航空發(fā)動機原理緒論

航空發(fā)動機原理

能源與動力工程學院

航空推進系

課程特點及要求本課程是航空動力人才培養(yǎng)不可缺少的必修課程，是直接體現(xiàn)航空特色的主干課程本課程是我校歷史上最經(jīng)典的、最具深厚歷史積淀的傳統(tǒng)課程本課程以航空發(fā)動機為對象，運用先修課知識（工程熱力學、流體力學、葉片機原理、燃燒與燃燒室）學習和研究發(fā)動機的工作原理和性能內(nèi)容較多，有一定難度平時/期末考試＝3/7（安排在考期內(nèi)考試）平時成績包括：大作業(yè)、課堂小測驗教材及參考書國防科工委『十五』規(guī)劃《航空發(fā)動機原理》

西工大出版社，2006年版

緒論燃氣渦輪發(fā)動機是一種以空氣為介質，將熱能轉換為機械能的動力裝置廣泛應用于：航空、航海、能源、交通等領域航空燃氣渦輪發(fā)動機是高技術密集型產(chǎn)品，所涉及學科流體力學、固體力學、熱力學、傳熱學、燃燒學、轉子動力學、控制理論、氣動聲學、材料學、加工工藝學等航空燃氣渦輪發(fā)動機的發(fā)展史燃氣渦輪發(fā)動機的發(fā)明最早可追溯到我國古代發(fā)明（1131-1161年）“走馬燈”，靠蠟燭火焰產(chǎn)生的熱氣吹動頂部的葉輪來帶動剪紙人馬旋轉西方則把其發(fā)展歸結于一種早期的烤雞裝置航空發(fā)動機技術在燃氣輪機領域中一直處于領先發(fā)展地位緒論航空發(fā)動機是飛機的一個重要組成部分被比喻為是飛機的“”英文“ENGINE”(中譯為引擎)

為克服飛行阻力提供推動力飛機在發(fā)動機推力作用下達到一定速度機翼才能產(chǎn)生足夠的升力

人類實現(xiàn)飛行可靠的內(nèi)燃機出現(xiàn)—1903年萊特兄弟飛上藍天人類在航空領域中所取得的每一次革命性進展無不與航空動力技術的突破相關時間12秒，高36m噴氣式燃氣渦輪發(fā)動機成功發(fā)明和使用—人類得以實現(xiàn)超聲速飛行活塞式噴氣式航空發(fā)動機類型發(fā)展及演變自上世紀40年代問世以來，航空燃氣渦輪發(fā)動機發(fā)展及演變的類型包括渦輪噴氣發(fā)動機復燃加力渦噴發(fā)動機渦輪螺槳發(fā)動機渦輪軸發(fā)動機渦輪風扇發(fā)動機槳扇發(fā)動機航空發(fā)動機類型發(fā)展及演變渦輪噴氣發(fā)動機：使人類實現(xiàn)超音速飛行適用范圍：超音速飛行的飛機優(yōu)點：高速下性能優(yōu)越缺點：低速下經(jīng)濟性差航空發(fā)動機類型發(fā)展及演變復燃加力渦噴發(fā)動機：加力使推力增加50％－70％擴大飛行包線適用范圍：超音速飛行的飛機缺點：加力使經(jīng)濟性更差WP13航空發(fā)動機類型發(fā)展及演變渦輪螺旋槳發(fā)動機和渦輪軸發(fā)動機：低速飛行時具有優(yōu)越的經(jīng)濟性適用范圍：Ma<0.6裝備于：支線客機、運輸機、直升飛機航空發(fā)動機類型發(fā)展及演變軍用超音速戰(zhàn)斗機渦扇發(fā)動機特點：小涵道比設計、混排、帶復燃加力優(yōu)點：加力比大，亞聲巡航經(jīng)濟性好適用：超音速飛機J-10航空發(fā)動機類型發(fā)展及演變民用大型運輸機渦扇發(fā)動機特點：大涵道比設計大多采用分開排氣優(yōu)點：起飛推力大巡航經(jīng)濟性好適用：干線客機大型運輸機大型寬體客機超大推力級發(fā)動機研制成功

—雙發(fā)寬體客機允許不著陸跨洋飛行B777－300起飛總重351噸A380－空中巨無霸起飛總重560噸機身長度72.9米翼展寬度79.4米整體高度24.2米目前世界上唯一的全機艙雙層客艙、四通道的客機航程約1.5萬公里最高時速可達1078.2公里最大載客量為555人Rolls-Royce遄達900發(fā)動機基本型的推力為311千牛，四臺發(fā)動機以符合空客A380-800起飛重量560噸的要求發(fā)展型356千牛推力將用于A380最大起飛重量為615噸的型號

