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现代航空发动机发展综述.doc

发布:2016-08-20约1.69万字共15页下载文档
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第一章 现代航空发动机发展综述 1 第一节 航空发动机发展的回顾 1 一、涡轮喷气发动机的出现,使飞机性能大幅度提高 2 二、涡轮风扇发动机的出现,再次改变了航空业的面貌 2 三、宽体、大型、远程飞机要求发展高涵道比涡轮风扇发动机 3 四、九十年代新型旅客机要求发展性能更好的发动机 4 五、新一代战斗机要求发展推重比为10一级的发动机 5 六、小结 5 第二节 军用航空发动机发展 6 一、军用航空发动机发展 6 二、第三代战斗机及所用发动机 6 三、第四代战斗机及所用发动机 7 四、第五代发动机的发展 8 第三节 大涵道比风扇发动机发展 9 一、前言 9 二、飞机的发展 10 三、大涵道比涡扇发动机发展 12 第四节 现代涡轮轴发动机发展 12 一、早期涡轮轴发动机的发展 12 二、第三代涡轮轴发动机 13 三、第四代涡轮轴发动机发展 14 第一章 现代航空发动机发展综述 第一节 航空发动机发展的回顾 二次大战中,各种飞机用的发动机均是活塞式发动机。这种发动机工作时只输出功率,不能直接产生推进飞机前进的推力或拉力,因此需采用空气螺旋桨(简称螺旋桨)作为推进器,螺旋桨由发动机带转后,在桨叶上产生推进飞机前进的拉力。这种由活塞式发动机与螺旋桨组成的飞机动力装置,在二战中得到了极大的发展,发动机最大的功率达到3500kW左右,发动机的耗油率低的约为0.28kg/(kW.h),发动机的功率重量比(功率/重量)达到2马力/公斤,成为战斗机、轰炸机、运输机等的动力,在战争中发挥了重大作用。但是,它却限制了飞机飞行速度的提高, 其主要原因有二:首先,推进飞机前进的推进功率与飞机的飞行速度的三次方成正比,当飞行速度提高后,飞机所需的大功率发动机根本无法实现,例如,一架装有2000马力、重4吨的飞机, 要将它的飞行速度由400km/h提高到800km/h时, 姑不考虑螺旋桨在高速飞行时效率大幅度降低的因素,就需将发动机功率提高8倍即需16000马力, 这么大功率的航空活塞式发动机显然是不可能实现的。即使能实现,其重量将高达8吨,比飞机还重。另外,当飞机飞行速度增大后,空气作用在桨叶叶尖处的相对速度大大提高,超出声速很多,损失大增,使桨叶的效率大幅度降低,为了能得到足够的拉力,要求再增大发动机的功率,使发动机的功率还要再增加很多。由此可以看出,采用活塞式发动机作动力的飞机,飞行速度是受到限制的,不可能接近声速,更不可能达到声速、超过声速,当时最先进的战斗机飞行速度也只有600-700km/h。 一、涡轮喷气发动机的出现,使飞机性能大幅度提高 早在二战中、后期,一些国家已开始研制涡轮喷气发动机,但真正用于飞机上却是在距今半个世纪前、即四十年代末期。涡轮喷气发动机一出现,由于它具有活塞式发动机无法比拟的优点,很快改变了航空界的面貌,飞机性能得到质的飞跃。 涡轮喷气发动机与航空活塞式发动机相比,首先,发动机本身既是热机又是推进器,直接产生推进飞机前进的推力,而不像在活塞式发动机中需用限制飞机飞行速度的螺旋桨作推进器;其次,作为这二种发动机工质的空气,流进涡轮喷气发动机的流量比流进活塞式发动机的多几十倍甚至更多(航空活塞式发动机中的空气流量最大者约为1kg/s,而早期、推力较小的涡轮喷气发动机空气流量也在30—40kg/s以上);另外,在活塞式发动机中,曲轴每转二转每个气缸才完成吸气、压缩、汽油—空气混合气燃烧、膨胀作功、排气的一个循环,即曲轴转二转时只有一个冲程(膨胀作功)是作功的;而在涡轮喷气发动机中,这5个过程是同时进行的, 也即只要发动机一工作,它就不断地作功产生推力。由于这些原因,涡轮喷气发动机作功能力远远大于活塞式发动机,它产生的巨大推力能使战斗机克服高速飞行时的极大阻力达到较高速度,使飞行速度接近声速、超过声速,达到声速的二倍(M=2)以上。所以,涡轮喷气发动机的出现,才使飞机(战斗机、轰炸机、旅客机等)的飞行速度超过声速成为可能。 四十年代后期,英、美、苏等国,先后研制成功了第一代实用型涡轮喷气发动机,并发展了多种以涡轮喷气发动机为动力的实用型喷气式战斗机。在五十年代初期的抗美援朝战争中,中国人民志愿军的空军驾驶米格-15喷气式战斗机与美国侵略军的F-86喷气式战斗机展开过英勇的空中博斗,这也是世界上首次出现的喷气式战斗机的空战。从此以后,新研制的战斗机均以涡轮喷气发动机为动力,那些在二战中耀武扬威、不可一世的以活塞式发动机为动力的战斗机纷纷退出了历史舞台。 涡轮喷气发动机在战斗机的使用中,不断地得到改进、发展, 同时采用了各种先进技术,使发动机性能不断提高,也促使了战斗机的进一步的发展;与此同时,涡轮喷气发动机也用于旅客机上,1952年世界上第一种喷气式旅客机、英国的“慧星”投入使用,标志着新一代旅客机的诞生。与以航空活塞式发动机为
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