航空發(fā)動機新技術(shù)第一章第一節(jié)

1、ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit第一章 航空發(fā)動機的作用和發(fā)展第一節(jié) 航發(fā)的作用、效益和特點1， 航發(fā)性能發(fā)展特點及其趨勢推重比從2811燃油消耗率飛機推重比從0.4提高到1.2，提高了飛機的機動性和短距離起降的能力最大馬赫數(shù)從最初的亞聲速發(fā)展到跨聲速，到目前廣泛的M2，甚至M46ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit旋轉(zhuǎn)噴口和升力發(fā)動機技術(shù)成全了垂直起降的飛機矢量噴口技術(shù)，使得飛機具備超強的機動性反推力裝置有效減少了機場跑道長度ProNex

2、tReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExitProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit 飛機推力矢量技術(shù)是通過改變發(fā)動機排氣方向為飛機提供更強的轉(zhuǎn)向力矩的技術(shù)。 飛機推力矢量技術(shù)的應(yīng)用能賦予戰(zhàn)斗機超機動性、短距起降和低的可探測性，極大地提高戰(zhàn)斗機的作戰(zhàn)有效性和生存能力。美國、俄羅斯等發(fā)達(dá)國家都將其作為重要技術(shù)優(yōu)先發(fā)展。ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit在飛機推力矢量技術(shù)的研究中，改變發(fā)動機排氣

3、方向，即推力矢量噴管的研究是關(guān)鍵且具決定意義的一環(huán)。軸對稱矢量噴管(AVEN)是在常規(guī)機械式收擴噴管上發(fā)展出來的一種推力矢量噴管，通過噴管擴散段的偏轉(zhuǎn)改變發(fā)動機排氣方向。就整個飛機推力矢量技術(shù)來講書P100ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit最具代表性的F119組成：3級風(fēng)扇、6級壓氣機、環(huán)型燃燒室、單級高低壓渦輪，加力燃燒室和二元推力矢量噴管構(gòu)成特點：結(jié)構(gòu)簡單可靠、耐久性高、可靠性和保障性好等特點。 作為第四代發(fā)動機，與第三代相比，在發(fā)動機結(jié)構(gòu)上有如下變化：發(fā)動機的涵道比較小，為0.20.4；總增壓比提高，為2635

4、；渦輪前燃?xì)鉁囟葹?850K2000K，3級風(fēng)扇的增壓比也有所增加，達(dá)到4左右；推重比明顯增大，為912，耗油率降低8%10%，可靠性增加了一倍，耐久性提高兩倍。ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExitProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit第四代發(fā)動機結(jié)構(gòu)特點：風(fēng)扇為23級，高壓壓氣機為56級。燃燒室為多為短環(huán)型燃燒室；高壓渦輪均為單級；低壓渦輪為12級；加力燃燒室均為短加力燃燒室；噴管采用多種形式，如采用二元推力矢量噴管，軸對稱收斂擴散噴管，二元收

5、斂擴散噴管ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit第四代發(fā)動機先進(jìn)技術(shù)特點：采用復(fù)合材料的風(fēng)扇機匣，風(fēng)扇和壓氣機葉片采用三維起動設(shè)計整體葉盤，空心葉片，阻燃鈦合金壓氣機葉片燃燒室三維數(shù)值計算和雙旋流的空氣霧化噴嘴，帶旋流的混合噴嘴，浮動壁火焰筒，多孔冷卻火焰筒對轉(zhuǎn)渦輪，多孔層板渦輪葉片，徑向加力燃燒室，推力矢量噴管，陶瓷復(fù)合材料噴管調(diào)節(jié)片，提高了渦輪前燃?xì)鉁囟群涂缏曀賶簹鈾C、渦輪的效率，降低了涵道比。ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit噴氣發(fā)動機火

6、箭發(fā)動機空氣噴氣發(fā)動機固體火箭發(fā)動機液體火箭原子火箭無壓氣機有壓氣機沖壓脈沖渦噴渦扇渦軸渦槳軸流式渦噴離心式渦噴組合發(fā)動機沖壓+渦噴=組合組合通過核心機產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)釶roNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExitProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExitProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit渦扇發(fā)動機按排氣方式不同分類：分開排氣式渦輪風(fēng)扇發(fā)動機ProNextReturnExit 航空

7、發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit混合排氣渦輪風(fēng)扇發(fā)動機ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit按風(fēng)扇安裝位置、發(fā)動機轉(zhuǎn)子數(shù)目不同分類：前風(fēng)扇發(fā)動機（主力，如混排加力渦扇發(fā)動機）后風(fēng)扇發(fā)動機高位風(fēng)扇發(fā)動機ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExitProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit按轉(zhuǎn)子數(shù)目分（略）此外還有特殊形式的渦扇發(fā)動機，如供短距起降的

