航空發(fā)動機及歷史簡介.ppt

《航空發(fā)動機及歷史簡介.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《航空發(fā)動機及歷史簡介.ppt（53頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

航空發(fā)動機,Page?2,航空發(fā)動機（aero-engine），是為航空器提供推動力或支持力的裝置，是航空器的心臟。自從飛機問世以來的幾十年中，發(fā)動機得到了迅速的發(fā)展，從早期的低速飛機上使用的活塞式發(fā)動機，到可以推動飛機以超音速飛行的噴氣式發(fā)動機，航空發(fā)動機已經(jīng)形成了一個種類繁多，用途各不相同的大家族。從發(fā)展歷程來說，航空發(fā)動機經(jīng)歷了兩個顯著的發(fā)展時期，即：活塞式發(fā)動機時期和燃氣渦輪發(fā)動機時期。,航空發(fā)動機,,Page?3,發(fā)動機在飛機上的位置,機身內(nèi)后部,Page?4,發(fā)動機在飛機上的位置,機翼根部,Page?5,發(fā)動機在飛機上的位置,機翼下（多用于旅客機）,Page?6,發(fā)動機在飛機上的位置,機身后部平尾根部,活塞式發(fā)動機時期,8,活塞式航空發(fā)動機,為航空器提供飛行動力的往復(fù)式內(nèi)燃機。發(fā)動機帶動空氣螺旋槳等推進器旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推進力?；钊桨l(fā)動機主要由曲軸、連桿、活塞、汽缸、分氣機構(gòu)和機匣等部件組成。小功率活塞式航空發(fā)動機比燃氣渦輪發(fā)動機經(jīng)濟，在輕型低速飛機上仍得到應(yīng)用。,9,活塞式航空發(fā)動機工作原理,,活塞頂部在曲軸旋轉(zhuǎn)中心最遠的位置叫上死點、最近的位置叫下死點、從上死點到下死點的距離叫活塞沖程?；钊胶娇瞻l(fā)動機大多是四沖程發(fā)動機，即一個氣缸完成一個工作循環(huán)，活塞在氣缸內(nèi)要經(jīng)過四個沖程，依次是進氣沖程、壓縮沖程、膨脹沖程和排氣沖程。,10,活塞式航空發(fā)動機發(fā)展階段,,,,,,,,,逐步退出主要航空領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用在輕型低速飛機和直升機上。,氣冷發(fā)動機發(fā)展迅速，發(fā)動機的性能提高很快，達到其發(fā)展的頂峰。,液冷發(fā)動機居主導(dǎo)地位,,早期,兩次世界大戰(zhàn)期間,噴氣時代,11,,活塞式航空發(fā)動機的發(fā)展,活塞式航空發(fā)動機發(fā)展早期，法國處于領(lǐng)先地位。當時裝備伊斯潘諾-西扎V型液冷發(fā)動機的"斯佩德"戰(zhàn)斗機的功率已達130~220kW,功重比為0.7kW/daN左右。飛機速度超過200km/h，升限6650m。在兩次世界大戰(zhàn)的推動下，發(fā)動機的性能提高很快，單機功率從不到10kW增加到2500kW左右，功率重量比從0.11kW/daN提高到1.5kW/daN左右，升功率從每升排量幾千瓦增加到四五十千瓦，耗油率從約0.50kg/(kWh)降低到0.23~0.27kg/(kWh)。翻修壽命從幾十小時延長到2000~3000h。到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時，活塞式發(fā)動機已經(jīng)發(fā)展得相當成熟，以它為動力的螺旋槳飛機的飛行速度從16km/h提高到近800km/h，飛行高度達到15000m。渦輪噴氣發(fā)動機的發(fā)明開創(chuàng)了噴氣時代，活塞式發(fā)動機逐步退出主要航空領(lǐng)域，但功率小于370kW的水平對缸活塞式發(fā)動機仍廣泛應(yīng)用在輕型低速飛機和直升機上，如行政機、農(nóng)林機、勘探機、體育運動機、私人飛機和各種無人機。,12,活塞式航空發(fā)動機舉例,,R-2800——普惠公司生產(chǎn)的雙排"雙黃蜂"，屬于氣冷星型發(fā)動機。