航空航天概论第三章课件.ppt

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1、1,第三章 飞行器动力系统,2,3.1 发动机的分类及特点,3,3.2 活塞式航空发动机,活塞式发动机的主要组成,4,3.2 活塞式航空发动机,活塞式发动机的工作原理,5,3.2 活塞式航空发动机,活塞式发动机的冷却方式（星形 X形 V形 直立式 对立式）,星形发动机,直立式发动机,V形发动机,6,3.2 活塞式航空发动机,直列4缸发动机,水平对置发动机,V形6缸发动机,7,3.2 活塞式航空发动机,8,3.2 活塞式航空发动机,活塞式发动机的辅助系统 进气系统 燃料系统 点火系统 冷却系统 启动系统 定时系统航空活塞式发动机主要性能指标 发动机功率:发动机可用于驱动螺旋桨的功率称为有效功率（

2、kW）功率重量比：发动机提供的功率和发动机重量之比（kW/kg）燃料消耗率(耗油率)：衡量发动机经济性的指标，产生1kW功率在每小时所消耗的燃料的质量（kg/kW/h),9,3.3 空气喷气发动机,10,高压燃气向后喷射过程使发动机产生向前的推力,11,燃气涡轮发动机,燃气涡轮发动机的核心机压气机 燃烧室 涡轮。涡轮喷气发动机 涡轮风扇发动机涡轮螺桨发动机 涡轮桨扇发动机涡轮轴发动机 垂直起落发动机,12,1、涡轮喷气发动机,涡轮喷气发动机的五个组成部分 进气道 压气机 燃烧室 涡轮机 尾喷管,13,1、涡轮喷气发动机,进气道系统整理进入发动机的气流，消除旋涡，保证发动机所需的空气量；将高速气

3、流逐渐降下来，尽量将动能转变为压力势能，保证压气机有良好的工作条件。进气道形状,14,涡轮喷气发动机进气道的布局位置,机头正面进气 两侧进气（机身、翼根）腹部进气 背部进气 短舱正面进气,15,涡轮喷气发动机进气道的布局位置,机头正面进气,16,涡轮喷气发动机进气道的布局位置,17,涡轮喷气发动机进气道的布局位置,18,涡轮喷气发动机进气道的布局位置,19,涡轮喷气发动机进气道的布局位置,20,1、涡轮喷气发动机,压气机 提高进入发动机燃烧室的空气压力。,21,1、涡轮喷气发动机,燃烧室燃料与高压空气混合燃烧的地方,22,1、涡轮喷气发动机,涡轮 将燃烧室出口的高温、高压气体的能量转变为机械能

4、，驱动压气机、风扇、螺旋桨和其他附件,23,1、涡轮喷气发动机,加力燃烧室 飞机突破音速的主要手段,24,1、涡轮喷气发动机,尾喷管 整理燃烧后的气流，燃气膨胀，加速喷出产生推力,25,2、涡轮螺桨发动机,螺旋桨提供拉力，燃气提供少量推力；低亚声速飞行时效率高，耗油率小，经济性能好,26,2、涡轮螺桨发动机,27,3、涡轮风扇发动机,能量损失小，耗油率低，经济性好，噪音水平低，效率高 起飞推力大。涵道比：外股气流与内股气流流量之比,28,3、涡轮风扇发动机,发展方向：低涵道比的军用加力发动机高涵道比、高涡轮前温度、高增压比的民用发动机,29,4、涡轮桨扇发动机,推进效率高，省油；适用于高亚音速

5、飞行,30,4、涡轮桨扇发动机,31,5、涡轮轴发动机,现代直升机的主要动力比活塞发动机易于启动、功率大、质量轻、体积小，振动小，噪声低，航程、速度、升限、装载量大；耗油率较大,32,5、涡轮轴发动机,美国AH-64“阿帕奇”武装直升机，世界十大武装直升机。引擎为两具通用电气T700涡轮轴发动机，安装在旋转轴的两旁，排气口位于机身较高处。,33,6、垂直起落发动机,可转喷口的涡轮扇发动机,34,6、垂直起落发动机,35,6、垂直起落发动机,X-32B是波音公司参与美国空军联合攻击战斗机（JSF）计划的验证机，但是最终败给了洛-马公司的X-35（F-35）,X-32B,F-35,X-32B,F-

