航空航天技术基础论文

1、航空航天技术基础论文学院：机电工程学院学号：000000000姓名：*我们都知道，发动机是飞行器的动力源，相当于飞行器的心脏，它的性能对 飞行器的发展有着非常重要的影响。可以说，飞行器的发展是伴随着发动机的发 展而发展的，飞行器的每一个里程碑都与发动机的发展有着密切的练习。通过本 学期的学习，让我对发动机有了一个清晰的认识，下面从三个方面介绍一下发动 机的知识。发动机的分类及特点。飞行器发动机的种类很多，其用途也各不相同。 通常可以按发动机产生推力原理和工作原理的不同将发动机分为如下四大类，活 塞式发动机，空气喷气发动机，火箭发动机，组合发动机。活塞式发动机是依靠活塞在汽缸中作往复运动，使气体

2、工质完成热力循环， 并将燃料的部分化学能转化为机械功的动力装置。主要由气缸、活塞、连杆、曲 轴、气门机构、螺旋桨减速器、机匣等组成。气缸是混合气（汽油和空气）进行 燃烧的地方。气缸内容纳活塞作往复运动。气缸头上装有点燃混合气的电火花塞 （俗称电嘴），以及进、排气门。发动机工作时气缸温度很高，所以气缸外壁上 有许多散热片，用以扩大散热而积。气缸在发动机壳体（机匣）上的排列形式多 为星形或v形。常见的星形发动机有5个、7个、9个、14个、18个或24个气 缸不等。在单缸容积相同的情况卜气缸数目越多发动机功率越人。活塞承受燃 气压力在气缸内作往复运动，并通过连杆将这种运动转变成曲轴的旋转运动。连 杆

3、用來连接活塞和曲轴。曲轴是发动机输出功率的部件。曲轴转动时，通过减 速器带动螺旋桨转动而产生拉力。喷气发动机是一种利用燃汽从尾部高速喷出时所产生的反冲作用推动机身 前进的发动机，其效率可达50-60%o早期的飞机都是用活塞式汽油机做发动 机，现在除少数用于教练、农用等小型飞机外已很少应用，代z而起的是功率大、 速度高、使用空气喷气发动机的飞机。这种发动机工作时，空气从前边的进气口 进入，接着由带有叶片的叶轮压气机对空气进行压缩，使具压强增大，温度升高。 被圧缩的空气在燃烧室内喷入的液体燃料汇合而燃烧。燃烧产生的高温高圧燃气 先是推动涡轮以带动圧气机转动，然后从尾部排气管以很高的速度喷出，从而产

4、 生反冲作用，使飞机高速前进，装有空气喷气发动机的飞机的速度可以达到或超 过咅速。火箭发动机是喷气发动机的一种，将推进剂箱或运载工具内的反应物料（推 进剂）变成高速射流，由于牛顿第三定律而产生推力。火箭发动机可用于航天器 推进，也可用于导弹等地面应用。大部分火箭发动机都是内燃机，也有非燃烧 形式的发动机。液体火箭通过泵将氧化剂和燃料分别泵入燃烧室，两种推进剂成 分在燃烧室混合并燃烧。而固体火箭的推进剂事先混合好放入储存室，工作时储 存室就是燃烧室。固液混合火箭使用固休和液体混合的推进剂或气体推进剂，也 有使用高能电源将惰性反应物料送入热交换机加热，这就不需要燃烧室。组合发动机就是由两种发动机组

5、合而成的发动机。发展组合发动机的忖的在 于使飞行器在不同的飞行条件下都能得到良好的推进性能。通常可用的组合发动 机有三种。（1）火箭冲压发动机：用火箭发动机作为冲压发动机的高压燃气发生 器，它可以在较大的空气燃料比范围内工作，适宜于超咅速飞行。（2）涡轮冲压 发动机：由涡轮喷气发动机（或涡轮风扇发动机）与冲压发动机组合而成，前者的 加力燃烧室同时也是后者的燃烧室。涡轮冲压发动机兼有涡轮喷气发动机在小马 赫数时的高效率和冲压发动机在马赫数大于3时的优越性能。（3）涡轮火箭发动 机：用火箭发动机作为涡轮喷气发动机的燃气发生器，它的单位迎面推力大，但 耗油率高。此外，还有液氮蒸气火箭涡轮发动机、带液