8、多涵道渦扇發(fā)動機。軍用渦扇一般為：帶復(fù)燃加力燃燒室的混合排氣渦輪風(fēng)扇發(fā)動機，簡稱：混排式加力渦扇發(fā)動機。ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExitProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit基本的工作原理（從工熱效率、推進(jìn)效率衡量）粗講P、T、c在來流（遠(yuǎn)前方）、壓氣機、燃燒室、渦輪、加力和尾噴管的變化情況。推力產(chǎn)生原因：產(chǎn)生推力的原因是燃料在燃燒室內(nèi)部燃燒，向氣體加入了熱量，這些熱量經(jīng)過熱力循環(huán)，以產(chǎn)生推力的方式轉(zhuǎn)化為機械能。ProNextReturnEx

9、it 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExitProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit渦扇的P、T、C變化圖ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit渦噴的P、T、C變化圖ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit3，發(fā)動機效率發(fā)動機工作時，消耗的燃料所產(chǎn)生的熱量不可能全部轉(zhuǎn)換為推動飛機前進(jìn)的推進(jìn)功，飛機中能量轉(zhuǎn)換的有效程度可用三種有效效率表示，有效

10、效率（熱效率），推進(jìn)效率和總效率：e發(fā)動機的可以功率消耗的燃料能ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExitp0推進(jìn)功發(fā)動機的可用功推進(jìn)功消耗的燃燒能顯然，總效率等于推進(jìn)效率乘以有效效率（熱效率），即：0pe*ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit1）渦扇發(fā)動機有效效率，按公式 ，可用功就是發(fā)動機所產(chǎn)生的全部有效功，消耗的燃料能是耗油量和燃油的低熱值Hf的乘積e發(fā)動機的可以功率消耗的燃料能0eelq0eql每千克空氣所獲得的燃料加熱量發(fā)動機的實際循環(huán)有效

11、功（PV圖中的面積）ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit推進(jìn)效率p29921/2aFVcVcVW9cV其中 為排氣速度， 為飛行速度 當(dāng)C9=V時，此時效率為1，發(fā)動機推力為0；而當(dāng)V=0時，效率為0。因此，只要推力不為0，效率總是小于1的，即燃?xì)獾臍鈩釉隽坎豢赡苋哭D(zhuǎn)換為推進(jìn)功。ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit2）渦噴發(fā)動機熱效率同前推進(jìn)效率p921/cV渦噴發(fā)動機 大于渦扇發(fā)動機，尤其在亞音速飛行時，所以渦扇推進(jìn)效率比渦噴高。亞音速時，

12、 =1.51.8，此時渦扇效率介于0.70.8之間，高空加力超聲速時， =2.22.4，效率為0.6；地空跨聲速飛行，加力工作狀態(tài)下， =3.03.2，此時效率為0.59/cV9/cV9/cV9/cVProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit總效率0pe*所以總效率 反應(yīng)了發(fā)動機作為熱機和推進(jìn)器的完善程度，它表明消耗的燃料能中有多少轉(zhuǎn)變?yōu)橥七M(jìn)功，通常 =0.20.3500ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit3）渦槳有效效率（熱效率）1eefsfc H

13、esfc式中為產(chǎn)生單位當(dāng)量的功率在單位時間內(nèi)消耗的燃料流量即單位燃料消耗率。由此可見：渦槳發(fā)動機有效效率與單位燃料消耗率和燃料的低熱值成反比。ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit推進(jìn)效率epbbePP由此可見：推進(jìn)效率即為螺旋槳的效率。在螺旋槳飛機中，主要推進(jìn)器是螺旋槳，所以其推進(jìn)效率可由螺旋槳效率來表示。ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit總效率0pebe*即螺旋槳的總效率等于有效效率和螺旋槳效率的乘積。ProNextReturnExit 航

14、空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit螺旋槳效率和渦噴推進(jìn)效率隨飛行速度的變化ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit性能指標(biāo)推力指標(biāo)經(jīng)濟性指標(biāo)使用性指標(biāo)推力與單位推力推重比迎面推力（單位截面上的最大推力）耗油量耗油率工作可靠起動迅速加速性好壽命長，易于維護(hù)ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit單位推力：saFFW單位：/daN s kg目前燃?xì)鉁u輪發(fā)動機在地面最大狀態(tài)工作時，60/ 75/sFdaN s kgda

15、N s kgProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit036003600ffWVsfcFH可見飛機速度變化時只能以 作為經(jīng)濟指標(biāo)0ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExitProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExitProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit2，航機在國防和國民經(jīng)濟中的作用優(yōu)秀的航發(fā)技術(shù)可以應(yīng)用于國民經(jīng)濟

