第3章 飞行器的动力系统
无人机飞行器的能源技术电池与动力系统
无人机飞行器的能源技术电池与动力系统无人机飞行器的能源技术——电池与动力系统无人机飞行器是近年来崛起的一种重要的航空器，其应用范围涵盖了农业、航拍、安防、地质勘探等多个领域。
在无人机飞行器技术的众多关键部件中，能源技术是其中一个至关重要的方面。
本文将对无人机飞行器的能源技术，尤其是电池与动力系统进行探讨。
一、电池技术1. 锂电池在无人机飞行器中，锂电池是最常用的电池类型之一。
锂电池具有高能量密度、轻量化等优点，能够为无人机提供持续稳定的动力供应。
目前，锂聚合物电池被广泛应用于中小型无人机飞行器中，其具有较高的能量密度和较轻的重量，能够为无人机提供更长的续航时间。
2. 镍氢电池另外一种常用的电池类型是镍氢电池。
镍氢电池具有较高的循环寿命和更好的高温性能，适用于高温环境下的无人机飞行器。
相比于锂电池，镍氢电池的安全性更高，但能量密度稍低一些。
3. 未来发展方向随着技术的不断发展，还有其他类型的电池被不断尝试应用于无人机飞行器中，如固态电池、锂硫电池等。
这些新型电池具有更高的能量密度和更长的循环寿命，有望成为未来无人机飞行器电池技术的发展趋势。
二、动力系统1. 电动动力系统无人机飞行器的动力系统主要分为电动动力系统和内燃动力系统两种。
电动动力系统由电机、电调、螺旋桨等部分组成，是目前中小型无人机的主流动力系统。
电动动力系统具有响应速度快、噪音低、维护成本低等优点，能够为无人机提供可靠的动力支持。
2. 内燃动力系统内燃动力系统则是一些大型无人机飞行器使用的动力系统。
内燃动力系统运用内燃机作为动力源，能够提供强大的动力支持和更长的续航能力。
但相应的，内燃动力系统的噪音和维护成本较高，适用于对动力要求较高的长距离任务。
3. 新型动力系统除了传统的电动和内燃动力系统，还有一些新型动力系统不断涌现。
比如氢燃料电池动力系统、太阳能动力系统等，这些系统在减少对常规能源的依赖、提高无人机飞行器环保性等方面具有巨大潜力。
飞行器动力系统控制技术综述
飞行器动力系统控制技术综述随着航空航天技术的不断发展，飞行器的动力系统控制技术越来越受到研究和关注。
在飞行器的运行过程中，动力系统起着至关重要的作用，它直接影响到飞行器的性能、安全和有效性。
本文将综述飞行器动力系统控制技术的发展与应用，包括发动机控制、推进系统控制和电力系统控制三个方面。
一、发动机控制发动机是飞行器动力系统的核心部件，其控制技术对整个飞行器运行至关重要。
发动机控制技术主要包括燃油供应控制、启动控制和稳定控制等。
1. 燃油供应控制燃油供应控制是控制发动机燃油流量的过程，通过控制燃油流量可以实现发动机的加速和减速。
燃油供应控制需要根据飞行器的工况和性能要求来调整燃油流量，以实现发动机的稳定运行。
2. 启动控制发动机的启动过程必须严格控制，以确保发动机能够快速、可靠地启动。
启动控制主要包括燃料供应控制、点火控制和空气流量控制等。
其中，点火控制是启动过程中最关键的环节，通过控制点火时间和点火能量来确保发动机的正常启动。
3. 稳定控制稳定控制是保持发动机在运行过程中保持稳定性的控制过程。
稳定控制主要包括转矩控制、负载控制和温度控制等。
通过控制这些参数，可以确保发动机在各种工况下都能够保持稳定的性能。
二、推进系统控制推进系统是飞行器动力系统的重要组成部分，其控制技术对飞行器的推进性能和效率起到重要的影响。
1. 推力控制推力控制是控制推进系统输出推力的过程，通过调整推力大小和方向，可以保持飞行器在空中的平衡和稳定。
