航空發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)述

1、NPU-ZhaoMing1渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)制作：何學(xué)康收集資料：王永亮主講人：陳延人NPU-ZhaoMing2 發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)上的發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)上的動(dòng)力裝置動(dòng)力裝置。自從人類(lèi)嘗試進(jìn)行有。自從人類(lèi)嘗試進(jìn)行有翼飛行器飛行以來(lái)，經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次失敗，只是在使用翼飛行器飛行以來(lái)，經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次失敗，只是在使用了活塞式內(nèi)燃機(jī)以后，才在了活塞式內(nèi)燃機(jī)以后，才在2020世紀(jì)初把第一架飛機(jī)送世紀(jì)初把第一架飛機(jī)送上藍(lán)天。上藍(lán)天。 二戰(zhàn)后二戰(zhàn)后, ,由于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的迅速發(fā)展由于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的迅速發(fā)展, ,活塞式發(fā)動(dòng)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)逐漸被淘汰。機(jī)逐漸被淘汰。 20 20世紀(jì)世紀(jì)6060年代，由于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的問(wèn)世，大大降年代，由

2、于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的問(wèn)世，大大降低了耗油率，才有可能設(shè)計(jì)制造成大型噴氣飛機(jī)，大低了耗油率，才有可能設(shè)計(jì)制造成大型噴氣飛機(jī)，大幅度提高載重量和航程。幅度提高載重量和航程。 燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)大大提高了戰(zhàn)斗機(jī)的性能，使其燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)大大提高了戰(zhàn)斗機(jī)的性能，使其飛行速度達(dá)到飛行速度達(dá)到2 2倍以上的音速。直到現(xiàn)在還被廣泛應(yīng)倍以上的音速。直到現(xiàn)在還被廣泛應(yīng)用于各種類(lèi)型的飛機(jī)上用于各種類(lèi)型的飛機(jī)上。NPU-ZhaoMing3航空發(fā)動(dòng)機(jī)的作用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的作用航空發(fā)動(dòng)機(jī)是航空器飛行的動(dòng)力，也是航空事航空發(fā)動(dòng)機(jī)是航空器飛行的動(dòng)力，也是航空事業(yè)發(fā)展的推動(dòng)力；業(yè)發(fā)展的推動(dòng)力；航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)性能、可靠性和成本的決定航空發(fā)

3、動(dòng)機(jī)是飛機(jī)性能、可靠性和成本的決定性因素；性因素；航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展對(duì)冶金、機(jī)械、電子、儀表航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展對(duì)冶金、機(jī)械、電子、儀表等行業(yè)的發(fā)展具有重要的帶動(dòng)和促進(jìn)作用。等行業(yè)的發(fā)展具有重要的帶動(dòng)和促進(jìn)作用。NPU-ZhaoMing4 航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究工作的特點(diǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究工作的特點(diǎn)技術(shù)難度大技術(shù)難度大一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)有十幾個(gè)部件和系統(tǒng)及數(shù)萬(wàn)個(gè)零件一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)有十幾個(gè)部件和系統(tǒng)及數(shù)萬(wàn)個(gè)零件研制一種新的發(fā)動(dòng)機(jī)需要研制一種新的發(fā)動(dòng)機(jī)需要1 1萬(wàn)小時(shí)的整機(jī)試驗(yàn)和萬(wàn)小時(shí)的整機(jī)試驗(yàn)和1010萬(wàn)小時(shí)的部件萬(wàn)小時(shí)的部件和系統(tǒng)試驗(yàn)。和系統(tǒng)試驗(yàn)。周期長(zhǎng)周期長(zhǎng)先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的研制周期為先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的研制周期為9-159-15

4、年，年，F(xiàn)119F119從從19861986年開(kāi)始到年開(kāi)始到20052005年年投入使用，前后達(dá)投入使用，前后達(dá)1919年。年。費(fèi)用高費(fèi)用高F119F119的研制費(fèi)用超過(guò)的研制費(fèi)用超過(guò)2020億美元；發(fā)動(dòng)機(jī)的研究和發(fā)展費(fèi)用占航億美元；發(fā)動(dòng)機(jī)的研究和發(fā)展費(fèi)用占航空總費(fèi)用的空總費(fèi)用的1/41/4。NPU-ZhaoMing5軍用發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)要求軍用發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)要求 A A 性能要求，包括地面臺(tái)架性能和空中飛行性能（推力和耗性能要求，包括地面臺(tái)架性能和空中飛行性能（推力和耗油率）、起動(dòng)性能、加減速性能、引氣量、功率提取和過(guò)載；油率）、起動(dòng)性能、加減速性能、引氣量、功率提取和過(guò)載； B B 適用性要求，包括

