入进气道。亚声速进气道超声速进气道进气道的布局位置进气道的布局位置

23、机头正面进气机头正面进气 两侧进气（机身、翼根）两侧进气（机身、翼根） 腹部进气腹部进气 背部进气背部进气 短舱正面进气短舱正面进气 机头正面进气 2） 压气机构造和工作原理压气机构造和工作原理 作用：提高进入发动机燃烧室的空气压力，作用：提高进入发动机燃烧室的空气压力，利用高速旋转的叶片对空气做功。利用高速旋转的叶片对空气做功。 性能参数有：增压比和压气机效率。性能参数有：增压比和压气机效率。空气在空气在压气机出口处总压与进口总压之比称为增压比。压气机出口处总压与进口总压之比称为增压比。理论上所需压缩功与实际上所消耗的机械功之比，理论上所需压缩功与实际上所消耗的机械功之比，称为压气机效率。称

24、为压气机效率。 分类：离心式和轴流式。分类：离心式和轴流式。带有离心式流压气机的涡轮喷气发动机带有轴流压气机的涡轮喷气发动机带有轴流压气机的涡轮喷气发动机离心式压气机 工作过程：（工作过程：（空气）空气） 导流器导流器 叶轮（高速旋叶轮（高速旋转产生离心）转产生离心）（出口处，较大压力和速度）（出口处，较大压力和速度） 扩扩散器（空气的速度能散器（空气的速度能压力能）压力能） 导气管（流导气管（流出）出） 燃烧室（燃烧）燃烧室（燃烧） 特点：特点：增压比低（小于增压比低（小于10），用于小功率发动机），用于小功率发动机组成：组成： 离心叶离心叶轮，扩散器、导轮，扩散器、导流器和导气管流器和导气

25、管。离心式压气机工作叶轮轴流压气机组成：组成：一个是固定部分叫做轴流压气机的一个是固定部分叫做轴流压气机的静子；静子；另一另一是旋转部分叫做压气机的是旋转部分叫做压气机的转子转子。静子静子由由几排叶片组成几排叶片组成整流叶片，一排整流叶片组成的圆环构成一个整流环，整流叶片，一排整流叶片组成的圆环构成一个整流环，多个整流环都固定在发动机外壳上多个整流环都固定在发动机外壳上。静子又称。静子又称整流器整流器或导向器或导向器。转子转子每排叶片固定在一个叶轮周围组成一每排叶片固定在一个叶轮周围组成一个工作叶片，多排叶轮组合在一起构成压气机的转子，个工作叶片，多排叶轮组合在一起构成压气机的转子，与涡轮轴连

26、接，由涡轮轴带动高速旋转与涡轮轴连接，由涡轮轴带动高速旋转。工作原理工作原理:空气经过一级转子叶片后，其压力、速度和温空气经过一级转子叶片后，其压力、速度和温度都得到提高。由于转子在高速旋转时，不仅把空气以度都得到提高。由于转子在高速旋转时，不仅把空气以高速向后打，同时也使得空气沿圆周方向运动，因此，高速向后打，同时也使得空气沿圆周方向运动，因此，在每一级转子叶片后，需要由一级静子叶片进行整流。在每一级转子叶片后，需要由一级静子叶片进行整流。静子叶片的作用除了对空气起减速增加外，还改变了气静子叶片的作用除了对空气起减速增加外，还改变了气流的方向，以满足下一级工作叶片需要。增加比流的方向，以满足

27、下一级工作叶片需要。增加比25-30轴流压气机的转子和静子压气机工作叶片轴流压气机与涡轮连接 3） 燃烧室工作原理和组成燃烧室工作原理和组成 功能：功能：燃料与从压气机出来的高压空气混合燃燃料与从压气机出来的高压空气混合燃烧的地方。烧的地方。 组成：由火焰筒、喷嘴、涡流器和燃烧室外套组成：由火焰筒、喷嘴、涡流器和燃烧室外套喷嘴喷嘴 ： 主要提高燃料的雾化质量主要提高燃料的雾化质量 ，使燃料和空气，使燃料和空气混合充分。混合充分。燃烧过程：从压气机出来的高压空气，分为两部分，燃烧过程：从压气机出来的高压空气，分为两部分，一部分流入火焰筒，一部分流入夹层中，以冷却火一部分流入火焰筒，一部分流入夹层