推力控制的方法多种多样，包括喷气推力控制、涡扇推力控制和推力反馈控制等。
2. 推进效率优化推进效率优化是通过优化推进系统的工作状态来提高飞行器的性能和效率。
推进效率优化主要包括推进系统的工作参数调整、系统效率评估和优化等。
通过这些优化方法可以降低飞行器的能耗和减少对环境的影响。
三、电力系统控制电力系统是现代飞行器中不可或缺的部分，它为飞行器提供能源供应和电力功率支持。
电力系统的控制技术主要包括能量管理、电力负载控制和电池管理等。
飞行器飞行控制系统的设计与实现
飞行器飞行控制系统的设计与实现飞行控制系统是飞行器中至关重要的部分，它负责控制和管理飞行器的飞行状态，确保飞行器稳定、安全地完成任务。
本文将介绍飞行器飞行控制系统的设计与实现，以及相关技术和方法。
一、飞行控制系统的设计原理飞行控制系统的设计原理主要包括三个方面：飞行器动力系统、传感器系统和执行器系统。
1. 飞行器动力系统：飞行控制系统需要根据飞行任务的要求，确定飞行器的动力系统。
通常，飞行器动力系统包括引擎、发动机或电力系统。
设计者需要根据飞行器的尺寸、负载和性能等因素，选择适合的动力系统。
2. 传感器系统：飞行器飞行控制系统需要通过传感器获取飞行器的状态信息，如姿态、位置、速度等。
传感器系统通常包括加速度计、陀螺仪、磁力计等传感器，用于测量和检测飞行器的姿态和运动状态。
3. 执行器系统：飞行控制系统需要根据传感器获取的信息，通过执行器控制并调整飞行器的姿态和航向等参数。
执行器系统通常包括舵面、扰流板、发动机喷口等执行器，用于改变飞行器的飞行姿态和轨迹。
二、飞行控制系统的实现方法1. PID控制方法：PID控制方法是一种经典的控制方法，通过调整比例、积分和微分三个参数，实现对飞行器的控制和稳定。
该方法广泛应用于飞行器的姿态控制和导航系统中。
2. 预测控制方法：预测控制方法是一种基于飞行器的模型和状态信息，预测未来状态并进行控制的方法。
该方法适用于对飞行器的轨迹和航线进行规划和控制。
3. 自适应控制方法：自适应控制方法是一种通过不断调整控制器参数，使其适应不同工况和环境的控制方法。
该方法能够提高飞行器的鲁棒性和适应性。
4. 模糊控制方法：模糊控制方法是一种基于模糊推理的控制方法，通过模糊化输入量、设定模糊规则和进行模糊推理，实现对飞行器的控制和稳定。
三、飞行控制系统的设计案例以一架四轴飞行器为例，介绍其飞行控制系统的设计与实现。
1. 动力系统：选择电动发动机和锂电池作为飞行器的动力系统。
电动发动机提供动力，锂电池提供电能。
《航空航天概论》课程教学大纲
《航空航天概论》课程教学大纲课程编号：B2F050110课程中文名称：航空航天概论课程英文名称：Introduction to Aeronautics and Astronautics开课学期：秋/春季学分/学时：2.0/24+10°先修课程：建议后续课程：适用专业/开课对象：所有专业/全校1年级本科生团队负责人：杨超贾玉红责任教授：执笔人：贾玉红核准院长：一、课程的性质、目的和任务《航空航天概论》是各专业一年级学生的必修课程，主要向学生介绍航空航天技术所涉及学科的基本知识、基本原理及其发展概况。
本课以飞行器（航空器和航天器）为中心，分别介绍了飞行原理、动力系统、机载设备、构造以及地面设备等方面的初步知识、原理和技术，并尽量反映上述学科的最新成就和发展动态。
