1、功能：为航空器提供动力，推动航空器前进。功能：为航空器提供动力，推动航空器前进。重要性：航空发动机是飞机性能、可靠性和重要性：航空发动机是飞机性能、可靠性和成本的决定性因素，发动机加燃油的重量占成本的决定性因素，发动机加燃油的重量占战斗机战斗机/ /轰炸机轰炸机/ /运输机起飞重量的运输机起飞重量的40%60%,40%60%,其寿命期费用占整个飞机其寿命期费用占整个飞机20%60%20%60%。空客空客A340A340最大起飞重量最大起飞重量275t275t：发动机：发动机4 4台台8t,8t,燃燃油重量：油重量：120t120t航空发动机是飞机的航空发动机是飞机的“心脏心脏”3航空发动机的发
2、展概况航空发动机的发展概况 一、一、 19031903年年1212月月1717日日, ,莱特兄弟完成了人类历史上第一架莱特兄弟完成了人类历史上第一架有动力、载人、稳定、可操纵的重于空气的飞行器首次成功有动力、载人、稳定、可操纵的重于空气的飞行器首次成功飞行。飞行。航空发动机的发展概况航空发动机的发展概况 发动机：自制的一台发动机：自制的一台4 4缸缸、水冷式水冷式航空活塞式发动机，可航空活塞式发动机，可产生产生12hp12hp的功率。的功率。航空发动机的发展概况航空发动机的发展概况 随后约随后约1010年时间，由于人年时间，由于人们主要探索带动力飞行器的操们主要探索带动力飞行器的操纵性和稳定性
3、问题，对飞行器纵性和稳定性问题，对飞行器的的 飞行速度、航程和载重要飞行速度、航程和载重要求并不是很重视，在加上当时求并不是很重视，在加上当时的航空活塞式发动机功率为的航空活塞式发动机功率为2080hp2080hp，基本满足要求。，基本满足要求。19091909年横渡英吉利海峡的飞机年横渡英吉利海峡的飞机即采用一台即采用一台三缸星型三缸星型安扎尼航安扎尼航空发动机，功率为空发动机，功率为25hp25hp。航空发动机的发展概况航空发动机的发展概况7二、中国第一个飞行家二、中国第一个飞行家- -冯如冯如 19091909年年9 9月月2121日，日， 一架采用功率为一架采用功率为3030马力马力的
4、活塞发动机，螺旋桨转速为的活塞发动机，螺旋桨转速为1200r/min1200r/min. . 一架为双翼鸭式布局，发动机功率为一架为双翼鸭式布局，发动机功率为7575马力马力，采用，采用推进式螺旋桨推进式螺旋桨。航空发动机的发展概况航空发动机的发展概况8第一次世界大战：第一次世界大战： 促使大功率高可靠性航空发动机的发展。功率由促使大功率高可靠性航空发动机的发展。功率由75kW提高提高到到313kW,功重比提高到功重比提高到0.77kW/daN,飞行速度由飞行速度由100km/h提高提高到到200km/h。发动机结构从气冷式旋转汽缸式转到水冷。发动机结构从气冷式旋转汽缸式转到水冷6/8缸直缸直
5、列式。列式。三、活塞式发动机在两次世界大战中发展三、活塞式发动机在两次世界大战中发展航空发动机的发展概况航空发动机的发展概况 大战结束后，民用航空事业迅速发展，此时航空发动机除大战结束后，民用航空事业迅速发展，此时航空发动机除增加功率外：还取得三项重要发展：增加功率外：还取得三项重要发展：一是采用增压器一是采用增压器二是采用了变距螺旋桨二是采用了变距螺旋桨三是出现了星型气冷式航空发动机三是出现了星型气冷式航空发动机9三、活塞式发动机在两次世界大战中发展三、活塞式发动机在两次世界大战中发展第二次世界大战之间：第二次世界大战之间： 航空活塞式发动机性能趋于完善，最大功率达航空活塞式发动机性能趋于完
6、善，最大功率达1800hp1800hp，飞机速度达到，飞机速度达到764km/h764km/h，高度，高度10033m10033m，但继，但继续提高飞机的性能，活塞发动机已无能为力了。续提高飞机的性能，活塞发动机已无能为力了。航空发动机的发展概况航空发动机的发展概况航空发动机的发展概况航空发动机的发展概况 黄蜂系列发动机：普惠黄蜂系列发动机：普惠公司于公司于2020世纪世纪3030年代到年代到5050年年代开发的一系列气冷代开发的一系列气冷星型星型活活塞发动机塞发动机的俗称。的俗称。11 航空发动机的发展概况航空发动机的发展概况12 第二次世界大战期间：第二次世界大战期间： 英国的英国的“梅林
