航空活塞发动机.ppt

航空活塞发动机AircraftPowerplants-PistonEngineandpropeller,Featureandpurpose,Thisisamainspecialitycourse；Tostudythestructureandprincipleofpistonengine；Tograspengineoperationprinciple，makethebaseofflighttrainandjob.,Introduction,Maincontents:ThestructureprincipleandoperationprincipleofpistonengineApproaches:Lecture,visitexhibition,picture,parts,discussion,exercises,andtestBookPistonEngineandPropeller李汝辉.活塞式航空动力装置北京航空航天大学出版社.,Introduction,Chapters:1.Generalstructure2.Mechanismofcrankshaftandcamshaft3.Carburetor4.Power-plantperformance5.Enginesystem,Typesofengines,Classifyofaircraftengine航空发动机分类：Pistonengine/propeller-活塞式螺旋桨Turbojet涡轮喷气发动机Turbo/Propeller涡轮螺旋桨Turbofan涡轮风扇Ramjet冲压Rocket火箭,Classifyofaircraftengine,Classifyofaircraftengine,SpecificFuelConsumption,PistonEngine,Classifyofaircraftengine,PistonEngine,Classifyofaircraftengine,PistonEngine,Classifyofaircraftengine,PistonEngine,Classifyofaircraftengine,PistonEngine,Classifyofaircraftengine,PistonEngine,Classifyofaircraftengine,Classifyofaircraftengine,Turbojet空气喷气发动机,原理：和活塞式发动机一样通过燃油在发动机内部的燃烧使燃料的化学能转变为机械能。利用反作用力把气体排向后方产生推力。,Classifyofaircraftengine,Turbojet,Classifyofaircraftengine,Classifyofaircraftengine,Classifyofaircraftengine,Classifyofaircraftengine,Turbo/propeller,Classifyofaircraftengine,Turbo/propeller,Classifyofaircraftengine,Turbo/propeller,两套涡轮：一套工作涡轮和压气机相连，以高转速工作，另一套独立涡轮在工作涡轮之后，转速较低，通过单独的轴和螺旋桨相连，称做自由涡轮。涡轮螺旋桨发动机产生的动力以螺旋桨的拉力为主，占90%，喷气产生的推力只占10%。应用中小型飞机。,Classifyofaircraftengine,Turbo/propeller,Classifyofaircraftengine,Turbo/propeller,Classifyofaircraftengine,Turbo/propeller,Classifyofaircraftengine,Turbo/propeller,Classifyofaircraftengine,Turbofanengine,Classifyofaircraftengine,Turbofanengine,Classifyofaircraftengine,Turbofanengine,Classifyofaircraftengine,Turbofanengine,Classifyofaircraftengine,Turbofanengine,Classifyofaircraftengine,Turbofanengine,Classifyofaircraftengine,Turbofanengine,Classifyofaircraftengine,turbo-shaftengine,Classifyofaircraftengine,Turbo-shaftengine两套涡轮：一套带动压气机，而另一套则是专门输出功率的自由涡轮（动力涡轮）。自由涡轮带动减速箱，再带动旋翼，为直升机提供了动力。优点：重量轻，功率大，耗油下降，它燃烧是低价的航空煤油。缺点：制造困难，技术复杂。应用：在直升机中占大部分，是直升机的主要动力形式。,Classifyofaircraftengine,Classifyofaircraftengine,蒸汽机（1763）,凯利发明飞行原理（1810年）,滑翔机（1870）,内燃机（1880）,飞机（1903）,热气球（1780）,Introduction,Introduction,作为飞机的“心脏”，发动机在航空技术发展过程中起着关键性作用,由于动力的缺乏（蒸汽机太笨重），动力飞行比工业革命晚了近140年，比“空气动力学之父”凯利发现飞行原理晚了近100年。,航空动力技术使人类飞向天空的梦想变成现实,1903年12月17日,飞行者一号,莱特兄弟,Introduction,航空动力技术使人类飞向天空的梦想变成现实,莱特兄弟在技师泰勒的帮助下，自己动手设计制造了一台12马力、重量77.2千克的活塞式汽油发动机，为人类首次有动力的飞行提供了发动机，开创了人类飞行的新纪元。(1HP=0.735KW)发动机主要参数汽缸尺寸:内径101.5mm，冲程S=104.8mm，排量3.398升压缩比:4.4重量:77.2千克功率:12马力(长期)，16马力(短期),Introduction,Introduction,活塞发动机主宰了20世纪上半叶，功不可没。活塞发动机使飞机实现首次动力飞行，开创了人类航空的新纪元。在两次世界大战中，各类活塞式作战飞机发挥了巨大作用。运输机、旅客机、邮政机相继出现，开创了民用航空的新领域。二战末期，活塞发动机年产量达到几十万台，装备了数百万架各类飞机。