通过该课程的学习，学生应对航空航天技术所涉及学科的基本知识、基本原理有一个全面和系统的了解，培养学生爱航空航天、学航空航天、投身于航空航天的兴趣和爱好，进一步培养学生的航空航天工程意识，提升国际视野，并为后继课程的学习打下基础。
本课程重点支持以下毕业要求指标点：1.1掌握飞行器设计的基本理论、基本知识1.2飞行器设计的基本能力1.3熟悉航空航天飞行器设计的方针、政策和法规1.4熟悉航空航天的理论前沿、应用前景和发展动态,具备创新意识1.5良好的思想品德、社会公德和职业道德的能力二、课程内容、基本要求及学时分配第一章航空航天发展概况（6学时）1. 航空航天的基本概念（掌握）2. 飞行器的分类、组成与功用（掌握）3. 航空航天发展概况（掌握）4. 我国的航空航天工业（掌握）5. 航空航天技术现状及未来发展趋势（了解）重点支持毕业要求指标点1.3，1.4，1.5第二章飞行环境和飞行原理（8学时）1. 飞行环境（了解）2. 流动气体的基本规律（掌握）3. 飞机上的空气动力作用及原理（掌握）4. 高速飞行的特点（掌握）5. 飞机的飞行性能，操纵性和稳定性（掌握）6. 直升机的飞行原理（掌握）7. 航天器的飞行原理（了解）重点支持毕业要求指标点1.1，1.2第三章飞行器动力系统（3学时）1. 发动机的分类及特点（了解）2. 活塞式航空发动机（掌握）3. 空气喷气发动机（掌握）4. 火箭发动机（掌握）5. 组合发动机（了解）6. 非常规推进系统（了解）重点支持毕业要求指标点1.1，1.2第四章飞行器机载设备（3学时）1. 传感器、飞行器仪表与显示系统（掌握）2. 飞行器导航系统（掌握）3. 飞行器自动控制系统（掌握）4. 其他机载设备（了解）重点支持毕业要求指标点1.1，1.2第五章飞行器的构造（4学时）1. 对飞行器结构的一般要求和常用的结构材料（了解）2. 航空器的构造（掌握）3. 航天器的构造（掌握）4. 火箭和导弹的构造（了解）5. 地面设施和保障系统（了解）重点支持毕业要求指标点1.1，1.2三、教学方法本课程采用理论教学和现场教学相结合的方法，理论教学主要讲授基本原理和基础知识，大比例现场教学让学生对所学内容有更直观的认识，加深对理论知识的学习和理解。
第三章飞行器运动方程(0901)
第三章飞行器的运动方程 刚体动力学方程的推导 1.刚体飞行器运动的假设1)认为飞行器不仅是刚体,而且质量是常数；2)假设地面为惯性参考系，即假设地面坐标为惯性坐标； 3）忽略地面曲率，视地面为平面； 4）假设重力加速度不随飞行高度而变化；5）假设机体坐标系的z o x --平面为飞行器对称平面，且飞行器不仅几何外形对称，而且内部质量分布亦对称，惯性积0==zy xy I I 2.旋转坐标系中向量的导数设活动坐标系b b b z y Ox 具有角速度ω （见图）。
向量ω在此坐标系中的分量为r q p ,,，即k r j q i p++=ω （） 其中i 、j、k 是b x 、b y 、b z 轴的单位向量。
图设有一个可变的向量)(t a，它在此坐标系中的分量为z y x a a a ,,，即k a j a i a a z y x++= （）由上式求向量)(t a对时间t 的导数：b xωb yb zOijkdtkd a dt j d a dt i d a k dt da j dt da i dt da dt a d z y x z y x +++++= （） 从理论力学知，当一个刚体绕定点以角速度ω旋转时，刚体上任何一点P的速度为r dt r d⨯=ω （） 其中r是从O 点到P 点的向径。