5、發(fā)動(dòng)機(jī)在飛行包線內(nèi)穩(wěn)定工作和油門(mén)桿適用性要求，包括發(fā)動(dòng)機(jī)在飛行包線內(nèi)穩(wěn)定工作和油門(mén)桿使用不受限制，加力接通、切斷不受限制，飛行狀態(tài)變化、極使用不受限制，加力接通、切斷不受限制，飛行狀態(tài)變化、極限機(jī)動(dòng)狀態(tài)等時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作；限機(jī)動(dòng)狀態(tài)等時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作； C C 結(jié)構(gòu)和安裝要求，包括安裝節(jié)位置、外廓尺寸、重量和重結(jié)構(gòu)和安裝要求，包括安裝節(jié)位置、外廓尺寸、重量和重心位置；心位置； D 可靠性要求可靠性要求 包括發(fā)動(dòng)機(jī)壽命和工作循環(huán)、發(fā)動(dòng)機(jī)各狀態(tài)包括發(fā)動(dòng)機(jī)壽命和工作循環(huán)、發(fā)動(dòng)機(jī)各狀態(tài)連續(xù)工作時(shí)間和平均故障時(shí)間；連續(xù)工作時(shí)間和平均故障時(shí)間； E 維修性要求，包括發(fā)動(dòng)機(jī)外場(chǎng)可更換件的更換時(shí)間、每維修

6、性要求，包括發(fā)動(dòng)機(jī)外場(chǎng)可更換件的更換時(shí)間、每飛行小時(shí)的平均維修工時(shí)和更換發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)間等；飛行小時(shí)的平均維修工時(shí)和更換發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)間等； F 其他要求，如滿足飛機(jī)隱身要求的紅外信號(hào)和雷達(dá)反射其他要求，如滿足飛機(jī)隱身要求的紅外信號(hào)和雷達(dá)反射特性以及飛行控制的矢量推力。特性以及飛行控制的矢量推力。NPU-ZhaoMing6航空發(fā)動(dòng)機(jī)分類(lèi)：航空發(fā)動(dòng)機(jī)分類(lèi)： 在過(guò)去的一個(gè)航空百年里，人類(lèi)所使用的在過(guò)去的一個(gè)航空百年里，人類(lèi)所使用的主要的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，可分為兩大類(lèi)主要的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，可分為兩大類(lèi): :1 1、活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)、活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻方式（液冷式、氣冷式）。冷卻方式（液冷式、氣冷式）。氣缸排列方式氣缸排列方式(

7、 (星形、星形、V V形、直列式、對(duì)列式、形、直列式、對(duì)列式、X X形形) )2 2、空氣噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)、空氣噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)壓氣機(jī)（沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)、脈動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)）。無(wú)壓氣機(jī)（沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)、脈動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)）。有壓氣機(jī)（渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)有壓氣機(jī)（渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)、漿扇發(fā)、渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)、漿扇發(fā)動(dòng)機(jī)）動(dòng)機(jī)）。NPU-ZhaoMing7NPU-ZhaoMing8 燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的基本機(jī)理燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的基本機(jī)理-噴氣推進(jìn)原理：噴氣推進(jìn)原理： 噴氣推進(jìn)是噴氣推進(jìn)是牛頓第三定律牛頓第三定律（作用在物體上的每一作用在物體上的每一個(gè)力都有一