28、中，以冷却火焰筒。当这股气流流到火焰筒后段时，气流又从火焰筒。当这股气流流到火焰筒后段时，气流又从火焰筒上的孔洞进入火焰筒内，与燃烧区内的气体混焰筒上的孔洞进入火焰筒内，与燃烧区内的气体混合后流向涡轮。合后流向涡轮。作用：降低火焰筒温度作用：降低火焰筒温度 保护涡轮保护涡轮 涡流器：涡流器：安装在火焰筒头部进口安装在火焰筒头部进口处。处。作用：作用：空气空气产生旋流与燃料混合均匀，形成点火源。（搅拌器的产生旋流与燃料混合均匀，形成点火源。（搅拌器的作用）作用） 4） 涡轮工作原理和组成涡轮工作原理和组成 功用：将燃烧室出口的高温、高压气体的能量功用：将燃烧室出口的高温、高压气体的能量转变为机械

29、能，驱动压气机、风扇、螺旋桨和其他转变为机械能，驱动压气机、风扇、螺旋桨和其他附件。附件。组成：由导向器和工作叶轮组成：由导向器和工作叶轮。导向器在工作叶。导向器在工作叶轮前方并固定在机壳上，导向叶片装在两个同心圆轮前方并固定在机壳上，导向叶片装在两个同心圆环之间，工作叶片装在叶轮四周，它们的通道都是环之间，工作叶片装在叶轮四周，它们的通道都是收缩形收缩形 。 从燃烧室来的气体经导向器后速度大大提从燃烧室来的气体经导向器后速度大大提高，压力和温度下降，冲击工作叶轮后向后排出。高，压力和温度下降，冲击工作叶轮后向后排出。 5）加力燃烧室工作原理）加力燃烧室工作原理 功能：飞机突破音速的主要手段功

30、能：飞机突破音速的主要手段使用加力燃烧室使用加力燃烧室可有效增加发动机推力。在其它条件相同时，一般可可有效增加发动机推力。在其它条件相同时，一般可以提高以提高25%60%，最高可达，最高可达70%。 原因：原因：燃气温度过高使涡轮叶片尚无法承受此高燃气温度过高使涡轮叶片尚无法承受此高温，于是在温，于是在燃气中掺混一定量的空气以降低燃烧室出燃气中掺混一定量的空气以降低燃烧室出口温度口温度。 前提：前提：掺混的空气掺混的空气中有含氧再喷入燃料，点火中有含氧再喷入燃料，点火后再进行燃烧后再进行燃烧加大推力。加大推力。加力燃烧室结构用于欧洲战斗机EF-2000的EJ200涡轮风扇发动机 由图中可以看出

31、，加力燃烧室的长度比风扇、高压压气机、燃烧室、高/低压涡轮几个部件加起来还要长一些6） 排气系统 作用：整理燃烧后的气流，燃气膨胀，加速喷出产生推力 组成：中介管和喷口（必要时在他们之间加延伸管），也称尾喷管。典型的扩散-收敛型喷管SU-27 尾喷管尾喷管内部：后燃器的火焰环国产涡喷-7发动机及剖视图F-404发动机喷气发动机与活塞式发动机对比1)活塞式发动机只是热机，本身不能产生推力，活塞式发动机只是热机，本身不能产生推力，只能从轴上输出功率带动螺旋桨，由螺旋桨产生推只能从轴上输出功率带动螺旋桨，由螺旋桨产生推力，所以螺旋桨称为推进器。涡轮喷气发动机既是力，所以螺旋桨称为推进器。涡轮喷气发动

32、机既是热机又是推进器；热机又是推进器；2)在一定的飞行速度范围内，随着飞行速度的在一定的飞行速度范围内，随着飞行速度的增加，涡轮喷气发动机产生的推力增加，因为进入增加，涡轮喷气发动机产生的推力增加，因为进入发动机的空气质量流量随着飞行速度的增加而增加，发动机的空气质量流量随着飞行速度的增加而增加，因此涡轮喷气发动机适于高速飞行；因此涡轮喷气发动机适于高速飞行；3)活塞式发动机工作时，只有一个行程对外作活塞式发动机工作时，只有一个行程对外作功；而燃气轮机工作时，空气是连续不断地被吸入，功；而燃气轮机工作时，空气是连续不断地被吸入，作功是连续进行的，因而涡轮喷气发动机有更大地作功是连续进行的，因而