现在，把单位向量i看作是活动坐标系中一点P 的向径，于是可得：i dtid⨯=ω （） 同理可得： j dtj d⨯=ω （） k dtkd⨯=ω （） 将式（）、（）及（）代入式（）中，可得：)(k a j a i a k dtda j dt da i dt da dt a d z y x z y x ++⨯+++=ω （） 或写为： a t a dt a d⨯+=ωδδ （） 其中k dt da j dt da i dt da t a z y x++=δδ taδδ 称为在活动坐标系中的“相对导数”，相当于站在此活动坐标系中的观察者所看到的向量a 的变化率。
航天飞行器的动力系统控制方法
航天飞行器的动力系统控制方法航天飞行器的动力系统是实现航天器运行的关键部分，它负责提供动力以推动航天器在宇宙空间中进行飞行任务。
为了保证航天飞行器的安全与稳定，动力系统的控制方法显得尤为重要。
本文将介绍几种常见的航天飞行器动力系统控制方法，包括推进系统控制、姿态控制和能源管理。
一、推进系统控制推进系统是航天飞行器动力系统中最为重要的部分，能够为航天器提供推力。
而推进系统的控制旨在确保航天器能够实现预定的轨道和速度。
目前，常见的航天飞行器推进系统控制方法包括推进剂供给控制、推进剂喷射控制和推力矢量控制。
1.推进剂供给控制：推进剂供给控制主要涉及推进剂的储存与供给，以保证推力系统能够获得足够的推进剂。
在控制方法中，需要考虑推进剂的数量、储存所需的舱容、推进剂的供给速率等因素。
对于液体火箭，需要控制好燃料和氧化剂的供给比例；对于固体火箭，需要控制燃烧速率和燃料的供给方式。
推进剂供给控制方法直接影响到航天器的飞行性能和安全性。
2.推进剂喷射控制：推进剂喷射控制是指通过控制喷嘴的方向和喷射速度来改变推力的方向和大小。
在航天器的任务中，经常需要调整飞行器的速度和位置。
通过控制推进剂的喷射，可以实现速度和位置的调整。
常见的方法包括喷嘴的转向控制、推进剂流量的调节和喷嘴的推力控制等。
3.推力矢量控制：推力矢量控制是指通过改变推进剂喷射方向来控制航天器的姿态和转向。
这种控制方法主要应用于具有多个喷嘴的航天器。
通过改变喷嘴的喷射方向和推力大小，可以实现航天器的姿态调整和转向控制。
推力矢量控制方法可以提高航天器的机动性，并适应复杂的任务需求。
二、姿态控制姿态控制是指控制航天器在空间中的方向和姿态，保持其稳定和准确的飞行状态。
航天器在宇宙空间中受到外部力的干扰，因此需要实现姿态的控制来保持其稳定性。
常见的姿态控制方法包括惯性导航控制、星敏感器控制和陀螺控制。
1.惯性导航控制：惯性导航控制是通过利用陀螺仪和加速度计等装置来检测航天器的姿态和方向。
航空发动机PPT课件
第3章 飞行器动力系统
2020/2/19
1
3.1 发动机的分类及特点
冲压 喷气发 燃动气机
涡轮喷气发动机 涡轮风扇发动机 涡轮螺桨发动机
活塞式
涡轮发
涡轮桨扇发动机
发动机
航发空动航机天 动机
涡轮轴发动机 垂直起落发动机
火箭
航空航天
冲压发 动机
组合
涡轮
发动机
火箭 发动机
化学 液体火箭发动机 火箭发 固体火箭发动机 动机 固-液混合火箭发动机
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)
2020/2/19
活塞式航空发动8 机
航空航天概论
第3章 飞行器动力系统
3.3 空气喷气发动机
气 球
平衡状态 反作用力 作用力
自动旋转喷灌器 喷嘴喷出高压水流的反作用力