7、梅林”发动机，发动机，V V型型1212缸，缸，1120kW,1120kW,配配“飓飓风风”、“喷火喷火”和和“野马野马”战斗机。战斗机。“野马野马”战斗机飞战斗机飞行速度达行速度达760km/h,760km/h,飞行高度飞行高度达达15000m15000m。 第二次世界大战后：第二次世界大战后： 设计研制设计研制370kW370kW以下的小以下的小发动机。发动机。 航空发动机的发展概况航空发动机的发展概况13 目前活塞发动机的使用情况目前活塞发动机的使用情况- -教练机：塞斯纳；钻石飞机教练机：塞斯纳；钻石飞机航空发动机的发展概况航空发动机的发展概况14 目前活塞发动机的使用情况目前活塞发动
8、机的使用情况- -教练机：塞斯纳；钻石飞机教练机：塞斯纳；钻石飞机航空发动机的发展概况航空发动机的发展概况15二、进入喷气时代二、进入喷气时代英国空军少校惠特尔：英国空军少校惠特尔： 19031903年年1 1月月1616日申请了一项飞机日申请了一项飞机推进专利，推进专利，19371937年年4 4月月1212日成功研日成功研制了世界第一台离心涡轮喷气发动制了世界第一台离心涡轮喷气发动机机,1941,1941年年4 4月配格洛斯特飞机首次月配格洛斯特飞机首次飞行。飞行。德国人欧海因：德国人欧海因： 19371937年年9 9月台架试验成功涡喷发月台架试验成功涡喷发动机动机HeS1,1939He
9、S1,1939年改型为年改型为HeS3BHeS3B，19391939年年8 8月月2727日配日配He178He178飞机进行了飞机进行了世界上首次喷气发动机飞行试验。世界上首次喷气发动机飞行试验。航空发动机的发展概况航空发动机的发展概况16三、进入喷气时代三、进入喷气时代 1937 1937年年4 4月月1313日，这台双面离心式日，这台双面离心式压气机、压气机、1010个单管燃烧室的燃气涡轮个单管燃烧室的燃气涡轮喷气发动机在试车台上运转起来；转喷气发动机在试车台上运转起来；转速达到了速达到了1175011750转转/ /分，发出推力分，发出推力545545公公斤斤(5340(5340牛顿牛
10、顿) )。该发动机从设计、制造。该发动机从设计、制造到运转成功，仅花了不到两年的间。到运转成功，仅花了不到两年的间。航空发动机的发展概况航空发动机的发展概况 战斗机：又称歼击机，是用于在空中消灭敌方飞战斗机：又称歼击机，是用于在空中消灭敌方飞机和巡航导弹的军用飞机；按重量分，战斗机可分为机和巡航导弹的军用飞机；按重量分，战斗机可分为重型（重型（20t20t）和轻型（）和轻型（1518t1518t）两种；研制水平代表）两种；研制水平代表了航空科学技术的发展。了航空科学技术的发展。第一代喷气式战斗机第一代喷气式战斗机美国美国F-80第一代喷气式战斗机第一代喷气式战斗机苏联米格苏联米格-15 尼恩发
11、动机的改型，推力在2200公斤左右，总增压比5左右，推重比23，耗油率0.1kg/N h采用离心式压气机，创造过当时1080千米/小时的飞行记录。前苏联前苏联VK-1美国美国J47第二代喷气式战斗机第二代喷气式战斗机苏联米格苏联米格-21第二代喷气式战斗机第二代喷气式战斗机美国美国F-104J57-发动机发动机最大推力最大推力4540公斤，加公斤，加力推力力推力7170公斤公斤R-13发动机发动机最大推力最大推力5100公斤，加公斤，加力推力力推力6600公斤公斤第三代美国第三代美国F-15第三代美国第三代美国F-16第三代苏联第三代苏联Su-27第三代法国幻影第三代法国幻影-2000F110
12、-发动机发动机最大推力公斤最大推力公斤8400，加，加力推力力推力12000公斤，耗油公斤，耗油率率0.7kg/daNh，加力，加力2.02kg/daNh，推重比，推重比7R-13发动机发动机最大推力最大推力8400公斤，加公斤，加力推力力推力12000公斤，耗油公斤，耗油率率0.795kg/daNh，加力，加力2.0kg/daNh，推重比，推重比7F/A-22猛禽猛禽与与F-15相比每飞行小时的维修工时降低相比每飞行小时的维修工时降低70%，综合作战效能提高大约，综合作战效能提高大约10倍倍F-135-发动机发动机技术参数未知技术参数未知 首架涡轮螺旋桨客机首架涡轮螺旋桨客机-子爵号，飞行速