33、涡轮喷气发动机有更大地功率输出；功率输出；喷气发动机与活塞式发动机对比4)活塞式发动机是往复机械，惯性力大，故转活塞式发动机是往复机械，惯性力大，故转速不能太大；涡轮喷气发动机是旋转机械，转速可速不能太大；涡轮喷气发动机是旋转机械，转速可以较高；以较高； 5)活塞式发动机的燃烧过程在封闭的空间中进活塞式发动机的燃烧过程在封闭的空间中进行，燃烧过程中气体的压力和温度急剧地上升，必行，燃烧过程中气体的压力和温度急剧地上升，必须采用笨重的汽缸；涡喷发动机地燃烧过程在开口须采用笨重的汽缸；涡喷发动机地燃烧过程在开口的空间进行，燃烧过程基本上是等压的，燃烧室结的空间进行，燃烧过程基本上是等压的，燃烧室结

34、构轻巧；构轻巧；6)与活塞式发动机相比，涡喷发动机最大的缺与活塞式发动机相比，涡喷发动机最大的缺点是经济性差。点是经济性差。2、 涡轮螺桨发动机 螺旋桨提供拉力，燃气提供少量推力，低亚声速螺旋桨提供拉力，燃气提供少量推力，低亚声速飞行时效率高，耗油率小，经济性能好。飞行时效率高，耗油率小，经济性能好。 优点：优点：飞行速度高、推力大，适合在较高飞行速飞行速度高、推力大，适合在较高飞行速度的飞机上使用。度的飞机上使用。 缺点缺点：在较低速度下，耗油率高，不经济。而活：在较低速度下，耗油率高，不经济。而活塞式发动机的特点正好相反。塞式发动机的特点正好相反。 飞行速度飞行速度：500700km/h。

35、与和涡轮喷气发动机区别：与和涡轮喷气发动机区别：只是在此基础上增加只是在此基础上增加了减速装置和螺旋桨。了减速装置和螺旋桨。 推力：推力：由螺桨产生的拉力和发动机出口排气推力由螺桨产生的拉力和发动机出口排气推力两部分组成的，但是两部分组成的，但是排气推力不大于排气推力不大于10%。涡轮螺桨发动机与活塞发动机相比，其优点是功涡轮螺桨发动机与活塞发动机相比，其优点是功率重量比大、耗油率低、振动小和高空性能好；率重量比大、耗油率低、振动小和高空性能好；与涡轮喷气发动机相比，排气量大，所以在低压与涡轮喷气发动机相比，排气量大，所以在低压声速飞行时声速飞行时700km/h）效率高、耗油率低、经济性好。）

36、效率高、耗油率低、经济性好。但飞行速度增加时（但飞行速度增加时（800km/h以上），螺旋桨叶尖处以上），螺旋桨叶尖处出现超声速气流，产生激波，螺旋桨效率急剧下降。出现超声速气流，产生激波，螺旋桨效率急剧下降。这时就让位于这时就让位于涡扇发动机涡扇发动机。3、 涡轮风扇发动机与涡轮螺桨发动机与涡轮螺桨发动机区别区别：螺旋桨的直径大大缩螺旋桨的直径大大缩短，增加桨叶的数量，并将其装在机匣里面短，增加桨叶的数量，并将其装在机匣里面 特点：能量损失小、耗油率低、经济性好、噪特点：能量损失小、耗油率低、经济性好、噪音水平低、效率高、起飞推力大，音水平低、效率高、起飞推力大，多用于亚声速飞多用于亚声速飞

37、行，如民航。行，如民航。涵道比：外股气流与内股气流流量之比涵道比：外股气流与内股气流流量之比 发展方向：低涵道比的军用加力发动机；高涵发展方向：低涵道比的军用加力发动机；高涵道比、高涡轮前温度、高增压比的民用发动机道比、高涡轮前温度、高增压比的民用发动机 涡轮风扇发动机的涵道比涡轮风扇发动机的涵道比发展方向：发展方向：低涵道比的军用加力发动机低涵道比的军用加力发动机高涵道比、高涡轮前温度、高增压比的民用发动机高涵道比、高涡轮前温度、高增压比的民用发动机 涵道比等于5的高涵道比涡轮风扇发动机4、 涡轮桨扇发动机涡轮桨扇发动机是界于涡轮风扇发动机和涡轮涡轮桨扇发动机是界于涡轮风扇发动机和涡轮螺桨发

38、动机之间的一种发动机，产生推力的装置是螺桨发动机之间的一种发动机，产生推力的装置是桨扇桨扇。桨扇无外罩，又称开式风扇。桨扇无外罩，又称开式风扇。桨扇一般有桨扇一般有810片桨叶，剖面形状为超临界翼片桨叶，剖面形状为超临界翼型，薄而后掠，直径为普通旋桨的型，薄而后掠，直径为普通旋桨的40%50%，质量，质量为为50%60%。其突出其突出优点是：推进效率高、省油、经济性好，优点是：推进效率高、省油、经济性好，在新一带亚声速运输机上广泛使用。在新一带亚声速运输机上广泛使用。5、 涡轮轴发动机涡轮轴发动机是涡轮轴发动机是涡轮螺桨发动机的派生型涡轮螺桨发动机的派生型，其，其组成部分和工作过程与涡桨发动机

