《飞机与发动机》PPT课件.ppt

飞机与发动机ABriefIntroductiontoAero engine 发动机部分 20学时 飞行学院飞机与发动机 内容 1 了解航空燃气发动机的作用以及其要求2 掌握航空燃气涡轮发动机的分类 工作原理 特点以及其应用 重难点 3 了解航空燃气涡轮发动机的发展历史以及其发展展望 1 1引言 在中国 风筝 楚汉时期 世界上目前公认最早的重于空气的飞行器孔明灯 五代时期 世界上最早的 最原始的热气球 也是现代热气球的鼻祖文学作品 西游记 封神演义 1 1引言 在西方 达 芬奇笔下的 扑翼机 天使 飞毯传说 小说以及电影 1 1引言 扑翼机 1 1引言 喷气发动机早期设想 后果 由于没有后续的动力 一次次人类飞行失败之后 飞行便转向轻于空气的航空器 气球 飞艇 无动力的滑翔机 经过长期的探索和不懈的追求 终于发现实现飞上天有三种基本的途径 基于阿基米德浮力的原理 就是轻于空气的飞行 包括热气球 包括氢气 氦气球 包括飞艇 基于直接有升力的飞行 像火箭 垂直起落的飞机 基于柏努利定律 以速度换取升力的飞行 这就需要动力 如固定翼飞机 直升机 旋翼机都包括在内 1 1引言 1900年 德国人齐白林1929年最豪华的 齐白林伯爵 号飞艇用21天5小时完成了环球飞行 1 1引言 齐白林伯爵 号飞艇 1763年瓦特改良了蒸汽机 推动了工业革命的发展 但是由于蒸汽机太重 它没有办法装到飞机上 所以一百四十年以后莱特兄弟才把飞机飞上天 1810年英国科学家凯利发现了飞行原理 1883年发明内燃机莱特兄弟经过了改进 装到第一架 飞行者1号 上 最后飞上了天空 完成一个伟大的创举 第1次飞行时间约12秒 飞行距离约36米 其中一次持续飞行59秒 飞行距离达260米左右 1 1引言 1 1引言 飞行者1号 1 2航空发动机作用 要求 1 2 1定义发动机是将燃料燃烧释放出的热能转变为机械能的装置 动力装置除了包括发动机本体及必需的工作系统 如燃油系统 滑油系统 起动点火系统 外 还包括有防冰系统 反推系统 冷却系统和外壳体等 1 2 2作用航空燃气涡轮发动机是现代飞机与直升机的主要动力 少数轻型 小型飞机和直升机采用航空活塞式发动机 为飞机提供推进力 为直升机提供升力 升力 推进力 1 2航空发动机作用 要求 1 2 3要求发动机推力大 质量小发动机燃油消耗率低发动机结构尺寸要小可靠性要好 使用寿命要长环境污染要小 排气污染和噪音污染 不同用途的发动机 其要求的侧重点也不同 战斗机发动机要求推力大 重量轻 加速性好 对于旅客机 要求有低的耗油率 1 2航空发动机作用 要求 1 3航空发动机的分类 航空发动机 活塞式 喷气式 冲压式 涡轮式 涡轮喷气式发动机 涡轮螺旋桨发动机 涡轮风扇发动机 涡轮轴发动机 单转子 M53 双转子 多转子 RB119 RB211 1 3航空发动机的分类 幻影战斗机 三转子 双转子 1 3航空发动机的分类 1 4工作原理及其特点 活塞式发动机 1 4工作原理及其特点 活塞式发动机工作原理 1 4工作原理及其特点 1 4 1组成单转子涡轮喷气发动机是由进气道 压气机 燃烧室 涡轮和喷管五大部件组成 涡轮喷气发动机 1 4 2燃气涡轮喷气发动机工作原理及其特点 1 4工作原理及其特点 涡轮喷气发动机 1 4航空燃气涡轮发动机特点及其应用 涡轮喷气发动机工作情形图 结合下图 功能 涡喷发动机是20世纪50 60年代应用最为广泛的航空燃气涡轮发动机 当时不仅是高速歼击机的唯一动力 而且也为许多轰炸机 旅客机所采用 国产的歼六 歼七 歼八等歼击机上 均采用了带加力燃烧室的涡喷发动机 1 4工作原理及其特点 加力涡轮喷气发动机 主要特点 适用于高速飞行 不需要受速度限制的螺旋桨作为推进器 带加力燃烧室的涡喷发动机突破音速 耗油率较高由于涡喷发动机的推力是由高速排出高温燃气所获得的 所以在得到推力的同时 有不少由燃料燃烧所获得的能量以燃气的动能和热能的形式排出发动机 能量损失较大 因此耗油率较高 1 4工作原理及其特点 涡喷与活塞式加螺旋桨式比较推力 涡喷 随着飞行速度增大而增加 活塞式 取决于气缸的数目和尺寸工作过程连续性经济性 1 4工作原理及其特点 工作原理及其特点 涡喷 活塞式加螺旋桨发动机工作原理比较 1 5 2涡轮螺旋桨发动机 简称涡浆发动机 涡桨发动机是在涡喷发动机的基础上 吸取航空活塞式发动机的优点发展而来的 20世纪50年代研制的旅客机 运输机采用涡桨发动机较多 目前支线用的旅客机仍以涡桨发动机作为主要动力 工作原理 1 4工作原理及其特点 1 4工作原理及其特点 