航空动力1--概述.ppt

第4章 航空动力,概述,航空动力系统,作用：为航空器提供动力，推动航空器前进的装置，也称航空推进系统。 组成：航空发动机及所必需的系统和附件，如燃油系统、滑油系统、点火系统、启动系统和防火系统等。,航空动力装置-分类1,按作用力原理： 直接反作用力动力装置 利用向后喷射高速气流产生向前的反作用力来推进飞行器，又叫喷气式发动机。 间接反作用力动力装置 由发动机带动飞机的螺旋桨、直升机的旋翼旋转对空气作功使空气加速向后、向下流动时，空气对螺旋桨产生反作用力来推进飞行器。,航空动力装置分类1,牛顿第三定律：作用在物体上的每一个力都有一方向相反大小相等的反作用力。 生活案例现象： 燃放爆竹 充气的气球放出空气或气体时。 物体沿着与（尾部火药）喷气相反的方向急速飞走。,航空动力装置分类1,直接反作用力装置（喷气发动机） 火箭发动机 组合发动机 冲压喷气发动机 涡轮风扇发动机 涡轮喷气发动机,航空动力装置分类1,火箭发动机,火箭工作时间短、控制困难等原因，不适于作飞机的动力,航空动力装置分类1,组合发动机,航空动力装置分类1,冲压喷气发动机,协和号飞机的继任者- 洛克希德-马丁公司设计的超音速绿色飞机,航空动力装置分类1,涡轮风扇发动机,F404涡扇发动机,航空动力装置分类1,涡轮喷气发动机,航空动力装置分类1,间接反作用力动力装置 涡轮轴发动机 涡轮螺旋桨发动机 桨扇发动机 活塞式发动机 航空电动机,航空动力装置分类1,涡轮轴发动机,英、法合作生产的装有两台涡轮轴发动机的“山猫”多用途直升机,航空动力装置分类1,涡轮轴螺旋桨发动机,运-7,航空动力装置分类1,桨扇发动机,安-70,航空动力装置分类1,活塞式发动机,初教-6,航空动力装置分类1,航空电动机,德国Microdrones公司 研制的 MD4-200四旋翼飞行器系统,航空动力装置分类2,按空气是否参加发动机工作来分：吸气（活塞）式发动机、火箭喷射式发动机。 吸气（活塞）式发动机：活塞式、冲压喷气式和燃气涡轮（组合）式发动机； 火箭喷射式发动机：化学火箭、核火箭和电火箭发动机。,航空动力装置分类2,航空动力装置分类2,吸气（活塞式）发动机 组合发动机 冲压喷气发动机 活塞式发动机,国产大飞机发动机“长江”CJ-1000A,航空动力装置-分类2,燃气涡轮发动机 涡轮风扇发动机 涡轮喷气发动机 涡轮轴发动机 涡轮螺旋桨发动机 桨扇发动机,航空动力装置发展简史,活塞式发动机 1885年，莱特兄弟（美）在技师泰勒的帮助下，设计制造了一台活塞式汽油发动机； 1903年将这种发动机和螺旋桨装于莱特兄弟制造的一架双翼飞机，完成人类历史上的首次有动力的飞行，开创飞行的新纪元。 从二十世纪初到二十世纪四十年代中期，所有带动力的飞行器都以活塞式发动机/螺旋桨为动力装置。,航空动力装置发展简史,燃油涡轮发动机 1913年，雷恩.洛兰（法）提出冲压喷气发动机的设计，并获得专利。因条件所限，喷气推进只是空想。 1930年，弗兰克.惠特尔（英）获得燃气涡轮发动机专利，这是第一个使用喷气发动机设计。11年后，他设计的发动机首次飞行，从而成为涡轮喷气发动机的鼻祖。,航空动力装置发展简史,燃油涡轮发动机 1936年，德国人汉斯.冯.奥海因 博士完成研制界上第一台离心式喷气发动机 HeS-3A 。该发动机的发展型 HeS-3B 装在首架喷气式飞机亨克尔He-178 上，1939年8月27日完成首飞，飞行速度达到700 km/h。 1942年，德国人海尔伯特 瓦格纳 (Herbert Wagner) 教授完成世界上第一台轴流燃气涡轮发动机的研制，最终设计定型为容克 Jumo 004 涡喷发动机，推力882daN，用作二战时期德国著名的Me-262双发喷气式战斗机的动力。,航空动力装置发展简史,燃气涡轮发动机 涡喷：最早的燃气涡轮发动机, 早期广泛用于军用飞机和巡航导弹以及民用客机。目前，中型涡喷发动机仍在一些轻型战斗/攻击机和教练机上继续使用，小型的涡轮喷气发动机则用于巡航导弹、靶机和无人机上。,航空动力装置发展简史,燃油涡轮发动机 为了使喷气式飞机能在高亚音速中实现低油耗飞行，20 世纪60年代出现了涡轮风扇发动机，目前广泛用于大型民航运输飞机的唯一动力装置。,航空动力装置发展简史,发动机在飞机上的安装位置,发动机在飞机上的安装位置,活塞发动机和涡轮螺桨发动机的安装位置 安装数目：一台、两台或四台； 安装布局： 拉进式（螺旋在前），装在机头或机翼前缘，降低机翼上所受的载荷，使用广泛； 推进式，发动机装于机翼后沿或机身后段。目前使用较少。 地效飞机：将发动机安装在垂尾，降低机身离地面高度，可在起飞时充分利用地面效应。,发动机在飞机上的安装位置,一台涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机的安装位置 装在机身后段或机身下部。 优点：有利于维护修理，还可让出机身短舱或前段的空间，容纳人员和武器装备。常用于战斗机。,发动机在飞机上的安装位置,两台涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机的安装位置 常见方法：两台发动机各装在一只短舱内。 优点：机身空间大，装载的人员和设备多；对机翼能起减少载荷的作用。