第一讲-航空发动机的发展历史

2020/7/21航空发动机原理与构造12020/7/21航空发动机原理与构造22020/7/21航空发动机原理与构造3航空发动机原理与构造2020/7/21航空发动机原理与构造5课程教学说明归属单位课程编号开课学期3总学时数72学时学分适用专业ME首选教材航空发动机原理与构造.中国民航大学校内讲义2020/7/21航空发动机原理与构造6一、课程教学大纲说明本课程与其它课程的联系主要先修课程：气体动力学、工程热力学主要后续课程：专业英语、发动机机型课程的性质机务专业（ME）专业必修课2020/7/21航空发动机原理与构造7一、课程教学大纲说明课程的作用与任务掌握航空发动机的基本工作原理和特性以及基本结构了解航空发动机各主要工作系统的组成、工作原理为今后从事相关飞机发动机维修工作打下理论基础2020/7/21航空发动机原理与构造8一、课程教学大纲说明考核方法考核方式考试课闭卷、笔试平时成绩15分、卷面成绩85分2020/7/21航空发动机原理与构造9二、课堂要求课堂纪律不准迟到旷课10次及以上取消考试资格上课期间保持安静等2020/7/21航空发动机原理与构造10三、课程主要内容航空发动机的历史回顾热工气动基础航空发动机原理部分航空发动机构造部分2020/7/21航空发动机原理与构造111.1人类的飞天之梦两千多年前的风筝世界上目前公认最早的重于空气的飞行器它是如何飞起来的一千多年以前的“孔明灯”世界上最早的、最原始的热气球现代热气球的鼻祖2020/7/21航空发动机原理与构造12关于民间神话传说嫦娥奔月（图1）舜帝的斗笠（图2）风神演义中的雷震子达·芬奇笔下的“扑翼机”（图3）事实证明：依靠人力飞行是不可能的2020/7/21航空发动机原理与构造13图1嫦娥奔月图2舜帝的斗笠图3达·芬奇笔下的扑翼机2020/7/21航空发动机原理与构造14气球、飞艇、无动力的滑翔机飞上天有三种基本的途径：基于阿基米德浮力的原理热气球、包括氢气、氦气球，包括飞艇基于直接有升力的飞行火箭、垂直起落的飞机基于柏努利定律，以速度换取升力的飞行固定翼飞机、直升机、旋翼机2020/7/21航空发动机原理与构造15补充：关于飞机发动机的知识飞机的组成？机身机翼尾翼起落架飞机动力装置-发动机飞机操纵系统各种其它设备2020/7/21航空发动机原理与构造16补充：关于飞机发动机的知识飞机是如何产生升力？对于忽略重力位能的定熵绝能不可压流贝努利方程2222112121VpVp2020/7/21航空发动机原理与构造17补充：关于飞机发动机的知识飞机的起飞过程飞机的降落过程2020/7/21航空发动机原理与构造18航空发动机发展历史航空发动机百年历史可分为两个时期：第一个时期从莱特兄弟的首次飞行开始到第二次世界大战结束为止活塞式发动机统治了40年左右第二个时期从第二次世界大战结束至今60年来，航空燃气轮机取代了活塞式发动机航空燃气轮机开创了喷气时代，居航空动力的主导地位2020/7/21航空发动机原理与构造19活塞式发动机时期早期飞机动力源问题的解决过程飞机动力源问题未解决导致屡次飞行失败使用蒸气机作为动力源，质量过重1810年，英国科学家凯利发现了飞行原理1876年，德国工程师奥托试制成热效率高于蒸汽机的四冲程煤气内燃机人们试图采用内燃机作为飞机飞行的动力源2020/7/21航空发动机原理与构造20活塞式发动机2020/7/21航空发动机原理与构造21活塞式发动机时期人类历史上首次有动力、载人、持续、稳定和可操作的重于空气飞行器的飞行航空发动机从狭义上是航空器飞行的动力，从广义上它也是航空事业发展的推动力2020/7/21航空发动机原理与构造22活塞式发动机时期活塞式发动机的发展飞机用于战争目的推动航空蓬勃发展早期液冷式、气冷发动机两次世界大战推动发动机的性能提高：单机功率从不到10kW增加到2500kW左右螺旋桨飞机的V从16km/h提高到近800km/h飞行高度达到15000m到40年代末,活塞发动机达到了发展的顶峰2020/7/21航空发动机原理与构造23活塞式发动机时期活塞式发动机固有的缺陷功率与重量的矛盾发动机功率与飞行速度的三次方成正比发动机功率的增加，将导致发动机重量迅速增大（接近三次方关系）螺旋桨的局限接近音速时，导致螺旋桨工作不稳定，推进效率急剧下降“音障”的出现2020/7/21航空发动机原理与构造24音障音障是一种物理现象，当物体（通常是航空器）的速度接近音速时，将会逐渐追上自己发出的声波。声波叠合累积的结果，会造成震波（ShockWave）的产生，进而对飞行器的加速产生障碍，而这种因为音速造成提升速度的障碍称为音障。2020/7/21航空发动机原理与构造25音障在物体的速度快要接近音速时，周边的空气受到声波叠合而呈现非常高压的状态，因此一旦物体穿越音障后，周围压力将会陡降。