燃烧剂 ——
液氢H2 航空煤油 肼及其衍生物N2H4 (CH3)2N2H2 混胺
2020/2/19
航空航天概论
第3章 飞行器动力系统
火箭发5动0 机
3、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
星形发动机
直立式发动机
V形发动机
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活塞式航空发动6 机
航空航天概论
第3章 飞行器动力系统
活塞8发动机 双排14缸星形气冷发动机
2020/2/19
航空航天概论
航空航天概论《航空航天概论》是1997年10月北京航空航天大学出版社出版的图书，作者是何庆芝。
该书以航空器和航天器为中心，对其学科和各系统进行了全面介绍。
航空航天科学技术是一门高度综合的尖端科学技术，近几十年来发展迅速，对人类社会的影响巨大。
本书是为航空航天院校低年级学生编写的入门教材，使学生初步了解航空航天领域所涉及学科的基本知识、基本原理及其发展概况。
全书共六章。
第一章绪论是一般概述，第二章是飞行器飞行原理，第三章是飞行器的动力系统，第四章是飞行器机载设备，第五章是飞行器构造，第六章是地面设备和保障系统。
原理论述由浅入深、循序渐进，内容丰富、翔实，文字通顺易懂、可读性强。
本书是航空航天院校教材，适合低年级学生学习，也可供相关专业的教学、科技人员参考。
以下是目录参考前言第一章绪论第一节航空与航天的基本内涵第二节飞行器的分类一、航空器二、航天器三、火箭和导弹第三节航空航天发展简史一、航空发展简史二、火箭、导弹发展简史三、航天发展简史第四节飞行环境一、大气飞行环境二、空间飞行环境三、标准大气第二章飞行器飞行原理第一节流体流动的基本知识一、流体流动的基本概念二、流体流动的基本规律三、空气动力学的实验设备――风洞第二节作用在飞机上的空气动力一、飞机的几何外形和参数二、低、亚声速时飞机上的空气动力三、跨声速时飞机上的空气动力四、超声速时飞机上的空气动力第三节飞机的飞行性能，稳定性和操纵性一、飞机的飞行性能二、飞机的稳定性与操纵性第四节直升机的飞行原理一、直升机概况二、直升机旋翼的工作原理第五节航天器飞行原理一、Kepler轨道的性质和轨道要素二、轨道摄动三、几种特殊的轨道四、星下点和星下点轨迹五、航空器姿态的稳定和控制思考题第三章飞行器的动力系统第一节概述第二节发动机分类第三节活塞式航空发动机一、发动机主要机件和工作原理二、发动机辅助系统三、航空活塞式发动机主要性能参数第四节空气喷气发动机一、涡轮喷气发动机二、其他类型的燃气涡轮发动机三、无压气机的空气喷气发动机第五节火箭发动机一、发动机主要性能参数二、液体火箭发动机三、固体火箭发动机四、固－液混合火箭发动机第六节组合式和特殊发动机一、火箭发动机与冲压发动机组合二、涡轮喷气发动机与冲压发动机组合三、特殊发动机思考题第四章飞行器机载设备第一节飞行器仪表、传感器与显示系统一、发动机工作状态参数测量二、飞行状态参数测量三、电子综合显示器第二节飞行器的导航技术一、无线电导航二、卫星导航系统三、惯性导航四、图像匹配导航（制导）技术五、天文导航六、组合导航第三节飞行器自动控制一、自动驾驶仪二、飞行轨迹控制三、自动着陆系统与设备四、电传操纵五、空中交通管理第四节其他机载设备一、电气设备二、通信设备三、雷达设备四、高空防护救生设备思考题第五章飞行器构造和发展概况第一节对飞行器结构的一般要求和所采用的主要材料一、对飞行