這種發(fā)動機在航空史上占有特殊的地位。,13,活塞式航空發(fā)動機舉例,P-47，綽號“雷電”，裝備R-2800發(fā)動機，是美國共和飛機公司研制的戰(zhàn)斗機。該種機型產(chǎn)量達到15683架，是美國戰(zhàn)斗機史上生產(chǎn)量最大的飛機之一。,14,活塞式航空發(fā)動機舉例,R-3350，萊特公司生產(chǎn)的雙排氣冷星型發(fā)動機，1941年投入使用，開始時功率為2088kW，主要用于著名的B-29"空中堡壘"戰(zhàn)略轟炸機。,15,活塞式航空發(fā)動機舉例,B-29戰(zhàn)略轟炸機，裝備萊特公司的R-3350發(fā)動機。世稱“超級空中堡壘”“史上最強的轟炸機”，在轟炸東京等二戰(zhàn)及之后的戰(zhàn)場都可以看到他的身影，廣島和長崎的兩次原子彈襲擊，B-29也是空中平臺。,16,由于渦輪噴氣發(fā)動機的發(fā)明而開創(chuàng)了噴氣時代，活塞式發(fā)動機逐步退出主要航空領(lǐng)域，但功率小于370kW的水平對缸活塞式發(fā)動機發(fā)動機仍廣泛應(yīng)用在輕型低速飛機和直升機上，如行政機、農(nóng)林機、勘探機、體育運動機、私人飛機和各種無人機。美國NASA已經(jīng)實施了一項通用航空推進計劃，為未來安全舒適、操作簡便和價格低廉的通用輕型飛機提供動力技術(shù)。方案是用狄塞爾循環(huán)活塞式發(fā)動機，用它的飛機有4個座位，速度偏低。對發(fā)動機的要求為：功率為150kW；耗油率0.22kg/(kWh)；滿足未來的排放要求；制造和維修成本降低一半。到2000年，該計劃已經(jīng)進行了500h以上的發(fā)動機地面試驗，功率達到130kW，耗油率0.23kg/(kWh)。,噴氣時代的活塞式發(fā)動機,,燃氣渦輪發(fā)動機時期,18,二、噴氣發(fā)動機,19,燃氣渦輪發(fā)動機工作原理,燃氣渦輪機主要由壓縮機、燃燒室、渦輪等部分構(gòu)成。新鮮空氣由進氣道進入燃氣輪機后，首先由壓縮機加壓成高壓氣體，接著由噴油嘴噴出燃油與空氣混合后在燃燒室進行燃燒成為高溫高壓氣體，然后進入渦輪段推動渦輪，將熱能轉(zhuǎn)換成機械能輸出，最后的廢氣由排氣管排出。而由渦輪輸出的機械能中，一部分會用來驅(qū)動壓縮機，另一部分則經(jīng)由傳動軸輸出，用以驅(qū)動我們希望驅(qū)動的機構(gòu)如發(fā)電機、傳動系統(tǒng)等。,20,燃氣渦輪發(fā)動機時期從第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束至今。60年來，航空燃氣渦輪發(fā)動機取代了活塞式發(fā)動機，開創(chuàng)了噴氣時代，居航空動力的主導(dǎo)地位。在技術(shù)發(fā)展的推動下，渦輪噴氣發(fā)動機、渦輪風扇發(fā)動機、渦輪螺旋槳發(fā)動機、槳扇發(fā)動機和渦輪軸發(fā)動機在不同時期在不同的飛行領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著各自的作用，使航空器性能跨上一個又一個新的臺階。,燃氣渦輪發(fā)動機時期概況,,21,渦輪噴氣發(fā)動機,渦輪噴氣發(fā)動機仍屬于熱機的一種，因此，從產(chǎn)生輸出能量的原理上講，噴氣式發(fā)動機和活塞式發(fā)動機是相同的，都需要有進氣、加壓、燃燒和排氣這四個階段，不同的是，在活塞式發(fā)動機中這4個階段是分時依次進行的，但在噴氣發(fā)動機中則是連續(xù)進行的，氣體依次流經(jīng)噴氣發(fā)動機的各個部分，就對應(yīng)著活塞式發(fā)動機的四個工作位置。,22,渦輪噴氣發(fā)動機,He-178，世界上第一架試飛成功的噴氣式飛機，開創(chuàng)了噴氣推進新時代和航空事業(yè)的新紀元。該飛機裝配了德國奧海因研制成功的離心式渦輪噴氣發(fā)動機HeS3B，發(fā)動機推力為490daN，推重比1.38。,23,渦輪噴氣發(fā)動機,奧林帕斯593渦噴發(fā)動機，最大推力達到17000daN。