当代-航空发动机的发展历史和趋势课件

10/27/20221-10/21/20221-10/27/20222-10/21/20222-10/27/20223-10/21/20223-航空发动机原理与构造10/27/20224-航空发动机原理与构造10/21/20224-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10/27/20225-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10/27/20226-一、课程教学大纲说明本课程与其它课程的联系10/21/202一、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10/27/20227-一、课程教学大纲说明课程的作用与任务10/21/20227一、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10/27/20228-一、课程教学大纲说明考核方法10/21/20228-二、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10/27/20229-二、课堂要求课堂纪律10/21/20229-三、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10/27/202210-三、课程主要内容航空发动机的历史回顾10/21/2022101.1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10/27/202211-1.1人类的飞天之梦两千多年前的风筝10/21/20221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

10/27/202212-关于民间神话传说嫦娥奔月（图1）10/21/202212-图1嫦娥奔月

图2舜帝的斗笠图3达·芬奇笔下的"扑翼机"

10/27/202213-图1嫦娥奔月图2舜帝的斗笠图3达·芬奇笔下的"扑翼机气球、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

10/27/202214-气球、飞艇、无动力的滑翔机飞上天有三种基本的途径：10/2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10/27/202215-补充：关于飞机发动机的知识飞机的组成？10/21/20221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

10/27/202216-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10/27/202217-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10/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

10/27/202218-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：10/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10/27/202219-活塞式发动机时期早期飞机动力源问题的解决过程10/21/活塞式发动机10/27/202220-活塞式发动机10/21/202220-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

10/27/202221-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10/27/202222-活塞式发动机时期活塞式发动机的发展10/21/202222-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10/27/202223-活塞式发动机时期活塞式发动机固有的缺陷10/21/20222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。

10/27/202224-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。10/27/202225-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10/27/202226-10/21/202226-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－S3B10/27/202227-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1010/27/202228-10/21/202228-10/27/202229-10/21/202229-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-0041942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）10/27/202230-涡轮喷气发动机1939年8月27日率先装在亨克尔公司的He-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10/27/202231-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5～660年代中期用于M3飞机的J58和R-3170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10/27/202232-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10/27/202233-涡扇发动机涡扇发动机的发展来自于民用发动机10/21/20210/27/202234-10/21/202234-10/27/202235-10/21/202235-10/27/202236-10/21/202236-10/27/202237-10/21/202237-10/27/202238-10/21/202238-10/27/202239-10/21/202239-10/27/202240-10/21/202240-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-27

10/27/202241-军用涡扇发动机20世纪60年代10/21/202241-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”/M88F-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。10/27/202242-目前，推重比10涡扇发动机投入服役10/21/202242-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。10/27/202243-民用发动机的研制20世纪70年代10/21/202243-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10/27/202244-目前，普·惠公司正在研制新一代涡扇发动机PW8000齿轮传动发动机GE90－115B 波音777-300ER大型双发旅客机10/27/202245-发动机GE90－115B 波音777-10/27/202246-10/21/202246-活塞式发动机10/27/202247-活塞式发动机10/21/202247-喷气发动机的早期设想10/27/202248-喷气发动机的早期设想10/21/202248-10/27/202249-10/21/20221-10/27/202250-10/21/20222-10/27/202251-10/21/20223-航空发动机原理与构造10/27/202252-航空发动机原理与构造10/21/20224-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10/27/202253-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10/27/202254-一、课程教学大纲说明本课程与其它课程的联系10/21/202一、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10/27/202255-一、课程教学大纲说明课程的作用与任务10/21/20227一、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10/27/202256-一、课程教学大纲说明考核方法10/21/20228-二、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10/27/202257-二、课堂要求课堂纪律10/21/20229-三、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10/27/202258-三、课程主要内容航空发动机的历史回顾10/21/2022101.1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10/27/202259-1.1人类的飞天之梦两千多年前的风筝10/21/20221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

10/27/202260-关于民间神话传说嫦娥奔月（图1）10/21/202212-图1嫦娥奔月

图2舜帝的斗笠图3达·芬奇笔下的"扑翼机"

10/27/202261-图1嫦娥奔月图2舜帝的斗笠图3达·芬奇笔下的"扑翼机气球、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

10/27/202262-气球、飞艇、无动力的滑翔机飞上天有三种基本的途径：10/2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10/27/202263-补充：关于飞机发动机的知识飞机的组成？10/21/20221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

10/27/202264-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10/27/202265-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10/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

10/27/202266-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：10/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10/27/202267-活塞式发动机时期早期飞机动力源问题的解决过程10/21/活塞式发动机10/27/202268-活塞式发动机10/21/202220-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

10/27/202269-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10/27/202270-活塞式发动机时期活塞式发动机的发展10/21/202222-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10/27/202271-活塞式发动机时期活塞式发动机固有的缺陷10/21/20222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。

10/27/202272-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。10/27/202273-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10/27/202274-10/21/202226-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－S3B10/27/202275-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1010/27/202276-10/21/202228-10/27/202277-10/21/202229-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-0041942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）10/27/202278-涡轮喷气发动机1939年8月27日率先装在亨克尔公司的He-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10/27/202279-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5～660年代中期用于M3飞机的J58和R-3170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10/27/202280-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10/27/202281-涡扇发动机涡扇发动机的发展来自于民用发动机10/21/20210/27/202282-10/21/202234-10/27/202283-10/21/202235-10/27/202284-10/21/202236-10/27/202285-10/21/202237-10/27/202286-10/21/202238-10/27/