器结构的一般要求二、飞行器结构所采用的主要材料第二节飞机和直升机构造一、飞机的基本构造二、军用飞机的构造特点和发展概况三、民用飞机的构造特点和发展概况四、特殊飞机五、直升机第三节导弹一、有翼导弹二、弹道导弹三、反弹道导弹导弹系统第四节航天器一、航天器的基本系统二、卫星结构三、空间探测器结构四、载人飞船五、空间站第五节火箭一、探空火箭二、运载火箭第六节航天飞机和空天飞机一、航天飞机二、空天飞机思考题第六章地面设施和保障系统第一节机场及地面保障设施一、机场二、地面保障系统第二节导弹的发射装置和地面设备一、组成和功用二、战略弹道导弹的发射方式三、战略弹道导弹的发射装置和地面设备第三节运载火箭的地面设备与保障系统一、航天基地二、航天器发射场三、中国的航天器发射场和测控中心四、发射窗口思考题。
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分类：根据飞机飞行速度的不同，进气 道可分为亚声速进气道和超声速进气道。
1．电热推进系统
电热推进系统(电热发动机)是利用电能加 热(电阻加热或电弧加热)工质(氢、胺、肼 等)，使其气化，然后借助于喷管使工质加 速排出。由于加热工质的方式不同，又可 分成接触式加热、电弧加热和在热电离等 离子体的工质中感应的涡流加热。
飞行器动力系统
▪ 如图3—35所示为接触式加热的原理图
涡轮风扇发动机
1-风扇；2-压气机；3-燃烧室；4-高压涡轮；5-低压涡轮；6-尾喷管
涡轮桨扇发动机
涡轮轴发动机
垂直起落发动机
可转喷口的涡轮风扇发动机
升力风扇发动机
▪ 3．3 .3 冲压喷气发动机
冲压发动机的组成
▪ 3．3．4 涡轮喷气发动机的工作状态 发动机规定的工作状态通常有 起飞状态： 最大状态： 额定状态： 巡航状态： 慢车状态：
▪ 不同类型的发动机由于其结构和产生推力的原理的不同，适合不同的速 度和高度范围，如图3—2所示列出了各类发动机的适用范围情况。
3.2 活塞式航空发动机
▪ 3．2．1 活塞式发动机的主要组成
1—气缸；2-活塞；3-进气门；4-进气阀；5-排气门； 6-排气阀；7-连杆；8-曲轴
▪ 3．2．2 活塞式发动机的工作原理
3.6.1 电推进系统
▪ 电推进系统也称电火箭发动机，是利用电能 加速工质，形成高速射流而产生推力的一种 推进系统。由于能源和工质分开，所以发动 机工作的经济性就不像一般热化学推进系统 那样只取决于比冲，而是同时取决于比冲和 效率。
▪ 按照输入电能的主要部分转变成工质动能的 原理不同，电推进可分为电热推进系统、电 磁 推进系统和静电推进系统。
▪ 3.3.2 燃气涡轮发动机
燃气涡轮发动机是目前应用最广泛的航空发动 机，它主要由压气机、燃烧室和涡轮组成。按核心 机出口燃气可用能量的利用方式不同，燃气涡轮发 动机分为涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮 螺桨发动机、涡轮桨扇发动机、涡轮轴发动机和垂 直起落发动机等。
涡轮喷气发动机
▪ (1)进气道系统
▪ 目前用于组合的发动机主要有冲压发动机、涡轮喷 气发动机和火箭发动机。
▪ 3．5．1 火箭发动机与冲压发动机组合
1-进气扩压器；2-液体推进剂燃气发生器；3-燃烧室；4-尾喷管 图3-31 液体火箭-冲压发动机
1-燃气发生器；2-扩压器出口堵盖；3-助推器药柱；4-助推器喷管；5-发动机喷管； 6-进气扩压器；7-助推补燃室；8-喷管组件 图3-32 固体火箭-冲压发动机