6、35“闪电-II”型战斗机装备的是由普拉特-惠特尼公司研制的F-135发动机，最大推力达4万磅(超过18吨)-这使其成为有史以来最为强劲的战斗机发动机。与其前辈一样，F-135同样配备有矢量推力喷嘴。它不但可保障F-35具有非常高的机动性能，而且可缩短战机的起降距离。,36,冲压喷气发动机,组成进气道（扩压器）、燃烧室、尾喷管 特点：构造简单，质量轻，推重比大，成本低，高速状态(Ma2)下，经济性好，耗油率低；低速时推力小、耗油率高，工作范围窄，对飞行状况的变化敏感,37,冲压喷气发动机,X-43A飞机长3.65米，翼展1.5米，采用冲压式喷气发动机能从高空稀薄的大气中获取氧，保证推进器正常工

7、作。飞行速度9.7马赫，创造了接近十倍音速的新纪录。,一架B-52B重型轰炸机运载一架X-43A飞机和一枚“天马”助推火箭，与X-43A捆绑在一起的飞马火箭点火，将X-43A推至大约2.9万米的高空。接下来，X-43A发动机点火，独立飞行。,38,涡轮喷气发动机的工作状态,起飞状态：推力最大，发动机的转速和涡轮前温度都最高，允许工作510min。最大状态：起飞推力的85%90%，工作时间不超过30。额定状态：推力等稍低于最大状态，连续工作。巡航状态：起飞推力的65%75%，耗油率低，经济性好，连续工作。慢车状态：起飞推力的3%5%，稳定工作的最小转速状态，效率很低，允许工作510min。,39

8、,3.4 火箭发动机,不仅自带燃烧剂，而且自带氧化剂。火箭发动机的主要性能参数 推力(N)冲量和总冲 推力对工作时间的积分，反映了发动机工作能力的大小（Ns）比冲 发动机燃烧1kg推进剂所产生的能量（m/s),40,液体火箭发动机,液体火箭发动机的组成及工作原理 推进剂输送系统 流量调节控制活门推力室(喷注器、燃烧室、喷管)冷却系统,41,液体火箭发动机,推进剂输送系统功用：按要求的流量和压力向燃烧室输送推进剂,42,液体火箭发动机,推力室功用：将液体推进剂混合、燃烧，化学能转变成推力,43,液体推进剂,对推进剂的要求能量高良好的物理和化学安定性无毒性，对金属无腐蚀作用推进剂中有一组元传热性好

9、，可用来冷却推力室壁粘度小燃烧性能好经济性好、成本低,44,液体推进剂,主要的液体推进剂氧化剂 液氧O2 液氟F2 硝酸HNO3过氧化氢H2O2 四氧化二氮N2O4燃烧剂 液氢H2 航空煤油 肼及其衍生物N2H4(CH3)2N2H2 混胺,45,液体火箭发动机的优缺点,优点 比冲高，推力范围大，能反复起动，推力大小较易控制，工作时间长；固体推进剂性能稳定，可长期贮存。缺点 推进剂不宜长期贮存，作战使用性能差,46,固体火箭发动机,1、固体火箭发动机的组成及工作原理 组成药柱、燃烧室、喷管组件、点火装置,47,固体火箭发动机,2、固体火箭发动机的推进剂 药柱形状和特点,48,固体火箭发动机的优缺点,优点 结构简单，可靠性高；操作简便；固体推进剂性能稳定，可长期贮存。缺点 推进剂能量比液体推进剂低，比冲较小；工作时间短，燃烧室压力和工作时间对装药初始温度较敏感；推力大小、方向调节困难；重复起动困难，一般只能一次性工作。,49,固-液混合火箭发动机,1、固-液混合发动机的组成和工作原理2、固-液混合发动机的特点 混合推进剂性能较好；结构较简单；推力调节、重复起动方便,50,3.5 组合发动机,火箭发动机与冲压发动机组合,51,3.5 组合发动机,涡轮喷气发动机与冲压发动机组合 火箭发动机与涡轮喷气发动机组合,52,3.6 非常规推进系统,电推进系统 核推进系统 太阳能推进系统,