是英國羅爾斯羅伊斯公司布里斯托爾分公司和法國SNECMA公司為“協(xié)和”號飛機共同研制的，1965年首次運轉(zhuǎn)，1968年開始調(diào)試，1973年定型，1976年1月投入使用。,24,渦輪噴氣發(fā)動機,協(xié)和式飛機，英國和法國聯(lián)合研制的超音速客機，最大飛行速度2.04馬赫，巡航高度18000米。1969年，第一架協(xié)和超音速客機誕生，1976年1月21日投入商業(yè)飛行。2003年10月24日，協(xié)和式飛機執(zhí)行了最后一次飛行，全部退役。,25,渦輪噴氣發(fā)動機,隨著航空燃氣渦輪技術(shù)的進步，人們在渦輪噴氣發(fā)動機的基礎(chǔ)上，又發(fā)展了多種噴氣發(fā)動機，如根據(jù)增壓技術(shù)的不同，有沖壓發(fā)動機和脈動發(fā)動機；根據(jù)能量輸出的不同，有渦輪風扇發(fā)動機、渦輪螺旋槳發(fā)動機、渦輪軸發(fā)動機和螺槳風扇發(fā)動機等。噴氣發(fā)動機盡管在低速時油耗要大于活塞式發(fā)動機，但其優(yōu)異的高速性能使其迅速取代了后者，成為航空發(fā)動機的主流。,26,渦輪風扇發(fā)動機,渦扇發(fā)動機的發(fā)展源于第二次世界大戰(zhàn)。世界上第一臺運轉(zhuǎn)的渦輪風扇發(fā)動機是德國戴姆勒-奔馳研制的DB670(或109-007)，于1943年4月在實驗臺上達到840千克推力。第一種批量生產(chǎn)的渦扇發(fā)動機是1959年定型的英國康維，推力為5730daN。以后，渦扇發(fā)動機向低涵道比的軍用加力發(fā)動機和高涵道比的民用發(fā)動機的兩個方向發(fā)展。在低涵道比軍用加力渦扇發(fā)動機方面，英美研制出斯貝-MK202和TF30，分別用于英國購買的"鬼怪"F-4M/K戰(zhàn)斗機和美國的F111。在70~80年代，各國研制出推重比8一級的渦扇發(fā)動機，裝備在一線的第三戰(zhàn)斗機，如F-15、F-16、F-18、"狂風"、米格-29和蘇-27。具備第四代戰(zhàn)斗機特征的戰(zhàn)機，如美國的F-22/F119等，裝備的則是推重比10一級的渦扇發(fā)動機。,27,渦輪風扇發(fā)動機工作原理,F22“猛禽”戰(zhàn)斗機,蘇-27，綽號"側(cè)衛(wèi)",28,渦輪風扇發(fā)動機工作原理,波音747-100寬體客機，裝備普惠公司JT9D-3渦扇發(fā)動機，涵道比為5.2。,29,渦輪風扇發(fā)動機工作原理,渦輪風扇發(fā)動機是在渦輪噴氣發(fā)動機的的基礎(chǔ)上增加了幾級渦輪，并由這些渦輪帶動一排或幾排風扇，風扇后的氣流分為兩部分，一部分進入壓氣機（內(nèi)涵道），另一部分則不經(jīng)過燃燒，直接排到空氣中（外涵道）。內(nèi)外涵道的協(xié)同作用可以很好的解決熱效率和推進效率之間的矛盾。,30,渦輪螺旋槳發(fā)動機,第一臺渦輪螺旋槳發(fā)動機為匈牙利于1937年設(shè)計、1940年試運轉(zhuǎn)的JendrassikCs-1。美國在1956年服役的渦槳發(fā)動機T56/501，裝于C-130運輸機、P3-C偵察機和E-2C預(yù)警機。它的功率范圍為2580～4414kW，是世界上生產(chǎn)數(shù)量最多的渦槳發(fā)動機之一，至今還在生產(chǎn)。螺旋槳在吸收功率、尺寸和飛行速度方面的限制，在大型飛機上渦輪螺旋槳發(fā)動機逐步被渦輪風扇發(fā)動機所取代，但在中小型運輸機和通用飛機上仍有一席之地。,31,渦輪螺旋槳發(fā)動機,美國C-130運輸機,美國E-2C預(yù)警機,32,渦輪螺旋槳發(fā)動機工作原理,渦輪螺旋槳發(fā)動機由螺旋槳和燃氣發(fā)生器組成，螺旋槳由渦輪帶動。工作原理與渦輪風扇發(fā)動機近似，但產(chǎn)生動力方面卻有著很大的不同，渦輪螺旋槳發(fā)動機的主要功率輸出方式為螺旋槳的軸功率。渦輪螺旋槳發(fā)動機的螺旋槳后的空氣流就相當于渦輪風扇發(fā)動機的外涵道，由于螺旋槳的直徑比發(fā)動機大很多，氣流量也遠大于內(nèi)涵道，因此這種發(fā)動機實際上相當于一臺超大涵道比的渦輪風扇發(fā)動機。