航空航天概论第三章

航空航天概论第三章第1页/共55页23.1发动机的分类及特点第2页/共55页33.2活塞式航空发动机活塞式发动机的主要组成

第3页/共55页43.2活塞式航空发动机活塞式发动机的工作原理第4页/共55页53.2活塞式航空发动机活塞式发动机的冷却方式（星形X形V形直立式对立式）

星形发动机直立式发动机V形发动机第5页/共55页63.2活塞式航空发动机直列4缸发动机水平对置发动机V形6缸发动机第6页/共55页73.2活塞式航空发动机第7页/共55页83.2活塞式航空发动机活塞式发动机的辅助系统进气系统燃料系统点火系统冷却系统启动系统定时系统航空活塞式发动机主要性能指标发动机功率:发动机可用于驱动螺旋桨的功率称为有效功率（kW）功率重量比：发动机提供的功率和发动机重量之比（kW/kg）燃料消耗率(耗油率)：衡量发动机经济性的指标，产生1kW功率在每小时所消耗的燃料的质量（kg/kW/h)第8页/共55页93.3空气喷气发动机第9页/共55页10高压燃气向后喷射过程使发动机产生向前的推力

第10页/共55页11燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机的核心机——压气机燃烧室涡轮。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

涡轮轴发动机垂直起落发动机第11页/共55页121、涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机的五个组成部分

进气道压气机燃烧室涡轮机尾喷管第12页/共55页131、涡轮喷气发动机进气道系统

整理进入发动机的气流，消除旋涡，保证发动机所需的空气量；将高速气流逐渐降下来，尽量将动能转变为压力势能，保证压气机有良好的工作条件。进气道形状

第13页/共55页14涡轮喷气发动机进气道的布局位置

机头正面进气两侧进气（机身、翼根）腹部进气背部进气短舱正面进气第14页/共55页15涡轮喷气发动机进气道的布局位置机头正面进气第15页/共55页16涡轮喷气发动机进气道的布局位置第16页/共55页17涡轮喷气发动机进气道的布局位置第17页/共55页18涡轮喷气发动机进气道的布局位置第18页/共55页19涡轮喷气发动机进气道的布局位置第19页/共55页201、涡轮喷气发动机压气机提高进入发动机燃烧室的空气压力。第20页/共55页211、涡轮喷气发动机燃烧室燃料与高压空气混合燃烧的地方第21页/共55页221、涡轮喷气发动机涡轮将燃烧室出口的高温、高压气体的能量转变为机械能，驱动压气机、风扇、螺旋桨和其他附件第22页/共55页231、涡轮喷气发动机加力燃烧室飞机突破音速的主要手段第23页/共55页241、涡轮喷气发动机尾喷管整理燃烧后的气流，燃气膨胀，加速喷出产生推力第24页/共55页252、涡轮螺桨发动机螺旋桨提供拉力，燃气提供少量推力；低亚声速飞行时效率高，耗油率小，经济性能好第25页/共55页262、涡轮螺桨发动机第26页/共55页273、涡轮风扇发动机能量损失小，耗油率低，经济性好，噪音水平低，效率高起飞推力大。涵道比：外股气流与内股气流流量之比第27页/共55页283、涡轮风扇发动机发展方向：

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第28页/共55页29

4、涡轮桨扇发动机推进效率高，省油；适用于高亚音速飞行第29页/共55页30

4、涡轮桨扇发动机第30页/共55页315、涡轮轴发动机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、体积小，振动小，噪声低，航程、速度、升限、装载量大；耗油率较大第31页/共55页325、涡轮轴发动机美国AH-64“阿帕奇”武装直升机，世界十大武装直升机。引擎为两具通用电气T700涡轮轴发动机，安装在旋转轴的两旁，排气口位于机身较高处。