3．4 火箭发动机
▪ 如前所述，空气喷气发动机燃料的燃烧需要利用大气中的氧气作为氧化 剂，因此只能作为航空器飞行的动力。而火箭发动机的特点是不仅自带 燃烧剂，而且自带氧化剂，它既能在大气层内工作，也可在大气层外的 真空中工作。因此可作为火箭、导弹和航天器飞行的主要动力。
▪ 按加速工作介质(气流)的能源的不同，火箭发动机可分为化学能火箭发 动机与非化学火箭发动机(如电能火箭发动机、核能火箭发动机等)。目 前使用最多的是化学能火箭发动机。化学能火箭发动机的工作原理是将 燃烧剂和氧化剂在燃烧室进行燃烧，将化学能转变成内能， 生成高温燃 气，经尾喷管喷出而产生推力。
2.固体火箭发动机的推进剂
(1)固体推进剂的种类 (2)药柱形状和特点 (3)固体火箭发动机的优缺点
▪ 3.4.4 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
3．5 组合发动机
▪ 组合发动机是不同类型发动机的组合。在前几节介 绍的各类发动机中，不同类型的发动机有不同的飞 行范围(高度和速度)和不同的性能特点。要获得较 好的综合性能，可以将不同类型的发动机组合起来， 取长补短，就可以达到改善其性能、拓宽其工作范 围和满足不同飞行需要的目的。如冲压发动机低速 性能不好，但高速性能优越，如果能和其他发动机 组合使用，即可发挥它的优点，扩大它的使用范围。
1-工质粒子：2-电离机构：3-聚焦电极 4-加速电极：5-中和器
图3-38静电推进系统
3.6.2 核推进系统
▪ 核推进系统(核火箭发动机) 是用核能(原子能)作为能源 来加热工质(液氢、液氦和 液氨等)，得到高速射流产 生推力。核火箭发动机由装 在推力室中的核反应堆、冷 却喷管、工质输送系统和控 制系统等组成。在核反应堆 中，核能转变成内能以加热 工质，被加热的工质经喷管 膨胀加速后，高速排出产生 推力。如图3—39所示为核 火箭发动机的原理图。
(1)液体火箭发动机的组成及工作原理
液体火箭发动机的组成及工作原理
(2)液体推进剂
①对液体推进剂的要求 ②主要的液体推进剂
▪ 3.4.3 固体火箭发动机
1.固体火箭发动机的组成及工作原理
1-燃烧室壳体；2-药柱；3-包复层；4-喷管摆动机构；5-喷管组件；6-侧面喷管； 7-推力终止装置；8-点火装置；9-前顶盖
两种典型的冷却方式：
▪ 3．2．3 活塞式发动机的辅助系统
(1)进气系统 进气系统内常装有增压器来增大进气压力，以此改善高空性能。
(2)燃料系统 燃料系统由燃料泵、气化器或燃料喷射装置等组成。燃料泵将汽油压人气化
器，汽油在此雾化并与空气混合进入气缸。 (3)点火系统
点火系统由磁电机产生的高压电在规定的时间产生电火花，将气缸内的混合 气体点燃。 (4)冷却系统
3．静电推进系统
静电推进系统(离子发动机) 其工作原理是工质粒子(典 型的如氙)首先被电离成为 正、负离子，接着带正电 的粒子流被静电场加速， 依靠被加速的带电粒子流 的反作用冲量而产生推力。 带正电的粒子流在出口截 面或接近出口截面处设置 中和器，喷射电子流使整 个喷流呈中性。其工作原 理如图3—38所示。
▪ 燃烧剂和氧化剂统称为推进剂。按推进剂类型的不同，火箭发动机可分 为液体火箭发动机、固体火箭发动机和固液混合发动机三大类。对于液 体火箭发动机，按所用推进剂的组元(成分)数目的不同，可以分为单组 元、双组元和三组元液体火箭发动机。增加组元使系统复杂，而单组元 的推进剂一般能量低，比冲较小，目前常用的是双组元推进剂。