,33,渦輪軸發(fā)動機,渦輪軸發(fā)動機是用于直升機的，它與旋翼配合，構(gòu)成了直升機的動力裝置。半個世紀以來，渦軸發(fā)動機已成功地發(fā)展了四代，功重比已從2kW/daN提高到6.8~7.1kW/daN。,米-26直升機,34,渦輪軸發(fā)動機工作原理,在構(gòu)造上，渦輪軸發(fā)動機也有進氣道、壓氣機、燃燒室和尾噴管等燃氣發(fā)生器基本構(gòu)造，但它一般都裝有自由渦輪，如圖所示，前面的是兩級普通渦輪，它帶動壓氣機，維持發(fā)動機工作，后面的二級是自由渦輪，燃氣在其中作功，通過傳動軸專門用來帶動直升機的旋翼旋轉(zhuǎn)，使它升空飛行。,35,燃氣渦輪發(fā)動機發(fā)展綜述,70年來，航空渦輪發(fā)動機已經(jīng)發(fā)展得相當成熟，為各種航空器的發(fā)展作出了重要貢獻，其中包M3一級的戰(zhàn)斗/偵察機，具有超聲速巡航、隱身、短距起落和超機動能力的戰(zhàn)斗機、亞聲速垂直起落戰(zhàn)斗機、滿足180min雙發(fā)干線客機延長航程（ETOPS）要求的寬體客機、有效載重大20t的巨型直升機和速度超過600km/h的傾轉(zhuǎn)旋翼機。同時，還為各種航空改型輕型地面燃氣輪機打下基礎(chǔ)。,我國航空發(fā)動機發(fā)展現(xiàn)狀,37,我國航空發(fā)動機發(fā)展現(xiàn)狀,我國航空發(fā)動機的研制是在新中國成立后一片空白的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，從最初的仿制?改進?改型到今天可以獨立設(shè)計制造高性能航空發(fā)動機，走過了一條布滿荊棘的發(fā)展道路。一個國家，沒有獨立自主研制發(fā)展的航空發(fā)動機事業(yè)，就沒有獨立自主發(fā)展的航空工業(yè)；沒有先進的航空發(fā)動機事業(yè)，就沒有先進的航空工業(yè)。改革開放三十年,我國航空工業(yè)以“太行”發(fā)動機研制成功為標志，實現(xiàn)了我國軍用航空發(fā)動機從第二代向第三代，從渦噴向渦扇、從中等推力向大推力的跨越。這“三大跨越”標志著我國已具備自主研制大推力軍用發(fā)動機的能力，配裝我軍主戰(zhàn)機種的發(fā)動機開始擺脫受制于人的被動局面。,38,我國航空發(fā)動機發(fā)展現(xiàn)狀,渦噴5發(fā)動機是我國根據(jù)前蘇聯(lián)BK-1φ發(fā)動機的技術(shù)資料仿制的第一種渦噴發(fā)動機，由沈陽航空發(fā)動機廠研制。渦噴5是一種離心式?單轉(zhuǎn)子?帶加力式航空發(fā)動機，單臺最大推力為25．5千牛，加力推力為32．5千牛，重量為980千克，主要用于國產(chǎn)殲-5戰(zhàn)斗機。,39,我國航空發(fā)動機發(fā)展現(xiàn)狀,渦噴6發(fā)動機是我國根據(jù)前蘇聯(lián)提供的PⅡ-9B型發(fā)動機技術(shù)資料制造的一種加力式渦噴發(fā)動機，主要用于裝備國產(chǎn)殲-6戰(zhàn)斗機及稍后研制的強-5強擊機。同渦噴5發(fā)動機相比，渦噴6在性能上有了很大的提高，由亞音速發(fā)展到了超音速，壓氣機的結(jié)構(gòu)也從離心式發(fā)展為軸流式，其最大推力為25．5千牛，加力推力為31．8千牛，雖與渦噴5相差不大，但重量卻減輕了23%，只有708千克，直徑也縮短了48%，大大減少了飛機的迎風面積，適合殲-6超音速飛行。,40,我國航空發(fā)動機發(fā)展現(xiàn)狀,渦噴7發(fā)動機是按前蘇聯(lián)提供的P-Ⅱ-300發(fā)動機的技術(shù)資料制造的，主要用于當時研制的2倍音速殲-7飛機。渦噴7發(fā)動機性能較渦噴6有了很大的提高，其最大推力為38．2千牛，加力推力達55．9千牛，分別比渦噴6提高了50%和77%，并且為軸流式雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，帶有6級低壓氣機和2級渦輪組成高壓和低壓兩個轉(zhuǎn)子。