涡桨发动机 主要特点 适用于低 中速飞行由于涡桨发动机以直径较大的螺旋桨作为推进器 飞行速度受到限制 M 0 5 0 7 耗油率低燃气中的大部分能量 85 90 在动力涡轮中膨胀作功 驱动螺旋桨旋转产生大部分拉力 剩下的很少能量 10 15 在尾喷管中膨胀 产生一小部分推力 由于排气能量损失小 推进效率高 所以耗油率低 1 4工作原理及其特点 1 4 3涡轮轴发动机 简称涡轴发动机 工作原理 1 4工作原理及其特点 涡轴发动机 特点 涡轴发动机是用于直升机上的 基本同于涡桨发动机 主要区别 一是燃气发生器排出的燃气能量 几乎全部在涡轮中膨胀作功 尾喷管排气速度较低 几乎不产生推力 二是输出轴转速较高 涡轴发动机也可以作为非航空领域中的动力 如地面发电机 油泵 水泵等的动力 舰船用的动力等 1 4工作原理及其特点 1 4 4涡轮风扇发动机 简称涡扇发动机 工作原理 1 4工作原理及其特点 涡扇发动机 1 4工作原理及其特点 PW4000 1 4工作原理及其特点 JT9D 涡扇发动机是在双转子涡喷发动机的基础上 吸取涡桨发动机的优点发展起来的 其性能介于涡喷发动机和涡桨发动机之间 涡扇发动机是目前应用最为广泛的一种 较大型民航机几乎都采用涡扇发动机作为动力 带加力燃烧室的涡扇发动机则适合作高超音速 M 2 3 作战飞机的动力装置 主要特点 耗油率低 起飞推力大 噪音低 迎风面积大 适用于较高的飞行速度 且在很广的飞行速度范围内 都能满足推力和经济性的要求 1 4工作原理及其特点 1 4工作原理及其特点 1 4工作原理及其特点 1 4工作原理及其特点 CFM56 B737 A320 A340 200 300 CFM公司是由法国斯奈克玛发动机公司和通用电气公司各出资一半成立的合资企业 1 4工作原理及其特点 级 风扇3级低压压气机 LPC 9级高压压气机 HPC 环形燃烧室单级高压涡轮 HPT 4级低压涡轮 LPT 1 4工作原理及其特点 JT9D B747 767 A300 A310 1 4工作原理及其特点 级 风扇3级低压压气机 LPC 11级高压压气机 HPC 环形燃烧室2级高压涡轮 HPT 4级低压涡轮 LPT PW2037 B757 200 级 风扇4级低压压气机 LPC 12级高压压气机 HPC 环形燃烧室2级高压涡轮 HPT 5级低压涡轮 LPT 1 4工作原理及其特点 1 4工作原理及其特点 1 4工作原理及其特点 PW4000 B747 400 B767 200 300 MD 11 A300 600 A310 300 1 4工作原理及其特点 级 风扇4级低压压气机 LPC 11级高压压气机 HPC 环形燃烧室2级高压涡轮 HPT 4级低压涡轮 LPT V2500 1 4工作原理及其特点 A319 A320 A321 MD90 IAE是一家多国航空发动机合作公司 其股东公司有美 英 日 意和德五国航空发动机公司 级 风扇4级低压压气机 LPC 10级高压压气机 HPC 环形燃烧室2级高压涡轮 HPT 5级低压涡轮 LPT 1 4工作原理及其特点 1 4工作原理及其特点 RB211 535E B757 200 1 4工作原理及其特点 级 风扇6级中压压气机 IPC 6级高压压气机 HPC 环形燃烧室1级高压涡轮 HPT 1级中压涡轮 IPT 3级低压涡轮 LPT 1 4工作原理及其特点 遄达900 A380 1 4工作原理及其特点 遄达900发动机在目前8家已做出发动机选择决定的航空运营商中 有5家选择了遄达900发动机 新加坡航空公司 10架确认订单 15架意向订单 澳大利亚快达航空公司 12架确认订单 英国维珍航空公司 6架确认订单 6架意向订单 德国汉莎航空公司 15架确认订单 10架意向订单 马来西亚航空公司 6架确认订单 共计 80架飞机 安装320台发动机 市场占有率 50 确认订单和意向订单之和 1 4工作原理及其特点 推力 70 000 76 500磅 适航证书认证推力达80 000磅 总压力比 37 1 39 1旁通比 8 7 1 8 5 1入口质量流量 2 655 2 745磅 秒风扇直径 116英寸长度 179英寸重量 14 190磅 级 风扇8级中压压气机 IPC 6级高压压气机 HPC 环形燃烧室单级高压涡轮 HPT 单级中压涡轮 IPT 5级低压涡轮 LPT 1 4工作原理及其特点 CF6 A300 A310 A330 B747 B767 DC 10andMD 11 1 4工作原理及其特点 GE90 B777 1 5发展历史回顾 航空发动机的百年历史大致可分为两个时期 