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1、第4章 航空动力,概述,航空动力系统,作用：为航空器提供动力，推动航空器前进的装置，也称航空推进系统。组成：航空发动机及所必需的系统和附件，如燃油系统、滑油系统、点火系统、启动系统和防火系统等。,航空动力装置-分类1,按作用力原理：直接反作用力动力装置利用向后喷射高速气流产生向前的反作用力来推进飞行器，又叫喷气式发动机。间接反作用力动力装置由发动机带动飞机的螺旋桨、直升机的旋翼旋转对空气作功使空气加速向后、向下流动时，空气对螺旋桨产生反作用力来推进飞行器。,航空动力装置分类1,牛顿第三定律：作用在物体上的每一个力都有一方向相反大小相等的反作用力。生活案例现象：燃放爆竹充气的气球放出空气或气体时
2、。物体沿着与（尾部火药）喷气相反的方向急速飞走。,航空动力装置分类1,直接反作用力装置（喷气发动机）火箭发动机组合发动机冲压喷气发动机涡轮风扇发动机涡轮喷气发动机,航空动力装置分类1,火箭发动机,火箭工作时间短、控制困难等原因，不适于作飞机的动力,航空动力装置分类1,组合发动机,航空动力装置分类1,冲压喷气发动机,协和号飞机的继任者-洛克希德-马丁公司设计的超音速绿色飞机,航空动力装置分类1,涡轮风扇发动机,F404涡扇发动机,航空动力装置分类1,涡轮喷气发动机,航空动力装置分类1,间接反作用力动力装置涡轮轴发动机涡轮螺旋桨发动机桨扇发动机活塞式发动机航空电动机,航空动力装置分类1,涡轮轴发动
3、机,英、法合作生产的装有两台涡轮轴发动机的“山猫”多用途直升机,航空动力装置分类1,涡轮轴螺旋桨发动机,运-7,航空动力装置分类1,桨扇发动机,安-70,航空动力装置分类1,活塞式发动机,初教-6,航空动力装置分类1,航空电动机,德国Microdrones公司 研制的MD4-200四旋翼飞行器系统,航空动力装置分类2,按空气是否参加发动机工作来分：吸气（活塞）式发动机、火箭喷射式发动机。吸气（活塞）式发动机：活塞式、冲压喷气式和燃气涡轮（组合）式发动机；火箭喷射式发动机：化学火箭、核火箭和电火箭发动机。,航空动力装置分类2,航空动力装置分类2,吸气（活塞式）发动机组合发动机冲压喷气发动机活塞式
4、发动机,国产大飞机发动机“长江”CJ-1000A,航空动力装置-分类2,燃气涡轮发动机涡轮风扇发动机涡轮喷气发动机涡轮轴发动机涡轮螺旋桨发动机桨扇发动机,航空动力装置发展简史,活塞式发动机1885年，莱特兄弟（美）在技师泰勒的帮助下，设计制造了一台活塞式汽油发动机；1903年将这种发动机和螺旋桨装于莱特兄弟制造的一架双翼飞机，完成人类历史上的首次有动力的飞行，开创飞行的新纪元。从二十世纪初到二十世纪四十年代中期，所有带动力的飞行器都以活塞式发动机/螺旋桨为动力装置。,航空动力装置发展简史,燃油涡轮发动机1913年，雷恩.洛兰（法）提出冲压喷气发动机的设计，并获得专利。因条件所限，喷气推进只是空
5、想。1930年，弗兰克.惠特尔（英）获得燃气涡轮发动机专利，这是第一个使用喷气发动机设计。11年后，他设计的发动机首次飞行，从而成为涡轮喷气发动机的鼻祖。,航空动力装置发展简史,燃油涡轮发动机1936年，德国人汉斯.冯.奥海因 博士完成研制界上第一台离心式喷气发动机 HeS-3A。该发动机的发展型 HeS-3B 装在首架喷气式飞机亨克尔He-178 上，1939年8月27日完成首飞，飞行速度达到700 km/h。1942年，德国人海尔伯特 瓦格纳(Herbert Wagner)教授完成世界上第一台轴流燃气涡轮发动机的研制，最终设计定型为容克 Jumo 004 涡喷发动机，推力882daN，用作