39、很相似。组成部分和工作过程与涡桨发动机很相似。 现代直升机的主要动力现代直升机的主要动力比活塞发动机易于启动、功率大、质量轻、体比活塞发动机易于启动、功率大、质量轻、体积小，振动小，噪声低，航程、速度、升限、装载积小，振动小，噪声低，航程、速度、升限、装载量大；耗油率较大量大；耗油率较大 自由涡轮输出功率自由涡轮输出功率喷口可灵活安排喷口可灵活安排 涡轮轴发动机RTM322型涡轮轴发动机用于NH90直升机自由涡轮式的涡轴发动机6、垂直起落飞机的发动机近来研制可提供垂直推力的发动机近来研制可提供垂直推力的发动机以增加军以增加军用飞机的机动作战的能力。用飞机的机动作战的能力。1）可转喷口涡喷）可转

40、喷口涡喷(或涡扇或涡扇)发动机发动机 2）升力风扇发动机）升力风扇发动机实际使用存在困难。实际使用存在困难。可转喷口的涡轮扇发动机 可转喷口的涡轮扇发动机 X-32B 组成组成进气道（扩压器）、燃烧室、尾喷管进气道（扩压器）、燃烧室、尾喷管特点：构造简单，质量轻，推重比大，成本低，高速特点：构造简单，质量轻，推重比大，成本低，高速状态状态(Ma2)下，经济性好，耗油率低；低速时推力小、下，经济性好，耗油率低；低速时推力小、耗油率高，静止时不能产生推力，工作范围窄，对飞耗油率高，静止时不能产生推力，工作范围窄，对飞行状况的变化敏感，行状况的变化敏感，要有助推器助飞。要有助推器助飞。 3.3.3

41、冲压喷气发动机 3.3.4 涡轮喷气发动机的工作状态 起飞状态、最大状态、额定状态、巡航状态和起飞状态、最大状态、额定状态、巡航状态和慢车状态。慢车状态。 起飞状态：起飞状态：推力最大，发动机的转速和涡轮推力最大，发动机的转速和涡轮前温度都最高，允许工作前温度都最高，允许工作510min最大状态：最大状态：起飞推力的起飞推力的85%90%，工作时间，工作时间不超过不超过30额定状态：额定状态：推力等稍低于最大状态，连续工作推力等稍低于最大状态，连续工作巡航状态：巡航状态：起飞推力的起飞推力的65%75%，耗油率低，耗油率低，经济性好，连续工作经济性好，连续工作慢车状态：慢车状态：起飞推力的起飞

42、推力的3%5%，稳定工作的，稳定工作的最小转速状态，效率很低，允许工作最小转速状态，效率很低，允许工作510min 3.4 火箭发动机 不仅自带燃烧剂，而且自带氧化剂，不仅自带燃烧剂，而且自带氧化剂，所以不但所以不但能在大气层内工作，也可在大气层外的真空中工作，能在大气层内工作，也可在大气层外的真空中工作，是火箭、导弹和航天器飞行的主要动力。目前发射是火箭、导弹和航天器飞行的主要动力。目前发射的各种人造卫星、登月飞船和各种宇宙飞行器都采的各种人造卫星、登月飞船和各种宇宙飞行器都采用火箭发动机为其动力装置。用火箭发动机为其动力装置。3.4.1 火箭发动机的主要性能参数推力推力 (N)冲量和总冲冲

43、量和总冲 推力推力对工作时间的积分，反映了发对工作时间的积分，反映了发动机工作能力的大小（动机工作能力的大小（Ns）比冲比冲 发动机燃烧发动机燃烧1kg推进剂所产生的能量（推进剂所产生的能量（m/s) 3.4.23.4.2液体火箭发动机液体火箭发动机 两大类：化学能火箭发动机和非化学能火箭发动两大类：化学能火箭发动机和非化学能火箭发动机。机。 燃烧剂和氧化剂总称为推进剂。燃烧剂和氧化剂总称为推进剂。 按推进剂类型的不同火箭发动机又可以：按推进剂类型的不同火箭发动机又可以：液体火液体火箭发动机、固体火箭发动机和液、固混合发动机。箭发动机、固体火箭发动机和液、固混合发动机。 按推进剂的组元分为：单