6、化空气的火箭涡轮发动机二：发动机发展现状。航空发动机从上世纪30年代的活塞发动机起，经历了 涡轮喷气发动机涡轮风扇发动机桨扇发动机变循环发动机垂直起落多用途战 斗机发动机的发展历程，使战斗机飞行速度达到3倍以上音速(m>3),飞行高度可 达30km以上。推重比达到10。21世纪初，笫四代歼击机己实现了超音速巡航、 隐身，耐久性提高了两倍，寿命期费用降低25%以上，其涡轮前温度已达1700°c以 上。现代航空发动机推重比8一代发动机的技术特点。推重比rw是衡量发动机 技术先进性的综合指标。美国f100和俄罗斯al314)发动机是典型代表。可以 看出以f100和314)及具改进型为

7、代表的现役航空发动机的特点可概括为(2) 高涡轮进口温度，军用型为1400 °c左右泯用型>1300°c;(3)耗油率逐渐降低，如 f100耗油率为0. 7kg/dan. h,而fl00- 229为0.66kg/dan. ho加力状态耗油率从2. 55kg/dan. h降到2. okg/dan. h。它的降低直接增加e机航程或减少燃料储备，从 而使飞机的直接使用费用明显降低;(4)贯彻结构完整性设计，改善了可靠性和耐 久性。如改进后的f100- pw220发动机寿命达到4300个循环，空中停车率减少 到0. 2次/1000飞行小时,返厂率减少到0. 3次/1000飞行

8、小时;(5)部件采用了许多 先进技术，如高压涡轮叶片、导向叶片采用复合冷却单晶材料，双层气膜冷却滚压 成型燃烧室，f100- 229采用了浮壁燃烧室深用数字电子控制系统(fadec)。(1) 高增压比，军用型为25左右，改进型如f100- 22增加到33;民用型大部分在25- 35 之间。推重比9-10发动机。上世纪90年代研制的推重比9-10发动机主要有f119、 ej200、m88-2和p2000。f119是第四代战斗机发动机的典型代表。其主要技术 指标如下：(1)具有超音速巡航能力，飞机能在不开加力条件下以马赫数m为1.5 1. 6持续飞行;为飞机提供短距起落和非常规机动的能力;具有隐身

9、能力，发 动机的红外和雷达反射信号特征小;(4)加力推重比提高20%,不加力耗油率比现 役战斗机发动机下降8%10%;零件数量减少40%- 60%,可靠性捉高一倍，耐 久性提高两倍;(6)寿命期费用降低25%- 30%o优化的发动机热力循环参数为:涵 道比为0. 20. 3,总增压比为2327,涡轮前温度为1647°c1757°c。推重比为 9- 10发动机采用的新技术主要有:(1)压气机采用三维非定常粘性流计算设计，级 压比提高到1. 451. 50o采用3级风扇和5- 6级高压压气机达到压比24- 25。 小展弦比叶片设计提高了强度和抗外物损伤能力。采用空心叶片和整体叶

10、盘减轻 重量,采用刷子封严，减少漏气，提高效率。21批纪战斗机发动机上世纪末美国开展了( ihptet计划)一种综合化高性能 涡轮发动机计划。经过ihptet计划验证的复合材料风扇静子、超冷涡轮叶片、 先进密封和先进fadec等成熟技术已先后应用到f119发动机，与此同时迪衍生 出f135推进系统,应用于f- 35战斗机，预计2012年投入使用。f135航空发动机 采用的主要先进技术：乩风扇曲3级减为1级，叶片后掠，空心结构，叶尖速度为 475m/s,级压比为2. 2;b.压气机曲9级减为3级，第一级叶片后掠，转了为鼓筒式无 盘结构由钛合金材料制成，质量可减轻70%;c.燃烧室火焰筒为陶瓷基复

11、合材料、 变几何结构、主动燃烧控制、cfd设计、减少出口温度分布系数;d.高低压涡轮 均为单级、对转、整体叶盘结构。涡轮进口温度可达2270- 2470k.采用陶瓷基 复合材料或碳碳材料;e.全方位矢量喷管，最大落压比毋达90;f.作战半径 9270km,m=2. 2,高度18km,巡航耗油率达0. 1 okg/dan. h;不采用空屮加油,实现全 球性攻击。三：未来飞行器发动机的发展趋势。航空发动机正在向推重比15、总增 压比40左右、涡轮前温度为2000- 2250k、高可靠性的推进系统发展，这是第五 代战斗机的基本技术指标。风扇、压气机减少到5级、金属基复合材料、整体叶 盘结构;燃烧室釆用陶瓷基复合材料、主动燃烧控制、变几何结构;高、低压涡轮 对转、可能采用陶瓷基复合材料或碳碳材料;有可能不采用加力燃烧室;采用全方 位矢量喷管。这些技术综合为实现超音速巡航、隐身、多用途、作战半径大大增 加、飞行速度可达m>3的先进战斗机。航空发动机的发展不仅增强国防实力，控制制空权，而且也促进国民经济