13、子爵号，飞行速度度550千米千米/小时，小时，载客人数载客人数75人，人，航程航程2750km，生产了生产了400架。架。首架涡轮喷气客机首架涡轮喷气客机-彗星号彗星号飞行速度飞行速度800千米千米/小时小时 波音首架波音首架4喷射引擎发动民航客机，最大飞行速度喷射引擎发动民航客机，最大飞行速度966千米千米/小时，巡航小时，巡航886千米千米/小时，小时，载客人数载客人数210260人，人，航程航程9800km，生产了生产了1020架。架。 JT3D采用了双轴前风扇设计，地面台架最大推力采用了双轴前风扇设计，地面台架最大推力80千牛千牛，高空巡，高空巡航推力航推力20千牛千牛，推重比，推重比
14、4.22，函道比，函道比1.37，压气机总增压比，压气机总增压比13.55，风扇，风扇总增压比总增压比1.74。波音波音707原来装原来装JT3C涡喷发动机，与涡喷发动机，与JT3C相比，相比，JT3D起飞推力增起飞推力增大大50%，巡航推力增大，巡航推力增大27%，巡航耗油率降低，巡航耗油率降低13%，由此给飞机带来的，由此给飞机带来的改进是：最大航程增加改进是：最大航程增加27.6%，爬升率提高，爬升率提高110%，最大巡航速度提高，最大巡航速度提高8.2%，起飞滑跑距离减小，起飞滑跑距离减小29.4%。 波音波音747747：: :一种双层客舱四发动机飞机，是世界上最易识别的客机一种双层
15、客舱四发动机飞机，是世界上最易识别的客机之一，亦是全世界首款生产的宽体民航客机，由美国波音民用飞机集团之一，亦是全世界首款生产的宽体民航客机，由美国波音民用飞机集团制造。波音制造。波音747747原型大小是原型大小是19601960年代被广泛使用的波音年代被广泛使用的波音707707的两倍。的两倍。19651965年年8 8月开始研制，自月开始研制，自19701970年投入服务后，一直是全球最大的民航机，垄年投入服务后，一直是全球最大的民航机，垄断着民用大型运输机的市场，到断着民用大型运输机的市场，到A380A380投入服务之前，波音投入服务之前，波音747747保持全世保持全世界载客量最高飞
16、机的纪录长达界载客量最高飞机的纪录长达3737年。年。 20世纪世纪60 年代中期，普惠开始为新一代大型宽体客机研制全新的发年代中期，普惠开始为新一代大型宽体客机研制全新的发动机构造动机构造 - 具有高涵道比的涡扇发动机，此举造就的是采用许多先进技具有高涵道比的涡扇发动机，此举造就的是采用许多先进技术的术的 JT9D 发动机。率先采用了许多增进燃油效率及发动机可靠度的技术，发动机。率先采用了许多增进燃油效率及发动机可靠度的技术，也是首个应用于宽体客机的高涵道比的涡扇发动机。也是首个应用于宽体客机的高涵道比的涡扇发动机。 JT9D 发动机从发动机从 1970 年随年随 B747 踏入民航界服务，
17、推力范踏入民航界服务，推力范 围围 48000 磅磅 56000 磅，作为空客磅，作为空客 A300 、 A310 、波音、波音 B767 、 B747 、道格拉斯、道格拉斯 DC10 选装发动机。选装发动机。 JT9D 系列已在系列已在 1990 年停年停 产产1 1， 一个罗尔斯一个罗尔斯- -罗伊斯罗伊斯TrentTrent系列发系列发动机的造价相当于五百辆私家车，但动机的造价相当于五百辆私家车，但是提供的马力却超过了是提供的马力却超过了950950辆私家车。辆私家车。看来还是买看来还是买TrentTrent发动机来的划算。发动机来的划算。2 2，TrentTrent发动机里面的涡轮扇叶