16、航發(fā)銷售額可觀，占航空工業(yè)總產(chǎn)值的2030%航機他用： 1 燃機發(fā)電 2潛艇船舶動力 3坦克動力ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit3.航發(fā)研究和發(fā)展特點研制周期長費用高難度高ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit 第二節(jié) 世界航空發(fā)動機技術(shù)發(fā)展分析1，戰(zhàn)斗機的發(fā)展（簡述）從美國第三代為代表的F100,到第四代F119，從推重比為8，上升到11.2，預(yù)計到未來推重比1520表1-1列出了現(xiàn)役發(fā)動機的主要參數(shù)和用途ProNextReturnExit

17、 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExitProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExitF110ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExitProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExitProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExitF135ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航

18、空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit美國空軍對第四代戰(zhàn)機發(fā)動機的要求：具有超音速巡航能力，不加力馬赫數(shù)為1.51.6為飛機提供短距離起降和非常規(guī)機動能力具有隱身能力，發(fā)動機的紅外輻射和雷達(dá)散射信號要盡可能的小發(fā)動機加力推重比提高20%零部件數(shù)量減少4060%，可靠性提高一倍，耐久性提高2倍壽命期費用降低2530%ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit表1-2列出了第四代戰(zhàn)斗發(fā)動機的主要參數(shù)和用途ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExi

19、t3，21世紀(jì)的戰(zhàn)斗發(fā)動機（1）推重比為1520的發(fā)動機方案（2）超聲速垂直起落戰(zhàn)斗機裝置ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit（1）提高發(fā)動機推重比）提高發(fā)動機推重比推重比為1520發(fā)動機與F100發(fā)動機相比，具有以下先進(jìn)特點：風(fēng)扇由3級減少為1級，并且采用先進(jìn)氣動設(shè)計，且為空心結(jié)構(gòu)壓氣機由9級減為3級，轉(zhuǎn)子為鼓筒式結(jié)構(gòu)，采用金屬基復(fù)合材料，重量比原來相比減少70%（或級間冷卻）火焰筒材料為陶瓷基復(fù)合材料，大大提高出口溫度和其均勻分布ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProN

20、extReturnExit高、低壓渦輪均為單級，采用陶瓷基復(fù)合材料，重量比金屬材料減少30%，T3溫度可以高達(dá)2200K及以上綜合以上條件，在結(jié)構(gòu)上大大減少了風(fēng)扇和壓氣機數(shù)量，采用了先進(jìn)的復(fù)合材料，在重量上減輕了很多，推重比大大提高，因此新的發(fā)動機很可能不采用加力。尾噴管采用全方位矢量噴口ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExitProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExitProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProN

21、extReturnExit（2）超聲速垂直起落戰(zhàn)斗機動力裝置目前只有兩種亞聲速垂直起降飛機，英國鷂式，前蘇聯(lián)的雅克-38原理：燃?xì)馔ㄟ^可轉(zhuǎn)向的噴管噴出和采用升力風(fēng)扇。ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit4，運輸機發(fā)動機的發(fā)展分軍用民用兩類，軍用為渦槳，民用為渦扇，特點均為亞聲速，耗油率低（1）2萬daN以上的發(fā)動機一般用于250以上座級客機表1-3列出了三種90年代大涵道比渦扇發(fā)動機的主要參數(shù)ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExitProNextR

22、eturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit采用共同技術(shù)參數(shù)：采用高涵道比，高總增壓比和較高渦輪前溫度重量輕的無凸臺風(fēng)扇葉片設(shè)計，采用復(fù)合材料高效的三維葉輪機氣動設(shè)計低污染燃燒室長壽命零件ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit1000020000daN的發(fā)動機1一般用于150250座級客機2主要代表：RR公司和PH公司的RB211-535和PW2000，用于波音7573表1-4列出了現(xiàn)役的CFM56和V2500發(fā)動機的參數(shù)ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)

23、構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit10000daN的發(fā)動機用于小型客機或100130座級的客機代表：BR175、CFM56、PW6000參數(shù)見表1-5ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit5，21世紀(jì)運輸機發(fā)動機的發(fā)展趨勢（1）亞聲速發(fā)動機采用超大涵道比，目的：提高推進(jìn)效率和耗油率高循環(huán)參數(shù)核心機，目的：提高熱效率發(fā)展：05年投入發(fā)動機比90年代耗油降低15%20%，飛機使用經(jīng)濟成本降低810%，到2015年投入發(fā)動機耗油預(yù)計降低30%，預(yù)計飛機成本提高1215%，表16 發(fā)展趨勢ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit（2）超聲速和高超聲速的發(fā)動機特點：價格、高油耗、噪聲和污染物排放機種：渦扇，組合發(fā)動機（渦輪和沖壓）和沖壓發(fā)動機研制中的渦扇發(fā)動機可以達(dá)到M=5ProNextReturnExit 航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)與原理 ProNextReturnExit6，直升機的發(fā)展(1)現(xiàn)役渦軸發(fā)動機（第四代）第三代為20世紀(jì)70年代末和80年代初投入使用。詳細(xì)參數(shù)見1-8ProNextReturn