44、组元、双组元和三组元按推进剂的组元分为：单组元、双组元和三组元液体火箭发动机。液体火箭发动机。 1、单组元液体火箭发动机、单组元液体火箭发动机结构简单，能量低，比冲低结构简单，能量低，比冲低 2、双组元液体火箭发动机、双组元液体火箭发动机双组元液体火箭发动机的组成及工作原理 组成：组成：推进剂输送系统，流量调节控制活门，推推进剂输送系统，流量调节控制活门，推力室力室(喷注器、燃烧室、喷管喷注器、燃烧室、喷管) 冷却系统冷却系统组成：推进剂输送系统，流量调节控制活门，推力室(喷注器、燃烧室、喷管) 冷却系统功用：按要求的流量和压力向燃烧室输送推进剂 分类：挤压式输送系统、泵式输送系统结构简结构简

45、单可靠，单可靠，易实现易实现多次起多次起动，结动，结构质量构质量较大较大系统系统结构结构复杂，复杂，但质但质量轻量轻推力室推力室功用：功用：将液体推进将液体推进剂混合、燃剂混合、燃烧，化学能烧，化学能转变成推力转变成推力 （2）液体推进剂）液体推进剂 对推进剂的要求对推进剂的要求能量高能量高良好的物理和化学安定性良好的物理和化学安定性无毒性，对金属无腐蚀作用无毒性，对金属无腐蚀作用推进剂中有一组元传热性好，可用来冷却推力室壁推进剂中有一组元传热性好，可用来冷却推力室壁粘度小粘度小燃烧性能好燃烧性能好经济性好、成本低经济性好、成本低 主要的液体推进剂主要的液体推进剂氧化剂氧化剂 液氧液氧O2 液

46、氟液氟F2 硝酸硝酸HNO3过氧化氢过氧化氢H2O2 四氧化二氮四氧化二氮N2O4燃烧剂燃烧剂 液氢液氢H2 航空煤油航空煤油 肼及其衍生物肼及其衍生物N2H4(CH3)2N2H2 混胺混胺3、液体火箭发动机的优缺点、液体火箭发动机的优缺点优点优点 比冲高，推力范围大，能反复起动，比冲高，推力范围大，能反复起动，推力大小较易控制，工作时间长；推力大小较易控制，工作时间长；缺点缺点 推进剂不宜长期贮存，作战使用性能差推进剂不宜长期贮存，作战使用性能差3.4.3 3.4.3 固体火箭发动机固体火箭发动机1、固体火箭发动机的组成及工作原理组成：药柱、燃烧室、喷管组件、点火装置 2、 固体火箭发动机的

47、推进剂固体火箭发动机的推进剂种类：种类：胶体（双基）推进剂和复合推进剂胶体（双基）推进剂和复合推进剂药柱形状和特点药柱形状和特点形状形状由推进剂和发动机的原始参数来确定由推进剂和发动机的原始参数来确定。固体火箭发动机的优缺点固体火箭发动机的优缺点优点优点 结构简单，可靠性高；操作简便；固结构简单，可靠性高；操作简便；固体推进剂性能稳定，可长期贮存体推进剂性能稳定，可长期贮存缺点缺点 推进剂能量比液体推进剂低，比冲较推进剂能量比液体推进剂低，比冲较小；工作时间短，燃烧室压力和工作时间对装药初始小；工作时间短，燃烧室压力和工作时间对装药初始温度较敏感；推力大小、方向调节困难；重复起动困温度较敏感；

48、推力大小、方向调节困难；重复起动困难，一般只能一次性工作难，一般只能一次性工作 3.4.4 固-液混合火箭发动机1、固、固-液混合发动机的组成和工作原理液混合发动机的组成和工作原理 多采用多采用固体的燃烧剂和液体的氧化剂，这样可以固体的燃烧剂和液体的氧化剂，这样可以提高推进剂的平均比冲提高推进剂的平均比冲。工作原理：工作原理：1气体气体2降压降压3 3中氧化剂中氧化剂通过通过4 5雾雾化后化后 6孔里点燃孔里点燃7内燃内燃烧烧 8排出。排出。 2、固、固-液混合发动机的特点液混合发动机的特点 混合推进剂性能较好；混合推进剂性能较好； 结构较简单；结构较简单； 推力调节、重复起动方推力调节、重复起动方便便 3.5.1 火箭发动机与冲压发动机组合 3.5 组合发动机 火箭发动机与冲压发动机形成的组合发动机有以下火箭发动机