航空发动机新技术第一章第一节.

1、ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit第一章 航空发动机的作用和发展第一节 航发的作用、效益和特点1， 航发性能发展特点及其趋势推重比从2811燃油消耗率飞机推重比从0.4提高到1.2，提高了飞机的机动性和短距离起降的能力最大马赫数从最初的亚声速发展到跨声速，到目前广泛的M2，甚至M46ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit旋转喷口和升力发动机技术成全了垂直起降的飞机矢量喷口技术，使得飞机具备超强的机动性反推力装置有效减少了机场跑道长度ProNex

2、tReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExitProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit 飞机推力矢量技术是通过改变发动机排气方向为飞机提供更强的转向力矩的技术。 飞机推力矢量技术的应用能赋予战斗机超机动性、短距起降和低的可探测性，极大地提高战斗机的作战有效性和生存能力。美国、俄罗斯等发达国家都将其作为重要技术优先发展。ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit在飞机推力矢量技术的研究中，改变发动机排气

3、方向，即推力矢量喷管的研究是关键且具决定意义的一环。轴对称矢量喷管(AVEN)是在常规机械式收扩喷管上发展出来的一种推力矢量喷管，通过喷管扩散段的偏转改变发动机排气方向。就整个飞机推力矢量技术来讲书P100ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit最具代表性的F119组成：3级风扇、6级压气机、环型燃烧室、单级高低压涡轮，加力燃烧室和二元推力矢量喷管构成特点：结构简单可靠、耐久性高、可靠性和保障性好等特点。 作为第四代发动机，与第三代相比，在发动机结构上有如下变化：发动机的涵道比较小，为0.20.4；总增压比提高，为2635

4、；涡轮前燃气温度为1850K2000K，3级风扇的增压比也有所增加，达到4左右；推重比明显增大，为912，耗油率降低8%10%，可靠性增加了一倍，耐久性提高两倍。ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExitProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit第四代发动机结构特点：风扇为23级，高压压气机为56级。燃烧室为多为短环型燃烧室；高压涡轮均为单级；低压涡轮为12级；加力燃烧室均为短加力燃烧室；喷管采用多种形式，如采用二元推力矢量喷管，轴对称收敛扩散喷管，二元收

5、敛扩散喷管ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit第四代发动机先进技术特点：采用复合材料的风扇机匣，风扇和压气机叶片采用三维起动设计整体叶盘，空心叶片，阻燃钛合金压气机叶片燃烧室三维数值计算和双旋流的空气雾化喷嘴，带旋流的混合喷嘴，浮动壁火焰筒，多孔冷却火焰筒对转涡轮，多孔层板涡轮叶片，径向加力燃烧室，推力矢量喷管，陶瓷复合材料喷管调节片，提高了涡轮前燃气温度和跨声速压气机、涡轮的效率，降低了涵道比。ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit喷气发动机火

6、箭发动机空气喷气发动机固体火箭发动机液体火箭原子火箭无压气机有压气机冲压脉冲涡喷涡扇涡轴涡桨轴流式涡喷离心式涡喷组合发动机冲压+涡喷=组合组合通过核心机产生高温高压的燃气ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExitProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExitProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit涡扇发动机按排气方式不同分类：分开排气式涡轮风扇发动机ProNextReturnExit 航空

7、发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit混合排气涡轮风扇发动机ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit按风扇安装位置、发动机转子数目不同分类：前风扇发动机（主力，如混排加力涡扇发动机）后风扇发动机高位风扇发动机ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExitProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit按转子数目分（略）此外还有特殊形式的涡扇发动机，如供短距起降的

8、多涵道涡扇发动机。军用涡扇一般为：带复燃加力燃烧室的混合排气涡轮风扇发动机，简称：混排式加力涡扇发动机。ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExitProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit基本的工作原理（从工热效率、推进效率衡量）粗讲P、T、c在来流（远前方）、压气机、燃烧室、涡轮、加力和尾喷管的变化情况。推力产生原因：产生推力的原因是燃料在燃烧室内部燃烧，向气体加入了热量，这些热量经过热力循环，以产生推力的方式转化为机械能。ProNextReturnEx

9、it 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExitProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit涡扇的P、T、C变化图ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit涡喷的P、T、C变化图ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit3，发动机效率发动机工作时，消耗的燃料所产生的热量不可能全部转换为推动飞机前进的推进功，飞机中能量转换的有效程度可用三种有效效率表示，有效

10、效率（热效率），推进效率和总效率：e发动机的可以功率消耗的燃料能ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExitp0推进功发动机的可用功推进功消耗的燃烧能显然，总效率等于推进效率乘以有效效率（热效率），即：0pe*ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit1）涡扇发动机有效效率，按公式 ，可用功就是发动机所产生的全部有效功，消耗的燃料能是耗油量和燃油的低热值Hf的乘积e发动机的可以功率消耗的燃料能0eelq0eql每千克空气所获得的燃料加热量发动机的实际循环有效

11、功（PV图中的面积）ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit推进效率p29921/2aFVcVcVW9cV其中 为排气速度， 为飞行速度 当C9=V时，此时效率为1，发动机推力为0；而当V=0时，效率为0。因此，只要推力不为0，效率总是小于1的，即燃气的气动增量不可能全部转换为推进功。ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit2）涡喷发动机热效率同前推进效率p921/cV涡喷发动机 大于涡扇发动机，尤其在亚音速飞行时，所以涡扇推进效率比涡喷高。亚音速时，