,Introduction,航空飞行器对动力的需求,Aerospacevehiclestopowerdemand,Aerospacevehiclestopowerdemand,Aerospacevehiclestopowerdemand,功率与重量的矛盾一方面，由于发动机的功率与飞行速度的三次方成正比，随着飞行速度的进一步提高，要求发动机功率进一步增大。另一方面，随着活塞发动机功率的增加，将导致发动机重量迅速增大（接近三次方关系），已经不能满足飞机对发动机重量轻的要求。,活塞发动机固有的缺陷限制了它在飞机上的发展,Aerospacevehiclestopowerdemand,螺旋桨的局限：当飞行速度接近800公里/小时后，螺旋桨的桨尖速度已接近声速，形成激波阻力和振动，导致螺旋桨工作不稳定，推进效率急剧下降。,由于上述两方面原因，限制了飞行速度的进一步提高。采用活塞式发动机的螺旋桨飞机，其飞行速度不可能接近声速，更不可能达到或超过声速。当时一些飞行员曾经试图用活塞式飞机突破“声障”，均以失败而告终。飞机要想实现超声速飞行，必须期待新型动力的出现。喷气发动机由此应运而生。,Aerospacevehiclestopowerdemand,20世纪30年代末，英国人弗兰克惠特尔和德国人汉斯冯奥海因在互不通信息的情况下，几乎同时发明了涡轮喷气发动机。,Introduction,喷气发动机使航空技术发生了革命性飞跃,喷气飞机的首次飞行速度就超过700公里/小时，几乎接近活塞发动机飞机的飞行速度极限，从此宣告了一个新的喷气航空时代的到来。此后不到10年的时间内飞机就突破了声障，实现了超声速飞行。,1939年8月27日，由德国人亨克尔设计的He-178飞机（装奥海因设计的涡喷发动机）首次试飞成功。这是世界上第一架喷气式飞机。其发动机推力不到300Kg，推重比不到1.0。,Introduction,几种典型民用飞机及其发动机,Introduction,Introduction,第一代已全部退役第二代美、英已全部退役，F4只执行训练任务第三代美、英的现役主战机种俄、法、日、印、韩二，三代并存，三代为主战机种台湾已购买150架F16和60架幻影2000中国一、二代并存，二代为主战机种，引进少量的苏27第四代F119发动机装在F22飞机上，已于1997年9月7日实现首飞，2003年开始装备部队。但由于F22太贵，买不起，难以大量装备部队，美、英又联合研制JSF联合战斗机。2001年底订货量约3000架，合同总金额高达2000亿美元。,Introduction,ProgressofPistonengine,EngineindustryhistoryIn1876,OttoproposedfourstrokecycleengineIn1890,BenziinventtwostrokecycleIn1892,DieselproposedanewengineIn1957,Wanklmadearotaryengine,PrimarysectionIn1769,steamerenginewasusedforcartPistonengineusedforauto：OttocycleengineIn1886,DemlermadeagaspatrolautoInthesameyear,Carl.BenzidevelopedautoOnJanuary26th,In1886,wasbirthdayforautoEngine,ProgressofPistonengine,活塞发动机发展历史1860年：第一台内燃机出现，J.J.E.Lenoir制造了煤气机，指标：5%Pmax=4.5kw整机重量大1867年：大气压力式内燃机，Otto,Langen指标：11%Pmax=28kw整机重量4000磅1862：Rochas描述了四冲程发动机工作原理，1876年：第一台四冲程发动机，Otto研制实用的发动机。指标：14%Pmax=80kw整机重量1250磅。,ProgressofPistonengine,1890年：第一台二冲程发动机，Clerk,Benz等1892年：压燃式发动机理论形成，1897第一台柴油发动机，Diesel为产生雾化微粒使用压缩空气喷射，发动机体机重量很大。,笨重的第一台柴油机,ProgressofPistonengine,1907机械增压发明Renault，1915Buchi第一台涡轮增压发动机。,1915第一台涡轮增压发动机原理结构,ProgressofPistonengine,Typesofenginecanbedivided,（1）FormingmixtureCarburetor功率较小的航空活塞发动机多为汽化器式。Fuelinjection功率较大的航空活塞发动机既有汽化器式又有直接喷射式。,Typesofenginecanbedivided,Typesofenginecanbedivided,（2）coolingwaysLiquidcooledAircooled,Typesofenginecanbedivided,（3）TypeoffuelgasolineengineAviationgasolinepistonenginekeroseneengineJetfuel;Avturturboengine,Typesofenginecanbedivided,（4）Typeofsuperchargersuperchargedengine空气进入气缸之前增压，用在飞行高度较高的飞机上aspiratedengine用在飞行高度较低的飞机上,Typesofenginecanbedivided,（5）Reducer减速器发动机曲轴与螺旋桨间是否带有减速器直接驱动式非直接驱动式小功率发动机上率发动机上,Typesofenginecanbedivided,（6）cylinderlayouts立式直列式:InlineengineV型、W型:VtypeWtype对置式Horizontallyopposedengine星形Radialengine,Typesofenginecanbedivided,Typesofenginecanbedivided,Typesofenginecanbedivided:（7）Thenumberofstrokesinonecycle：fourstrokesTwostrokes,Typesofenginecanbedivided,（8）ThenumberofCylinders见国标发动机产品名称和型号编制规则(GB725-82)Singlecylin