A380－空中巨無霸B787－空中夢幻飛機GEnx發(fā)動機單臺推力250-330kN高效快捷、低污染、高舒適性航空發(fā)動機類型發(fā)展及演變開放轉子發(fā)動機(Openrotor)介乎于渦扇發(fā)動機和渦槳發(fā)動機8~10片后掠葉片組成的槳扇由渦輪驅動具有葉型薄、最大厚度位置后移等特點，克服一般螺旋槳在飛行馬赫數(shù)達到0.65后效率就急劇下降的缺點其經(jīng)濟性優(yōu)勢更適用于巡航馬赫數(shù)為0.7~0.8的運輸機

我國大型飛機重大專項國務院常務會議認為研制大型飛機是黨中央、國務院作出的重大戰(zhàn)略決策，也是全國人民多年的愿望我國航空工業(yè)經(jīng)過50多年的發(fā)展，已經(jīng)具備發(fā)展大型飛機的技術和物質基礎自主研制大型飛機，發(fā)展有市場競爭力的航空產(chǎn)業(yè)，對于轉變經(jīng)濟增長方式、帶動科學技術發(fā)展、增強國家綜合實力和國際競爭力，加快現(xiàn)代化步伐，具有重大意義C919我國大型飛機重大專項一個沒有大型飛機及其完整的產(chǎn)業(yè)體系的國家，就不可能成為真正的經(jīng)濟強國和軍事強國大飛機工程能否成功的關鍵之一是動力問題，必須要立足于國內(nèi)，自主研制。動力是裝備的心臟，最終我國的大飛機一定要有“中國心”我國航空事業(yè)及其在它應用領域的發(fā)展也有非常迫切的動力需求C919發(fā)動機艙航空發(fā)動機設計參數(shù)變化無論類型如何演變，燃氣渦輪發(fā)動機均包含的主要部件有：壓氣機（含風扇）燃燒室渦輪這些部件的設計參數(shù)的發(fā)展反映航空發(fā)動機的設計技術水平和發(fā)展趨勢航空發(fā)動機設計參數(shù)變化主要設計參數(shù)包括：壓氣機增壓比：838～50渦輪前溫度：12001850～2000K加力溫度：18002150K風扇增壓比：區(qū)別于不同用途涵道比：區(qū)別于不同用途典型民用發(fā)動機典型第三代先進發(fā)動機參數(shù)發(fā)動機型號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風扇級數(shù)334高壓壓氣機級數(shù)799總增壓比253222~23渦輪前溫度K158917281665推重比7.587.328.17裝備的飛機F-18F16（F15）Su-27飛機推重比~0.951.071.1大涵道比渦扇發(fā)動機技術發(fā)展節(jié)省燃料典型第四代先進發(fā)動機參數(shù)參數(shù)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總增壓比~3025~3224.525渦輪前溫度(K)1800~2000K涵道比變循環(huán)O.5O.4裝備飛機F22YF23“陣風”EFA渦輪前溫度隨年代變化及對推重比的影響問題？？各種類型發(fā)動機是如何工作的？推力是如何產(chǎn)生的？如何提高發(fā)動機推力和工作效率？為什么不同類型發(fā)動機具有不同適用范圍？為什么加力可以大幅度增加推力？為什么軍用和民用渦扇發(fā)動機設計參數(shù)（如涵道比）有如此不同的設計和發(fā)展趨勢？如何設計發(fā)動機可獲得更優(yōu)越的性能？在哪些條件下渦扇發(fā)動機性能為什么優(yōu)于渦噴發(fā)動機？……？課程基本要求

牢固掌握航空發(fā)動機的熱能、機械能和推進功率間相互轉換的規(guī)律，了解提高發(fā)動機熱效率和推進效率的主要途徑，掌握各種類型航空發(fā)動機推力計算公式掌握各類型航空發(fā)動機的熱力計算方法及其循環(huán)參數(shù)對性能參數(shù)的影響掌握航空發(fā)動機各部件間共同工作關系和控制規(guī)律學習各種類型航空發(fā)動機的穩(wěn)態(tài)特性和典型過渡態(tài)性能，并能運用各部件間共同工作關系和控制規(guī)律分析發(fā)動機特性變化的原因課程章節(jié)內(nèi)容第一章、航空燃氣渦