8、方向相反大小相等的反作用力）個(gè)力都有一方向相反大小相等的反作用力）的實(shí)際應(yīng)的實(shí)際應(yīng)用。用。 噴氣式飛機(jī)飛行時(shí)，它向后高速?lài)姵龃罅繗怏w，噴氣式飛機(jī)飛行時(shí)，它向后高速?lài)姵龃罅繗怏w，這表明發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)噴出的氣體作用了這表明發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)噴出的氣體作用了“力力”。根據(jù)牛頓。根據(jù)牛頓第三定律（就飛機(jī)推進(jìn)而言，第三定律（就飛機(jī)推進(jìn)而言，“物體物體”是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)受到加速的大氣中的空氣），該高速氣體也必然會(huì)時(shí)受到加速的大氣中的空氣），該高速氣體也必然會(huì)給發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)大小相等方向相反的反作用力，使飛機(jī)給發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)大小相等方向相反的反作用力，使飛機(jī)向前運(yùn)動(dòng)。向前運(yùn)動(dòng)。高速?lài)姵龅臍怏w給發(fā)動(dòng)機(jī)的這一反作用力高速?lài)姵?/p>

9、的氣體給發(fā)動(dòng)機(jī)的這一反作用力，就稱(chēng)為噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推力，噴出的氣體越多，速度，就稱(chēng)為噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推力，噴出的氣體越多，速度越大，所產(chǎn)生的推力也就越大。越大，所產(chǎn)生的推力也就越大。NPU-ZhaoMing9使用最廣泛的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)：使用最廣泛的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)：加力的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)加力的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)加力的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)加力的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的共同特點(diǎn)：燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的共同特點(diǎn)： 獲得高溫高壓燃?xì)?；獲得高溫高壓燃?xì)猓?利用著部分燃?xì)猱a(chǎn)生推力或機(jī)械功（在利用著部分燃?xì)猱a(chǎn)生推力或機(jī)械功（在尾噴管內(nèi)繼續(xù)膨脹，高速?lài)姵霎a(chǎn)生推力；尾噴管內(nèi)繼續(xù)膨脹，高速?lài)姵霎a(chǎn)生推力；或者在后續(xù)渦輪內(nèi)繼續(xù)膨脹獲得機(jī)械功，或者在后續(xù)

10、渦輪內(nèi)繼續(xù)膨脹獲得機(jī)械功，帶動(dòng)風(fēng)扇、螺漿或其它裝置）帶動(dòng)風(fēng)扇、螺漿或其它裝置） NPU-ZhaoMing10 1 1、WPWP主要部件：進(jìn)氣裝置、壓氣機(jī)，主要部件：進(jìn)氣裝置、壓氣機(jī)，燃 燒 室 ， 燃 氣 渦 輪 ， 尾 噴燃 燒 室 ， 燃 氣 渦 輪 ， 尾 噴管管,(,(加力燃燒室加力燃燒室) )特點(diǎn)：特點(diǎn)：(1)(1)渦輪只帶動(dòng)壓氣機(jī)壓縮空氣。渦輪只帶動(dòng)壓氣機(jī)壓縮空氣。(2)(2)發(fā)動(dòng)機(jī)的全部推力來(lái)自高速發(fā)動(dòng)機(jī)的全部推力來(lái)自高速?lài)姵龅娜細(xì)馑a(chǎn)生的反作用力。噴出的燃?xì)馑a(chǎn)生的反作用力。2、WS主要部件：風(fēng)扇、外涵道、內(nèi)主要部件：風(fēng)扇、外涵道、內(nèi)涵道（壓氣機(jī)、燃燒室、渦涵道（壓氣機(jī)、燃燒室

11、、渦輪），尾噴管輪），尾噴管特點(diǎn)：發(fā)動(dòng)機(jī)的推力是內(nèi)外涵特點(diǎn)：發(fā)動(dòng)機(jī)的推力是內(nèi)外涵道氣流反作用力的總和。道氣流反作用力的總和。涵道比（流量比）：外、內(nèi)涵涵道比（流量比）：外、內(nèi)涵道空氣流量之比。道空氣流量之比。進(jìn)氣道進(jìn)氣道的主要作用就是將空氣在進(jìn)入壓氣機(jī)之前調(diào)整到發(fā)動(dòng)機(jī)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。在超音速飛行時(shí)，機(jī)頭與進(jìn)氣道口都會(huì)產(chǎn)生激波（shockwave，又稱(chēng)震波），空氣經(jīng)過(guò)激波壓力會(huì)升高，因此進(jìn)氣道能起到一定的預(yù)壓縮作用，但是激波位置不適當(dāng)將造成局部壓力的不均勻，甚至有可能損壞壓氣機(jī)。所以一般超音速飛機(jī)的進(jìn)氣道口都有一個(gè)激波調(diào)節(jié)錐，根據(jù)空速的情況調(diào)節(jié)激波的位置。壓氣機(jī)壓氣機(jī)由定子（stator）頁(yè)片