,41,我國航空發(fā)動機發(fā)展現(xiàn)狀,42,我國航空發(fā)動機發(fā)展現(xiàn)狀,渦噴13系列發(fā)動機的研制使我國結(jié)束了不能研制生產(chǎn)高性能渦噴發(fā)動機的歷史，雖然其性能及技術(shù)還不是特別先進，但卻是我國從仿制改型向自行設(shè)計制造的重要轉(zhuǎn)變。發(fā)動機的推力也提高到了43．1千牛，加力推力則達到了64．7千牛，分別比渦噴7提高了50%和15%，發(fā)動機的翻修間隔也達到了350小時。80年代末，經(jīng)過改進的渦噴13A發(fā)動機前渦輪溫度提高了50度，發(fā)動機的加力推力提高到了64．7千牛。后又相繼研制了渦噴13F發(fā)動機?渦噴13FⅠ型發(fā)動機以及渦噴13AⅡ和渦噴13B等型號。,43,我國航空發(fā)動機發(fā)展現(xiàn)狀,“昆侖”發(fā)動機,又稱渦噴14發(fā)動機，是我國第一種完全自行設(shè)計?研制的國產(chǎn)渦噴發(fā)動機，具有完全的“自主知識產(chǎn)權(quán)”，其所使用的技術(shù)?材料?工藝等完全立足國內(nèi)。1987年正式立項，開始進入原型機的研制階段,最后在2001年12月通過了國家測試，于2002年正式設(shè)計定型，歷經(jīng)18年的時間。后來，我國又先后推出“昆侖”Ⅰ?“昆侖”Ⅱ型發(fā)動機。尤其是“昆侖”Ⅱ型發(fā)動機，其最大推力和加力推力分別比“昆侖”型發(fā)動機提高到了53．9千牛和76．4千牛，最大推力和加力推力時的耗油率則下降到0．093千克/牛"小時和0．18千克/牛"小時，推重比為7。"昆侖"發(fā)動機是國內(nèi)目前最先進的中等推力級的軍用渦噴發(fā)動機，可用于殲7和殲8系列飛機。,44,我國航空發(fā)動機發(fā)展現(xiàn)狀,國產(chǎn)昆侖發(fā)動機,45,我國航空發(fā)動機發(fā)展現(xiàn)狀,,殲八F戰(zhàn)斗機,46,我國航空發(fā)動機發(fā)展現(xiàn)狀,太行發(fā)動機，也叫渦扇10系列發(fā)動機。太行發(fā)動機的研制始于上世紀八十年代末，2005年12月28日完成設(shè)計定型審查考核，歷時18年。太行發(fā)動機是中國首個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能、大推力、加力式渦輪風扇發(fā)動機，它結(jié)束了國產(chǎn)先進渦扇發(fā)動機的空白。太行發(fā)動機由中國606所研制，是國產(chǎn)第三代大型軍用航空渦輪風扇發(fā)動機。采用大推力函比及全自動數(shù)字化控制系統(tǒng)，最大推力不超過12000公斤。目前主要用于裝備中國第三代高性能殲-10戰(zhàn)斗機。,47,我國航空發(fā)動機發(fā)展現(xiàn)狀,國產(chǎn)太行發(fā)動機,48,我國航空發(fā)動機發(fā)展現(xiàn)狀,殲十戰(zhàn)斗機,49,我國航空發(fā)動機發(fā)展現(xiàn)狀,殲20，中國第四代隱身重型殲擊機，成都飛機制造廠研制，采用兩臺國產(chǎn)渦扇10B發(fā)動機、DSI兩側(cè)進氣道、全動垂尾，鴨式布局。該機于2010年10月14日完成組裝，2010年11月4日進行首次滑跑試驗。2011年1月11日12時50分，殲20在成都實現(xiàn)首飛，歷時18分鐘。,50,我國航空發(fā)動機發(fā)展現(xiàn)狀,殲二十,51,我國航空發(fā)動機發(fā)展現(xiàn)狀,殲二十,52,我國航空發(fā)動機發(fā)展現(xiàn)狀,航空發(fā)動機是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，它的發(fā)展成熟同樣也是較為復(fù)雜的過程，并非一朝一夕就能夠得以順利完成。相信以踏實認真的態(tài)度，刻苦鉆研的精神，一定會讓我國的航空發(fā)動機工業(yè)一步步走向成熟，也讓中國不再只是一個航空大國，而成為一個航空強國。,Theend謝謝觀看,