航空发动机原理绪论

航空发动机原理

能源与动力工程学院

航空推进系

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传统课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）学习和研究发动机的工作原理和性能内容较多，有一定难度平时/期末考试＝3/7（安排在考期内考试）平时成绩包括：大作业、课堂小测验教材及参考书国防科工委『十五』规划《航空发动机原理》

西工大出版社，2006年版

绪论燃气涡轮发动机是一种以空气为介质，将热能转换为机械能的动力装置广泛应用于：航空、航海、能源、交通等领域航空燃气涡轮发动机是高技术密集型产品，所涉及学科流体力学、固体力学、热力学、传热学、燃烧学、转子动力学、控制理论、气动声学、材料学、加工工艺学等航空燃气涡轮发动机的发展史燃气涡轮发动机的发明最早可追溯到我国古代发明（1131-1161年）“走马灯”，靠蜡烛火焰产生的热气吹动顶部的叶轮来带动剪纸人马旋转西方则把其发展归结于一种早期的烤鸡装置航空发动机技术在燃气轮机领域中一直处于领先发展地位绪论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“”英文“ENGINE”(中译为引擎)

为克服飞行阻力提供推动力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的升力

人类实现飞行可靠的内燃机出现—1903年莱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无不与航空动力技术的突破相关时间12秒，高36m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活塞式喷气式航空发动机类型发展及演变自上世纪40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喷气发动机复燃加力涡喷发动机涡轮螺桨发动机涡轮轴发动机涡轮风扇发动机桨扇发动机航空发动机类型发展及演变涡轮喷气发动机：使人类实现超音速飞行适用范围：超音速飞行的飞机优点：高速下性能优越缺点：低速下经济性差航空发动机类型发展及演变复燃加力涡喷发动机：加力使推力增加50％－70％扩大飞行包线适用范围：超音速飞行的飞机缺点：加力使经济性更差WP13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：低速飞行时具有优越的经济性适用范围：Ma<0.6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军用超音速战斗机涡扇发动机特点：小涵道比设计、混排、带复燃加力优点：加力比大，亚声巡航经济性好适用：超音速飞机J-10航空发动机类型发展及演变民用大型运输机涡扇发动机特点：大涵道比设计大多采用分开排气优点：起飞推力大巡航经济性好适用：干线客机大型运输机大型宽体客机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B777－300起飞总重351吨A380－空中巨无霸起飞总重560吨机身长度72.9米翼展宽度79.4米整体高度24.2米目前世界上唯一的全机舱双层客舱、四通道的客机航程约1.5万公里最高时速可达1078.2公里最大载客量为555人Rolls-Royce遄达900发动机基本型的推力为311千牛，四台发动机以符合空客A380-800起飞重量560吨的要求发展型356千牛推力将用于A380最大起飞重量为615吨的型号

A380－空中巨无霸B787－空中梦幻飞机GEnx发动机单台推力250-330kN高效快捷、低污染、高舒适性航空发动机类型发展及演变开放转子发动机(Openrotor)介乎于涡扇发动机和涡桨发动机8~10片后掠叶片组成的桨扇由涡轮驱动具有叶型薄、最大厚度位置后移等特点，克服一般螺旋桨在飞行马赫数达到0.65后效率就急剧下降的缺点其经济性优势更适用于巡航马赫数为0.7~0.8的运输机

我国大型飞机重大专项国务院常务会议认为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我国航空工业经过50多年的发展，已经具备发展大型飞机的技术和物质基础自主研制大型飞机，发展有市场竞争力的航空产业，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，加快现代化步伐，具有重大意义C919我国大型飞机重大专项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大飞机工程能否成功的关键之一是动力问题，必须要立足于国内，自主研制。动力是装备的心脏，最终我国的大飞机一定要有“中国心”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C919发动机舱航空发动机设计参数变化无论类型如何演变，燃气涡轮发动机均包含的主要部件有：压气机（含风扇）燃烧室涡轮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航空发动机设计参数变化主要设计参数包括：压气机增压比：838～50涡轮前温度：12001850～2000K加力温度：18002150K风扇增压比：区别于不同用途涵道比：区别于不同用途典型民用发动机典型第三代先进发动机参数发动机型号F404F100AЛ-31Ф加力推力daN71341247812260加力耗油率kg/daN·h1.892.031.96不加力推力daN484074757720不加力耗油率kg/daN·h~0.80.7030.765涵道比0.340.810.65风扇级数334高压压气机级数799总增压比253222~23涡轮前温度K158917281665推重比7.587.328.17装备的飞机F-18F16（F15）Su-27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典型第四代先进发动机参数参数F119F120M88—1EJ200加力推力(kN)155.784.890.0加力耗油率(kg／(daN·h))1.840不加力推力(kN)111.1954.4060.0不加力耗油率(kg／(daN·h))0.81推重比能力10lO9~109~10总增压比~3025~3224.525涡轮前温度(K)1800~2000K涵道比变循环O.5O.4装备飞机F22YF23“阵风”EFA涡轮前温度随年代变化及对推重比的影响问题？？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？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？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？……？课程基本要求

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掌握航空发动机各部件间共同工作关系和控制规律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系和控制规律分析发动机特性变化的原因课程章节内容第一章、航空燃气涡