运输机或轰炸机 局限：构造比较复杂，增大阻力和降低机翼的后掠作用。 第二种方法：发动机装在机翼下的吊舱内。 有点：减少短舱和机翼的干扰，有利提高最大举力系数；防火性能较好；可采用全翼展的襟翼。另外，由予短舱离地近，维护比较方便。运输机或轰炸机 局限：易于吸入尘土。,发动机在飞机上的安装位置,两台涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机的安装位置 第三种方法：两台发动机并列在后机身外部的两侧，即尾吊式。多用于运输机或轰炸机。 。 优点：座舱内噪音小，机翼上没有东西(如短舱)干扰，气动性能较好；进气和排气通道较短，因而能量的损失较少。 局限：构造比较复杂；比较重。 第四种方法：动机左右并列（或上下叠置）安装在后机身的内部 。 优点：在单发飞行时，由于两边推力不平衡而引起的使机头偏向一边的力矩比较小；多用于战斗机。 。 局限：发动机所占机身的容积很大，不利于装载其他的设备 。,发动机在飞机上的安装位置,发动机在飞机上的安装位置,三台涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机的安装位置（多用于运输机） 方法1：两台发动机并列装在机身后段（也可固定于气密座舱之外），另一台装在垂直尾翼上。 优点：在发动机发生故障，涡轮损坏，被强大的离心力摔开的碎片不致破坏飞机的主要受力构件，比较安全。 方法2：两台涡轮风扇发动机安装在机翼下的吊舱内，另一台安装在垂直尾翼内。特点和安装情况和装有吊舱的及垂直尾翼中安装一台的情况相似。,发动机在飞机上的安装位置,四台涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机的安装位置 方法1：四台发动机都置于机翼下的吊舱内，多用于运输机，偶尔用于轰炸机。 方法2：四台发动机都并列在机身后段外部的两侧(尾吊式)，特点与两台发动机尾吊式相近。 方法3：发动机安装在靠近机身的机翼内部，每边放两台。 局限：构造复杂。 优点：一台发动机停车时，可减小偏航力矩，还可消除或削弱短舱和机身的干扰作用。 方法4：四台喷气发动机每两台成为一组，安装在机翼的底部，发动机短舱的剖面呈长方形的，上下表面形成飞机结构的一部分。,发动机在飞机上的安装位置,中国尾吊式预警机（涡桨/喷气复合式推进）,发动机在飞机上的安装位置,B52亚音速战略重型轰炸机装有八台喷气发动机，每两台成一组，装在机翼下面的4只吊舱中，安装位置和固定的特点与四个吊舱的飞机相似。,航空发动机的工作（推力）状态,以波音-737为例： TO/GA（起飞/复飞推力） 最大连续推力 最大爬升推力 最大巡航工作状态 慢车工作状态 简单的说：最大状态、过渡状态（中间状态）、巡航状态、慢车状态。,航空发动机的工作（推力）状态,最大推力 又名起飞（复飞）推力状态 （TO/GA）。属于全加力状态即100%的发动机推力状态，是工作条件最恶劣的状态。 特点：涡轮入口的温度可达1450摄氏度 ，一般只允许使用5min，有的允许10min 。 为了延长发动机寿命，节省维修费用， 要求使用时间越短越好。,航空发动机的工作（推力）状态,推力： 发动机对空气进行加速，而产生的反作用力，即发动机的推力。 增大推力的方法：增大空气流量或增大排气速度。 运输机大约是起飞重量的0.25倍，战斗机大约是0.8-1.0倍 。,航空发动机的工作（推力）状态,推重比/功重比 发动机推力与发动机重量(力)或飞机重量(力)之比，表示发动机或飞机单位重量(力)所产生的推力。 发动机在海平面静止条件下於最大推力状态(加力发动机为全加力状态)所产生的推力与发动机结构重量(力)之比称为发动机推重比，是发动机的重要性能指标之一。 飞机推重比越大 油耗越少 或者说能量消耗越少,航空发动机的工作（推力）状态,最大连续推力（MCT） 指发动机能够连续保持的最大推力，正常情况不用这种推力。 使用条件：在发动机一发失效时，根据情况决定是否使用 。 一发故障后继续起飞 工作，发动机使用起飞推力达到规定时间限制后改用此状态； 航路中一发故障飞机，但前方有较高障碍物需要保持尽可能高的高度越障，可采用最大连续推力状态进行飘降。,航空发动机的工作（推力）状态,最大爬升推力 飞机在某一高度上，以最大油门状态，按不同爬升角爬升，能达到的最大的爬升率称为该高度上的“最大爬升率”。此时的飞行速度为“快升速度”。以快升速度爬升，所需爬升时间最短。 爬升率：又称爬升速度或上升串，是各型飞机，尤其是战斗机的重要性能指标之一。它是指定常爬升时，飞行器在单位时间内增加的高度，计量单位为米秒。,航空发动机的工作（推力）状态,海平面的最大爬升率：305米秒； 高度1000米时：283米秒； 高度10000米时：100米秒； 高度17000米时：12米秒。,F-16战斗机,航空发动机的工作（推力）状态,最大巡航工作状态 巡航：飞机完成起飞阶段进入预定航线后的飞行状态。 巡航速度：飞机在发动机每公里消耗燃料最少情况下的飞行速度。 经济巡航速度：飞机巡航过程中消耗燃料最小的可持续速度。狭义来说，就是飞机的任务高度或一般飞行高度（速度）,航空发动机的工作（推力）状态,慢车工作状态 发动机维持连续运转的最低转速，仅产生非常小的推力。相当于汽车发动机的怠速状态，但需要保持刹车。