6、二战时期德国著名的Me-262双发喷气式战斗机的动力。,航空动力装置发展简史,燃气涡轮发动机涡喷：最早的燃气涡轮发动机,早期广泛用于军用飞机和巡航导弹以及民用客机。目前，中型涡喷发动机仍在一些轻型战斗/攻击机和教练机上继续使用，小型的涡轮喷气发动机则用于巡航导弹、靶机和无人机上。,航空动力装置发展简史,燃油涡轮发动机为了使喷气式飞机能在高亚音速中实现低油耗飞行，20 世纪60年代出现了涡轮风扇发动机，目前广泛用于大型民航运输飞机的唯一动力装置。,航空动力装置发展简史,发动机在飞机上的安装位置,发动机在飞机上的安装位置,活塞发动机和涡轮螺桨发动机的安装位置安装数目：一台、两台或四台；安装布局：拉
7、进式（螺旋在前），装在机头或机翼前缘，降低机翼上所受的载荷，使用广泛；推进式，发动机装于机翼后沿或机身后段。目前使用较少。地效飞机：将发动机安装在垂尾，降低机身离地面高度，可在起飞时充分利用地面效应。,发动机在飞机上的安装位置,一台涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机的安装位置装在机身后段或机身下部。优点：有利于维护修理，还可让出机身短舱或前段的空间，容纳人员和武器装备。常用于战斗机。,发动机在飞机上的安装位置,两台涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机的安装位置常见方法：两台发动机各装在一只短舱内。优点：机身空间大，装载的人员和设备多；对机翼能起减少载荷的作用。运输机或轰炸机局限：构造比较复杂，增大阻力和
8、降低机翼的后掠作用。第二种方法：发动机装在机翼下的吊舱内。有点：减少短舱和机翼的干扰，有利提高最大举力系数；防火性能较好；可采用全翼展的襟翼。另外，由予短舱离地近，维护比较方便。运输机或轰炸机局限：易于吸入尘土。,发动机在飞机上的安装位置,两台涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机的安装位置第三种方法：两台发动机并列在后机身外部的两侧，即尾吊式。多用于运输机或轰炸机。优点：座舱内噪音小，机翼上没有东西(如短舱)干扰，气动性能较好；进气和排气通道较短，因而能量的损失较少。局限：构造比较复杂；比较重。第四种方法：动机左右并列（或上下叠置）安装在后机身的内部。优点：在单发飞行时，由于两边推力不平衡而引起的使
9、机头偏向一边的力矩比较小；多用于战斗机。局限：发动机所占机身的容积很大，不利于装载其他的设备。,发动机在飞机上的安装位置,发动机在飞机上的安装位置,三台涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机的安装位置（多用于运输机）方法1：两台发动机并列装在机身后段（也可固定于气密座舱之外），另一台装在垂直尾翼上。优点：在发动机发生故障，涡轮损坏，被强大的离心力摔开的碎片不致破坏飞机的主要受力构件，比较安全。方法2：两台涡轮风扇发动机安装在机翼下的吊舱内，另一台安装在垂直尾翼内。特点和安装情况和装有吊舱的及垂直尾翼中安装一台的情况相似。,发动机在飞机上的安装位置,四台涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机的安装位置方法1：四