18、在飞发动机里面的涡轮扇叶在飞机起飞时，每个叶片要承受机起飞时，每个叶片要承受10001000吨的吨的负载，相当于每个叶片上面挂着一辆负载，相当于每个叶片上面挂着一辆货运火车。货运火车。3 3，TrentTrent 900900 发动机中的最高温度是发动机中的最高温度是太阳表面温度的一半。太阳表面温度的一半。4 4，TrentTrent 900900 发动机的压气机气压比发动机的压气机气压比是是1:391:39。这是什么概念呢？如果飞机。这是什么概念呢？如果飞机在地面附近飞行的时候，发动机中压在地面附近飞行的时候，发动机中压气机后面的压力是气机后面的压力是3939个大气压。个大气压。3939大大
19、气压相当于海底气压相当于海底400400米左右的压力。米左右的压力。5 5，当，当A380A380飞行时，它机翼下的每台飞行时，它机翼下的每台发动机的进气量相当于发动机的进气量相当于1616万人在同时万人在同时呼吸。呼吸。6 6，你如果想从北京去巴黎，乘坐空，你如果想从北京去巴黎，乘坐空客客A380A380和开汽车所用的燃油量基本相和开汽车所用的燃油量基本相同。可是同。可是A380A380却快多了。却快多了。专门为协和飞机长时间专门为协和飞机长时间进行进行超音速巡航超音速巡航而设计，而设计，曾是当时世界上推力最曾是当时世界上推力最大涡喷发动机，每具可大涡喷发动机，每具可产生多达产生多达18.7
20、18.7吨的推力，吨的推力，同时也是西方国家唯一同时也是西方国家唯一一种带有加力燃烧室的一种带有加力燃烧室的民用涡喷发动机。民用涡喷发动机。D-18T起飞推力为起飞推力为23400千克力，发动机干重为千克力，发动机干重为4100千克千克JT15D 推力推力889daN九寨发动机：九寨发动机：长度：158-170厘米 直径：最大：78厘米 净重：248-370公斤最大推力 ：起飞推力：1050kg燃油消耗 ：0.9KG/KW.H 推力与重量比 ： 4:1 大修循环间隔：800h小时目前应用在巡航导弹和无人机54航空活塞动力装置航空活塞动力装置55航空燃气涡轮动力航空燃气涡轮动力装置装置56航航空
21、空发发动动机机活塞式发动机活塞式发动机星型发动机星型发动机涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机涡轮风扇发动机涡轮风扇发动机燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机涡轮螺旋桨发动机涡轮螺旋桨发动机直列型发动机直列型发动机涡轮轴发动机涡轮轴发动机航空发动机的基本类型航空发动机的基本类型58 航空活塞动力装置：航空活塞动力装置：功率小功率小经济性好经济性好主要用于：低空低速的通用飞机主要用于：低空低速的通用飞机 航空燃气涡轮动力装置：航空燃气涡轮动力装置：重量轻、推力（功率）大重量轻、推力（功率）大耗油率高耗油率高燃烧稳定性差燃烧稳定性差使用成本高使用成本高主要内容第第1章章航空发动机概述航空发动机概述 纵观航空发展的
22、历史，尤其是民用航空发展的历史，纵观航空发展的历史，尤其是民用航空发展的历史，我们可以看出，航空发动机在促进航空发展、保障飞行安我们可以看出，航空发动机在促进航空发展、保障飞行安全上的地位和作用都是很重要的。在学习航空发动机的知全上的地位和作用都是很重要的。在学习航空发动机的知识之前，首先要对航空发动机有个一般性的了解识之前，首先要对航空发动机有个一般性的了解 第1章 概述主要内容主要内容1、性能参数、性能参数2、航空发动机的可靠性、航空发动机的可靠性3、航空发动机的寿命、航空发动机的寿命性性能能参参数数 包括：包括：推重比推重比、功重比功重比、耗油率耗油率、加速性及高加速性及高空空性性。 推
23、重比推重比：只在海平面条件下，航空发动机产生的：只在海平面条件下，航空发动机产生的推推力力与与自身重量自身重量的比值；反映了航空发动机单位重量的比值；反映了航空发动机单位重量所产生的推力。所产生的推力。功重比功重比：航空发动机产生的：航空发动机产生的功率功率与与自身重量自身重量的比值。的比值。反映反映了每产生了每产生单位马力的功率所需负担航空发动机单位马力的功率所需负担航空发动机的重量。的重量。耗油率耗油率：指航空发动机在单位时间产生单位推力：指航空发动机在单位时间产生单位推力（功率）所消耗的（功率）所消耗的燃油量燃油量。单位。单位kg/(kg/(daNdaNh) )。性性能能参参数数加速性加