▪ 3.5.2 涡轮喷气发动机与冲压发动机组合
1-可调进气道；2-进口导流片（关）；3-可调喷管 图3-33 涡轮-冲压发动机
▪ 3．5．3 火箭发动机与涡轮喷气发动机 组合
1-扩压器；2-压气机；3-气体发生器；4-涡轮；5-燃烧室；6-喷管 图3-34 火箭-涡轮喷气发动机
3．6 非常规推进系统
▪ (2)压气机
功用：提高进入发动机燃烧室的空气压 力。它是利用高速旋转的叶片对空气做功 的。
分类：压气机有离心式和轴流式两种类型。
轴流式压气机组成
▪ (3)燃烧室
功用：是燃料与从压气机出来的高压空气混合燃烧 的地方。燃料(航空煤油)燃烧后，燃料的化 学能转变为内能，气体温度和压力升高。高 温、高压的气体冲向涡轮，驱动涡轮旋转而 发出功率。
▪ 3.4.1 火箭发动机的主要性能参数 (1)推 力 (2)冲量和总冲 (3)比 冲
▪ 3．4．2 液体火箭发动机 1.单组元液体火箭发动机
2.双组元液体火箭发动机
目前火箭发动机中应用最广的是液体双组元推进系统，因 为它是目前可贮存的化学推进剂中比冲很高，且与电推进 系统相比，系统耗电量又很少的一种比较成熟的推进系统。
发动机内燃料燃烧时产生的热量除转化为动能和排出的废气所带走的部分内 能外，还有很大一部分传给了气缸壁和其他有关机件。冷却系统的作用就是将 这些热量散发出去，以保证发动机的正常工作。 (5)启动系统
将发动机发动起来，需要借助外来动力，通常用电动机带动曲轴转动使发动 机动。 (6)定时系统
定时系统是由曲轴带动凸轮盘推动连杆和摇臂，定时将进气活门和排气活门 开启和关闭的系统。
基本结构形式：由火焰筒、喷嘴、涡流器和燃烧室 外套组成 。
典型结构： 单管燃烧室 联管燃烧室 环管燃烧室
燃烧室的组成和工作原理
▪ (4)涡 轮
功用：是将燃烧室出口的高温、高压气体的能量转变为 机械能。燃气从燃烧室流出后，冲击涡轮使其高 速旋转产生机械能。涡轮的机械能以轴功率的形 式输出，驱动压气机、风扇、螺旋桨和其他附件 转动。燃气经过涡轮后，温度及压力骤然下降， 速度渐增。从涡轮流出的燃气流向尾喷管，由尾 喷管喷出产生推力。
活塞发动机一般都用汽油作为燃料，它的每一循环包括四个行程 (即活塞在气缸中上下运动各两次)，即进气行程、压缩行程、膨胀行 程和排气行程，如图3—3所示。
在进气行程，活塞从上死点运动到下死点，进气活门开放而排气活 门关闭，雾化了的汽油和空气的混合气体被下行的活塞吸人气缸内。 在压缩行程，活塞从下死点运动到上死点，进气活门和排气活门都关 闭，混合气体在气缸内被压缩．在上死点附近，由装在气缸头部的火 花塞点火。在膨胀行程，混合气体点燃后，具有高温高压的燃气开始 膨胀，推动活塞从上死点向下死点运动。在此行程，燃烧气体所蕴含 的内能转变为活塞运动的机械能，并由连杆传给曲轴，成为带动螺旋 桨转动的动力。所以膨胀行程也叫做功行程。在排气行程，活塞从下 死点运动到上死点，排气活门开放，燃烧后的废气被活塞排出缸外。 当活塞到达上死点后，排气活门关闭，此时就完成了四个行程的循环。
飞行器动力系统
飞行器的心脏
主要内容
3.1 发动机的分类及特点 3.2 活塞式发动机 3.3 空气喷气发动机 3.4 火箭发动机 3.5 组合式发动机 3.6 非常规推进系统
3.1 发动机的分类及特点
▪ 飞行器发动机的种类很多，其用途也各不相同。通常可以按发动机产生 推力原理的不同和发动机工作原理的不同将发动机分为如下4大类，如 图示。