12、 =1.51.8，此时涡扇效率介于0.70.8之间，高空加力超声速时， =2.22.4，效率为0.6；地空跨声速飞行，加力工作状态下， =3.03.2，此时效率为0.59/cV9/cV9/cV9/cVProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit总效率0pe*所以总效率 反应了发动机作为热机和推进器的完善程度，它表明消耗的燃料能中有多少转变为推进功，通常 =0.20.3500ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit3）涡桨有效效率（热效率）1eefsfc H

13、esfc式中为产生单位当量的功率在单位时间内消耗的燃料流量即单位燃料消耗率。由此可见：涡桨发动机有效效率与单位燃料消耗率和燃料的低热值成反比。ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit推进效率epbbePP由此可见：推进效率即为螺旋桨的效率。在螺旋桨飞机中，主要推进器是螺旋桨，所以其推进效率可由螺旋桨效率来表示。ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit总效率0pebe*即螺旋桨的总效率等于有效效率和螺旋桨效率的乘积。ProNextReturnExit 航

14、空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit螺旋桨效率和涡喷推进效率随飞行速度的变化ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit性能指标推力指标经济性指标使用性指标推力与单位推力推重比迎面推力（单位截面上的最大推力）耗油量耗油率工作可靠起动迅速加速性好寿命长，易于维护ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit单位推力：saFFW单位：/daN s kg目前燃气涡轮发动机在地面最大状态工作时，60/ 75/sFdaN s kgda

15、N s kgProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit036003600ffWVsfcFH可见飞机速度变化时只能以 作为经济指标0ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExitProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExitProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit2，航机在国防和国民经济中的作用优秀的航发技术可以应用于国民经济

16、航发销售额可观，占航空工业总产值的2030%航机他用： 1 燃机发电 2潜艇船舶动力 3坦克动力ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit3.航发研究和发展特点研制周期长费用高难度高ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit 第二节 世界航空发动机技术发展分析1，战斗机的发展（简述）从美国第三代为代表的F100,到第四代F119，从推重比为8，上升到11.2，预计到未来推重比1520表1-1列出了现役发动机的主要参数和用途ProNextReturnExit

17、 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExitProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExitF110ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExitProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExitProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExitF135ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航

18、空发动机结构与原理 ProNextReturnExit美国空军对第四代战机发动机的要求：具有超音速巡航能力，不加力马赫数为1.51.6为飞机提供短距离起降和非常规机动能力具有隐身能力，发动机的红外辐射和雷达散射信号要尽可能的小发动机加力推重比提高20%零部件数量减少4060%，可靠性提高一倍，耐久性提高2倍寿命期费用降低2530%ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit表1-2列出了第四代战斗发动机的主要参数和用途ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExi

19、t3，21世纪的战斗发动机（1）推重比为1520的发动机方案（2）超声速垂直起落战斗机装置ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit（1）提高发动机推重比）提高发动机推重比推重比为1520发动机与F100发动机相比，具有以下先进特点：风扇由3级减少为1级，并且采用先进气动设计，且为空心结构压气机由9级减为3级，转子为鼓筒式结构，采用金属基复合材料，重量比原来相比减少70%（或级间冷却）火焰筒材料为陶瓷基复合材料，大大提高出口温度和其均匀分布ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProN

20、extReturnExit高、低压涡轮均为单级，采用陶瓷基复合材料，重量比金属材料减少30%，T3温度可以高达2200K及以上综合以上条件，在结构上大大减少了风扇和压气机数量，采用了先进的复合材料，在重量上减轻了很多，推重比大大提高，因此新的发动机很可能不采用加力。尾喷管采用全方位矢量喷口ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExitProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExitProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProN

21、extReturnExit（2）超声速垂直起落战斗机动力装置目前只有两种亚声速垂直起降飞机，英国鹞式，前苏联的雅克-38原理：燃气通过可转向的喷管喷出和采用升力风扇。ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit4，运输机发动机的发展分军用民用两类，军用为涡桨，民用为涡扇，特点均为亚声速，耗油率低（1）2万daN以上的发动机一般用于250以上座级客机表1-3列出了三种90年代大涵道比涡扇发动机的主要参数ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExitProNextR

22、eturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit采用共同技术参数：采用高涵道比，高总增压比和较高涡轮前温度重量轻的无凸台风扇叶片设计，采用复合材料高效的三维叶轮机气动设计低污染燃烧室长寿命零件ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit1000020000daN的发动机1一般用于150250座级客机2主要代表：RR公司和PH公司的RB211-535和PW2000，用于波音7573表1-4列出了现役的CFM56和V2500发动机的参数ProNextReturnExit 航空发动机结

23、构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit10000daN的发动机用于小型客机或100130座级的客机代表：BR175、CFM56、PW6000参数见表1-5ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit5，21世纪运输机发动机的发展趋势（1）亚声速发动机采用超大涵道比，目的：提高推进效率和耗油率高循环参数核心机，目的：提高热效率发展：05年投入发动机比90年代耗油降低15%20%，飞机使用经济成本降低810%，到2015年投入发动机耗油预计降低30%，预计飞机成本提高1215%，表16 发展趋势ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit（2）超声速和高超声速的发动机特点：价格、高油耗、噪声和污染物排放机种：涡扇，组合发动机（涡轮和冲压）和冲压发动机研制中的涡扇发动机可以达到M=5ProNextReturnExit 航空发动机结构与原理航空发动机结构与原理 ProNextReturnExit6，直升机的发展(1)现役涡轴发动机（第四代）第三代为20世纪70年代末和80年代初投入使用。详细参数见1-8ProNextReturn