12、與轉(zhuǎn)子（rotor）頁(yè)片交錯(cuò)組成，一對(duì)定子頁(yè)片與轉(zhuǎn)子頁(yè)片稱(chēng)為一級(jí)，定子固定在發(fā)動(dòng)機(jī)框架上，轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子軸與渦輪相連?，F(xiàn)役渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)一般為812級(jí)壓氣機(jī)。級(jí)數(shù)越多越往后壓力越大，當(dāng)戰(zhàn)斗機(jī)突然做高g機(jī)動(dòng)時(shí)，流入壓氣機(jī)前級(jí)的空氣壓力驟降，而后級(jí)壓力很高，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)后級(jí)高壓空氣反向膨脹，發(fā)動(dòng)機(jī)工作極不穩(wěn)定的狀況，工程上稱(chēng)為“喘振”，這是發(fā)動(dòng)機(jī)最致命的事故，很有可能造成停車(chē)甚至結(jié)構(gòu)毀壞。防止“喘振”發(fā)生有幾種辦法。經(jīng)驗(yàn)表明喘振多發(fā)生在壓氣機(jī)的5，6級(jí)間，在次區(qū)間設(shè)置放氣環(huán)，以使壓力出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)泄壓可避免喘振的發(fā)生。燃燒室燃燒室由外殼（套）、火焰筒、噴（油）嘴、渦流器、點(diǎn)火裝置等組成。由壓氣機(jī)擴(kuò)散段出來(lái)的

13、高壓空氣分成兩股：一股（約占1/42/5）進(jìn)入火焰筒前部，與噴嘴噴出來(lái)的燃油混合形成油氣混合氣，經(jīng)點(diǎn)火裝置點(diǎn)火后燃燒。另一股（占3/43/5）從火焰筒與外套間流過(guò)，對(duì)火焰筒壁面進(jìn)行冷卻，然后進(jìn)入火焰筒與高溫燃?xì)鈸交欤谷細(xì)鉁囟冉档?，達(dá)到渦輪所要求的溫度。通常要求燃燒室具有燃燒穩(wěn)定、燃燒效率高、點(diǎn)火范圍寬、流動(dòng)阻力小以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、安全可靠和壽命長(zhǎng)等特性渦輪構(gòu)造上與軸流式壓縮機(jī)相似，同樣是一組定子與一組轉(zhuǎn)子合稱(chēng)為一級(jí)。渦輪葉片與螺旋槳及飛機(jī)機(jī)翼相似，氣流流過(guò)時(shí)產(chǎn)生作用力，對(duì)轉(zhuǎn)子葉片作功而使其轉(zhuǎn)動(dòng)，而能將氣流的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能輸出，因此氣流在通過(guò)渦輪后，溫度與壓力都會(huì)下降噴管?chē)姽埽╪ozzl

14、e，或稱(chēng)噴嘴）的形狀結(jié)構(gòu)決定了最終排除的氣流的狀態(tài)，早期的低速發(fā)動(dòng)機(jī)采用單純收斂型噴管，以達(dá)到增速的目的。推力矢量技術(shù)能讓發(fā)動(dòng)機(jī)推力的一部分變成操縱力，代替或部分代替操縱面，從而大大減少了雷達(dá)反射面積；不管迎角多大和飛行速度多低，飛機(jī)都可利用這部分操縱力進(jìn)行操縱，這就增加了飛機(jī)的可操縱性。WS10WS-10A的研制分為三個(gè)階段實(shí)：第一階段：1999年初2002年末完成完成了三大核心部件的修改、完善以及核心機(jī)的工程設(shè)計(jì)和試制,并進(jìn)行三大高壓部件匹配技術(shù)、亦即核心機(jī)的設(shè)計(jì)試驗(yàn)研究，2001年5月核心機(jī)首次試驗(yàn),對(duì)核心機(jī)進(jìn)行了大量的地面和高空性能試驗(yàn),對(duì)可靠性與耐久性方面的進(jìn)行大量試驗(yàn),大幅度的提高熱端部件壽命, 第二階段：2002年末2003年第三季度,完成了驗(yàn)證機(jī)