航空航天概论-第三章

1第三章飞行器动力系统23.1发动机的分类及特点33.2活塞式航空发动机活塞式发动机的主要组成43.2活塞式航空发动机活塞式发动机的工作原理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73.2活塞式航空发动机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)93.3空气喷气发动机10高压燃气向后喷射过程使发动机产生向前的推力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15涡轮喷气发动机进气道的布局位置机头正面进气16涡轮喷气发动机进气道的布局位置17涡轮喷气发动机进气道的布局位置18涡轮喷气发动机进气道的布局位置19涡轮喷气发动机进气道的布局位置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。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231、涡轮喷气发动机加力燃烧室飞机突破音速的主要手段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262、涡轮螺桨发动机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294、涡轮桨扇发动机推进效率高，省油；适用于高亚音速飞行304、涡轮桨扇发动机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。336、垂直起落发动机可转喷口的涡轮扇发动机346、垂直起落发动机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-32BF-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。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(Ma2)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。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。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)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……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。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503.5组合发动机火箭发动机与冲压发动机组合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533.6非常规推进系统将太阳能转化为电能，再通过电能电离惰性气体原子，喷射出高速氙离子流，为探测器提供主要动力SMART-1探测器及其太阳能离子发动机543.6非常规推进系统日本国家空间发展局的MUSES-C航天器，使用4台Y-2发动机。Y-2微波离子发动机是针对小行星交会采样飞行任务的需要而研制的一种微波电离式离子发动机。