10、台发动机都置于机翼下的吊舱内，多用于运输机，偶尔用于轰炸机。方法2：四台发动机都并列在机身后段外部的两侧(尾吊式)，特点与两台发动机尾吊式相近。方法3：发动机安装在靠近机身的机翼内部，每边放两台。局限：构造复杂。优点：一台发动机停车时，可减小偏航力矩，还可消除或削弱短舱和机身的干扰作用。方法4：四台喷气发动机每两台成为一组，安装在机翼的底部，发动机短舱的剖面呈长方形的，上下表面形成飞机结构的一部分。,发动机在飞机上的安装位置,中国尾吊式预警机（涡桨/喷气复合式推进）,发动机在飞机上的安装位置,B52亚音速战略重型轰炸机装有八台喷气发动机，每两台成一组，装在机翼下面的4只吊舱中，安装位置和固定的
11、特点与四个吊舱的飞机相似。,航空发动机的工作（推力）状态,以波音-737为例：TO/GA（起飞/复飞推力）最大连续推力 最大爬升推力 最大巡航工作状态 慢车工作状态简单的说：最大状态、过渡状态（中间状态）、巡航状态、慢车状态。,航空发动机的工作（推力）状态,最大推力又名起飞（复飞）推力状态（TO/GA）。属于全加力状态即100%的发动机推力状态，是工作条件最恶劣的状态。特点：涡轮入口的温度可达1450摄氏度，一般只允许使用5min，有的允许10min。为了延长发动机寿命，节省维修费用，要求使用时间越短越好。,航空发动机的工作（推力）状态,推力：发动机对空气进行加速，而产生的反作用力，即发动机的
12、推力。增大推力的方法：增大空气流量或增大排气速度。运输机大约是起飞重量的0.25倍，战斗机大约是倍。,航空发动机的工作（推力）状态,推重比/功重比发动机推力与发动机重量(力)或飞机重量(力)之比，表示发动机或飞机单位重量(力)所产生的推力。发动机在海平面静止条件下於最大推力状态(加力发动机为全加力状态)所产生的推力与发动机结构重量(力)之比称为发动机推重比，是发动机的重要性能指标之一。飞机推重比越大 油耗越少 或者说能量消耗越少,航空发动机的工作（推力）状态,最大连续推力（MCT）指发动机能够连续保持的最大推力，正常情况不用这种推力。使用条件：在发动机一发失效时，根据情况决定是否使用。一发故障
13、后继续起飞 工作，发动机使用起飞推力达到规定时间限制后改用此状态；航路中一发故障飞机，但前方有较高障碍物需要保持尽可能高的高度越障，可采用最大连续推力状态进行飘降。,航空发动机的工作（推力）状态,最大爬升推力飞机在某一高度上，以最大油门状态，按不同爬升角爬升，能达到的最大的爬升率称为该高度上的“最大爬升率”。此时的飞行速度为“快升速度”。以快升速度爬升，所需爬升时间最短。爬升率：又称爬升速度或上升串，是各型飞机，尤其是战斗机的重要性能指标之一。它是指定常爬升时，飞行器在单位时间内增加的高度，计量单位为米秒。,航空发动机的工作（推力）状态,海平面的最大爬升率：305米秒；高度1000米时：283
14、米秒；高度10000米时：100米秒；高度17000米时：12米秒。,F-16战斗机,航空发动机的工作（推力）状态,最大巡航工作状态巡航：飞机完成起飞阶段进入预定航线后的飞行状态。巡航速度：飞机在发动机每公里消耗燃料最少情况下的飞行速度。经济巡航速度：飞机巡航过程中消耗燃料最小的可持续速度。狭义来说，就是飞机的任务高度或一般飞行高度（速度）,航空发动机的工作（推力）状态,慢车工作状态发动机维持连续运转的最低转速，仅产生非常小的推力。相当于汽车发动机的怠速状态，但需要保持刹车。地面滑行慢车状态：转速、推力最小，最省油；下滑降落慢车状态：转速稍高，稍费油，保证当降落失败，需要立即复飞时，能以最快的速度让发动机达到最大推力状态。,航空发动机的地位与作用,航空运营：地位仅次于飞机机型；航空技术：发动机的研发最具难度的。国民经济：一个国家发动机水平体现该国的航空技术水平，航空发动机对航空运营的安全性、经济性影响巨大，油耗影响公司盈利能力，可靠性决定出勤率和事故发生概率，直接影响公司的声誉，甚至决定公司的生存与发展。,