在比较潮湿的天气，陡降的压力所造成的瞬间低温可能会让气温低于它的露点（DewPoint）温度，使得水汽凝结变成微小的水珠，肉眼看来就像是云雾般的状态。由于这个低压带会随着空气离机身的距离增加而恢复到常压，因此整体看来形状像是一个以物体为中心轴、向四周均匀扩散的圆锥状云团。2020/7/21航空发动机原理与构造262020/7/21航空发动机原理与构造27燃气涡轮发动机时期第二个时期:从第二次世界大战结束至今60年来，航空燃气涡轮发动机取代了活塞式发动机开创了喷气时代，居航空动力的主导地位喷气发动机的早期设想1937年，英国的惠特尔和德国的奥海因分别研制成功离心式涡轮喷气发动机WU和He－S3B2020/7/21航空发动机原理与构造282020/7/21航空发动机原理与构造292020/7/21航空发动机原理与构造30涡轮喷气发动机1939年8月27日率先装在亨克尔公司的He-178飞机上试飞成功这是世界上第一架试飞成功的喷气式飞机开创了喷气推进时代和航空事业的新纪元世界上第一台实用的涡轮喷气发动机是德国的尤莫-0041942年7月18日德国工程师把He－S3B装在梅塞施米特Me-262飞机上试飞成功1944.9－1945.5，Me-262共击落盟军飞机613架，自己损失200架（包括非战斗损失）2020/7/21航空发动机原理与构造31涡轮喷气发动机战后，美、苏、法通过买专利，或借助从德国取得的资料和人员，陆续发展了本国第一代涡轮喷气发动机：美国通用电气公司的J47轴流式涡喷发动机苏联克里莫夫设计局的RD-45离心式涡喷发动机推力2650daN左右，推重比为2～3它们分别在装在F-86和米格-15战斗机上服役。这两种飞机在朝鲜战争期间展开了你死我活的空战2020/7/21航空发动机原理与构造32涡轮喷气发动机50年代末至60年代初，各国研制了M2飞机的一批涡喷发动机如J79、J75、埃汶、奥林帕斯、阿塔9C、R-11和R-13推重比已达5～660年代中期用于M3飞机的J58和R-3170年代初，用于“协和”超声速客机的奥林帕斯593涡喷发动机定型从此再没有重要的涡喷发动机问世2020/7/21航空发动机原理与构造33涡扇发动机涡扇发动机的发展来自于民用发动机1959年定型的英国康维世界上第一台涡扇发动机涵道比有0.3和0.6，推力为5730daN耗油率比同时期的涡喷发动机低10%～20%用于VC-10、DC-8和波音707客机涡扇发动机两个发展方向低涵道比的军用加力发动机高涵道比的民用发动机2020/7/21航空发动机原理与构造342020/7/21航空发动机原理与构造352020/7/21航空发动机原理与构造362020/7/21航空发动机原理与构造372020/7/21航空发动机原理与构造382020/7/21航空发动机原理与构造392020/7/21航空发动机原理与构造402020/7/21航空发动机原理与构造41军用涡扇发动机20世纪60年代英、美研制出斯贝-MK202和TF30用于英国购买的“鬼怪”F-4M/K战斗机和美国的F111（后又用于F-14战斗机）在70～80年代各国研制出推重比8的涡扇发动机如美国的F100、F404、F110，西欧三国的RB199，前苏联的RD-33和AL-31F装备第三战斗机，如F-15、F-16、F-18、“狂风”、米格-29和苏-272020/7/21航空发动机原理与构造42目前，推重比10涡扇发动机投入服役美国F-22/F119、西欧EFA2000/EJ200和法国的“阵风”/M88F-22/F119具有第四代战斗机代表性特征--超声速巡航、短距起落、超机动性和隐身能力超声速垂直起飞短距着陆的JSF动力装置F136正在研制之中，预计将于2010～2012年投入服役。2020/7/21航空发动机原理与构造43民用发动机的研制20世纪70年代第一代推力在20000daN以上的高涵道比（4～6）涡扇发动机投入使用开创了大型宽体客机的新时代90年代中期装备波音777投入使用的第二代高涵道比（6～9）涡扇发动机的推力超35000daN通用电气公司GE90-115B在2003年2月创造了56900daN的发动机推力世界纪录。2020/7/21航空发动机原理与构造44目前，普·惠公司正在研制新一代涡扇发动机PW8000齿轮传动涡扇发动机推力为11000～16000daN涵道比11，耗油率下降9%罗罗公司生产的喘达系列发动机2020/7/21航空发动机原理与构造45发动机GE90－115B波音777-300ER大型双发旅客机2020/7/21航空发动机原理与构造462020/7/21航空发动机原理与构造47活塞式发动机2020/7/21航空发动机原理与构造48喷气发动机的早期设想