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 在这个时期内 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 1 5 1活塞式发动机时期1914 1918年的第一次世界大战 使飞机很快地找到了自己最初的用武之地 战争成为了航空技术发展的原动力 一战期间各国共生产飞机18万架 一战后 航空技术迅速转为民用 1919年8月英法开通了定期空中客运 随后的几家航空公司组建了国际航空运输协会 IATA 真正意义的民用航空开始于1919年 1919年 是民用航空的元年 一战后到二战前 是民用航空初创并发展的一段时间 1 5发展历史回顾 第二次世界大战 1939 1945 的开始中断了民航的正常发展 在两次世界大战中 以活塞式发动机 螺旋桨为动力的各种作战飞机发挥了巨大作用 到二战结束时 以螺旋桨为动力的飞机的飞行速度最大达到了约每小时700公里 R R梅林PW双黄蜂 1 5发展历史回顾 梅林 1 5发展历史回顾 1 5发展历史回顾 1 5 2喷气时代1937年3月 德国亨克尔公司研制的喷气发动机首次运转 1939年8月27日 装这种发动机的He 178飞机实现了世界上第一次喷气动力飞行 航空事业从些开始跨入了喷气时代 1947年10月14日 X 1飞机首次成功地冲过了 音障 实现了超音速飞行 1976年 英法联合研制的 协和 式超音速客机投入使用 喷气战斗机动力大致经历了四次更新换代 1 5发展历史回顾 He 178喷气式飞机WI型发动机 1 5发展历史回顾 F 86战斗机 J47 1 5发展历史回顾 米格 15战斗机 BK 1 斯贝 MK202加力式涡轮风扇发动机 1 5发展历史回顾 F 4 鬼怪 式战斗机 F 15 F110加力式涡轮风扇发动机 1 5发展历史回顾 F110加力式涡轮风扇发动机 F 15 F 16 F 15鹰式战斗机 F404加力式涡轮风扇发动机 1 5发展历史回顾 美国空军用的F 16 1978年 海军用的F A 18 1980年 欧洲的 狂风 1980年 前苏联的米格 29 1983年 苏 27 1984年 美国的第四代战斗 攻击机F A 22 1 6发展历史回顾 F119 PW 100加力涡扇发动机 F 35 F119 1 5发展历史回顾 民用航空的动力也大致经历了四个阶段 第一阶段 活塞式发动机第二阶段 喷气发动机 1949年出现了第一种用加力涡轮喷气发动机 埃汶 为动力的民航客机彗星号 标志着民用飞机喷气发动机时代的到来 1 5发展历史回顾 彗星号 第三阶段 低涵道比 1 5 2 5 涡轮风扇发动机60年代初的低涵道比 1 5 2 5 涡轮风扇发动机 耗油率为0 07 0 08kg N h 广泛用于波音727 737 DC 9 三叉戟 等飞机 逐步代替了耗油率高 经济性差的涡喷发动机 1 5发展历史回顾 B727 B727 1 5发展历史回顾 B737 第四阶段 大涵道比涡轮风扇发动机1970年1月22日 装有4台涵道比为5 2 推力为193 1KN 19700kgf 的JT9D 3型大涵道比涡轮风扇发动机的大型远程旅客机B747 100投入航线使用 标志着民用航空动力进入了全新的大涵道比涡扇发动机时代 2001年美国GE公司为B777研制成功GE90 115B高涵道比涡扇发动机 推力达到5 47 105N 55826kgf 耗油率下降到0 05kg N h 左右 是当今世界上推力最大的发动机 被收入吉尼斯世界纪录中 1 5发展历史回顾 发动机GE90 115B波音777 300ER大型双发旅客机 1 5发展历史回顾 小结 在航空燃气涡轮发动机中 首先出现的是涡轮喷气式发动机 它在航空事业中曾经起到不可磨灭的作用 用于战斗机轰炸机运输机和旅客机等 但由于其经济性差 在60年代后逐渐被低涵道比涡轮风扇发动机所代替 在70年代出现高涵道比的涡轮风扇发动机 广泛用于各种干线客机 涡轮螺旋桨发动机在60年代用于中小型运输机和旅客机中 涡轮轴发动机广泛用于各种型式的军民用直升机中 1 5发展历史回顾 1 621世纪航空动力技术的主要发展趋势 1 关键技术的突破使燃气涡轮发动机仍具有巨大的发展潜力2 新概念发动机和特种动力必将登上历史舞台脉冲爆震发动机多核心机发动机轮发动机仍具有巨大的发展超燃冲压发动机空天往返组合式发动机特种用途发动机3 新型能源动力发动机燃料发动机太阳能发动机等 作业 1 简述航空燃气涡轮发动机分哪几类 结合图1简述该发动机的工作原理 过程 2 结合中国民航发展的现状 谈谈你未来的职业规划