第32页/共55页336、垂直起落发动机可转喷口的涡轮扇发动机第33页/共55页346、垂直起落发动机第34页/共55页356、垂直起落发动机X-32B是波音公司参与美国空军联合攻击战斗机（JSF）计划的验证机，但是最终败给了洛-马公司的X-35（F-35）

X-32BF-35X-32B

F-35“闪电-II”型战斗机装备的是由普拉特-惠特尼公司研制的F-135发动机，最大推力达4万磅(超过18吨)--这使其成为有史以来最为强劲的战斗机发动机。与其前辈一样，F-135同样配备有矢量推力喷嘴。它不但可保障F-35具有非常高的机动性能，而且可缩短战机的起降距离。第35页/共55页36冲压喷气发动机组成——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，高速状态(Ma>2)下，经济性好，耗油率低；低速时推力小、耗油率高，工作范围窄，对飞行状况的变化敏感第36页/共55页37冲压喷气发动机X-43A飞机长3.65米，翼展1.5米，采用冲压式喷气发动机能从高空稀薄的大气中获取氧，保证推进器正常工作。飞行速度9.7马赫，创造了接近十倍音速的新纪录。一架B-52B重型轰炸机运载一架X-43A飞机和一枚“天马”助推火箭，与X-43A捆绑在一起的"飞马"火箭点火，将X-43A推至大约2.9万米的高空。接下来，X-43A发动机点火，独立飞行。第37页/共55页38涡轮喷气发动机的工作状态起飞状态：推力最大，发动机的转速和涡轮前温度都最高，允许工作5～10min。最大状态：起飞推力的85%～90%，工作时间不超过30。额定状态：推力等稍低于最大状态，连续工作。巡航状态：起飞推力的65%～75%，耗油率低，经济性好，连续工作。慢车状态：起飞推力的3%～5%，稳定工作的最小转速状态，效率很低，允许工作5～10min。第38页/共55页393.4火箭发动机不仅自带燃烧剂，而且自带氧化剂。火箭发动机的主要性能参数

推力(N)

冲量和总冲推力对工作时间的积分，反映了发动机工作能力的大小（N·s）

比冲发动机燃烧1kg推进剂所产生的能量（m/s)第39页/共55页40液体火箭发动机液体火箭发动机的组成及工作原理

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……

第40页/共55页41液体火箭发动机推进剂输送系统

功用：按要求的流量和压力向燃烧室输送推进剂

第41页/共55页42液体火箭发动机推力室功用：将液体推进剂混合、燃烧，化学能转变成推力

第42页/共55页43液体推进剂①对推进剂的要求

能量高

良好的物理和化学安定性

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

粘度小

燃烧性能好

经济性好、成本低

第43页/共55页44液体推进剂②主要的液体推进剂

氧化剂——

液氧O2液氟F2硝酸HNO3

过氧化氢H2O2四氧化二氮N2O4

燃烧剂——

液氢H2航空煤油肼及其衍生物N2H4

(CH3)2N2H2混胺

第44页/共55页45液体火箭发动机的优缺点优点——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；固体推进剂性能稳定，可长期贮存。缺点——推进剂不宜长期贮存，作战使用性能差

第45页/共55页46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

第46页/共55页47固体火箭发动机2、固体火箭发动机的推进剂药柱形状和特点

第47页/共55页48固体火箭发动机的优缺点优点——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。缺点——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温度较敏感；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。

第48页/共55页49固-液混合火箭发动机1、固-液混合发动机的组成和工作原理2、固-液混合发动机的特点混合推进剂性能较好；

结构较简单；

推力调节、重复起动方便

第49页/共55页503.5组合发动机火箭发动机与冲压发动机组合

第50页/共55页513.5组合发动机涡轮喷气发动机与冲压发动机组合

火箭发动机与涡轮喷气发动机组合

第51页/共55页523.6非常规推进系统电推进系统核推进系统太阳能推进系统

第52页/共55页533.6非常规推进系统

将太阳能转化为