24、速性：指快推油门时航空发动机推力（或功率）：指快推油门时航空发动机推力（或功率）上升快慢上升快慢的程度，通常以的程度，通常以慢车转速慢车转速增加到增加到最大转速最大转速所需的最短时间来衡量。所需的最短时间来衡量。主要影响主要影响起飞越障能力起飞越障能力和和复飞性能复飞性能。活塞式发动机加速性：活塞式发动机加速性：24s喷气式发动机加速性：喷气式发动机加速性：515s 包括：包括：推重比推重比、功重比功重比、耗油率耗油率、加速加速性及高性及高空性空性。 性性能能参参数数高空性高空性：指航空发动机的：指航空发动机的性能性能随随飞行高度飞行高度增加而下增加而下降的程度。降的程度。主要影响飞机的主要影
25、响飞机的实用升限实用升限。活塞式发动机加速性：活塞式发动机加速性：7km以下以下喷气式发动机加速性：喷气式发动机加速性： 30km以下以下 包括：包括：推重比推重比、功重比功重比、耗油率耗油率、加速加速性及高性及高空性空性。 可可靠靠性性 指航空发动机在各种指航空发动机在各种工作条件工作条件和和外界环境外界环境下，在下，在规定的规定的寿命期寿命期内完成其规定性能的能力。内完成其规定性能的能力。 空中停车率空中停车率和和提前换发率提前换发率是衡量民用航空发动机是衡量民用航空发动机可靠性的参数。可靠性的参数。 目前，民用航空发动机的机上平均寿命可达到目前，民用航空发动机的机上平均寿命可达到2 2万
26、多小时万多小时，相当于一天，相当于一天2424小时连续飞行小时连续飞行2 2年年以上，按以上，按正常使用时间计算（正常使用时间计算（每天每天6 6小时小时），一台发动机可连），一台发动机可连续使用续使用9 9年以上不拆下翻修年以上不拆下翻修。发动机。发动机每飞行每飞行10001000小时小时的空中停车率只有的空中停车率只有0.0020.0050.0020.005次次，相当于使用，相当于使用228228年年才停车一次。才停车一次。维维修修性性 指航空发动机指航空发动机在规定条件下，在规定的时间内，在规定条件下，在规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复
27、航空发保持或恢复航空发动机性能的能力动机性能的能力 航空发动机零件航空发动机零件数量多数量多，系统复杂系统复杂，工作条件恶工作条件恶劣劣，容易出现问题，出现故障后对飞行安全造成的危，容易出现问题，出现故障后对飞行安全造成的危害较大。提高航空发动机的维修性，可以确保飞行安害较大。提高航空发动机的维修性，可以确保飞行安全和飞行任务的完成。全和飞行任务的完成。 如如B747B747飞机，航班延误飞机，航班延误1 1分钟分钟，公司损失，公司损失18001800美元美元，取消一次航班造成取消一次航班造成5 5万美元万美元的损失，而耗油率的损失，而耗油率降低降低0.05%0.05%，每台发动机获益约，每台
28、发动机获益约17001700美元美元。 在航空发动机行业中，通常采用航空发动机每飞在航空发动机行业中，通常采用航空发动机每飞行小时直接维修工时，更换航空发动机时间、外场可行小时直接维修工时，更换航空发动机时间、外场可更换组件等参数来衡量航空发动机的维修性。更换组件等参数来衡量航空发动机的维修性。维维修修性性寿寿命命 过去过去：从新航空发动机：从新航空发动机出厂出厂到航空发动机到航空发动机退役或退役或报废报废时航空发动机的总工作时间称为时航空发动机的总工作时间称为总寿命总寿命。 现代：现代：航空发动机多采用单元体结构并采用视情航空发动机多采用单元体结构并采用视情维修的概念。这样航空发动机的寿命并不是指整台发维修的概念。这样航空发动机的寿命并不是指整台发动机，而是指其中的某些关键零部件。动机，而是指其中的某些关键零部件。 航空发动机的总寿命或零部件的寿命主要以航空航空发动机的总寿命或零部件的寿命主要以航空发动机发动机工作小时数工作小时数或或循环次数循环次数表示。表示。第第1 1章章 民用航空发动机民用航空发动机- -概述概述其其他他要要求求环境污染小环境污染小包容性好包容性好吞冰吞水能力强吞冰吞水能力强抗鸟撞能力强抗鸟撞能力强
