第一讲航空发动机的发展历史
中国航空发动机集团发展历史
中国航空发动机集团发展历史中国航空发动机集团是中国目前领先的航空发动机制造商和研发机构，其发展历史可以追溯到上世纪50年代初期。
中国在当时决定发展自己的航空工业，并于1951年成立了中国航空工业局，为后来的航空发动机事业打下了基础。
中国航空发动机集团的发展历程可以分为以下几个重要阶段：起步阶段、自主研发阶段、并购整合阶段和国际合作阶段。
起步阶段是中国航空工业局建立的初期阶段，当时中国面临了严重的技术落后和产业基础薄弱的问题。
鉴于此，中国开始引进苏联的航空技术和设备，为国内的发动机制造提供了重要的支持。
在这一阶段，中国航空工业局主要从事航空发动机的组装和维修工作，并逐步积累了经验和技术。
经过起步阶段的积累，中国开始进入了自主研发阶段。
上世纪70年代初，中国开始首次研制自己的涡扇发动机，这标志着中国航空发动机制造业迈出了重要的一步。
中国航空工业局成立了航空发动机研究所，专门从事航空发动机的研发工作。
在这一阶段，中国积极引进国外先进技术，同时加强国内科研力量的建设，为打破技术壁垒提供了重要支持。
随着自主研发阶段的不断深入，中国航空发动机集团进入了并购整合阶段。
上世纪90年代初，中国航空工业局开始进行航空工业的重大改革，成立了中国航空工业集团公司。
这一举措极大地促进了中国航空发动机行业的整合和发展，同时也提高了中国航空发动机的国际竞争力。
在并购整合阶段，中国航空工业集团公司逐步实现了国内外航空发动机企业的整合，夯实了中国航空发动机的产业基础。
最近几年，中国航空发动机集团逐渐进入了国际合作阶段。
中国在航空领域的国际地位不断上升，国际品牌的建设也进入了一个新阶段。
中国航空发动机集团与国际知名航空发动机厂商开展了广泛的合作，提高了中国航空发动机的技术水平和产品质量，同时也加速了中国航空发动机企业的国际化进程。
总的来说，中国航空发动机集团的发展历史可以看作是中国航空工业发展的缩影。
中国航空发动机集团在不断探索创新的道路上，积极引进国外先进技术，加强自主研发能力，实现了中国航空发动机产业的快速发展。
航空发动机发展历程报
航空发动机发展历程报告一、序言1903年12月17日，美国的莱特兄弟实现了人类历史上首次有动力、载人、持续、稳定和可操作的重于空气的飞行器的飞行，首次飞行留空时间仅持续12秒，飞行距离为36.6米，当天持续最久的一次飞行是由哥哥威尔伯·莱特驾驶的第四次飞行，持续时间59秒，飞行距离260米。
这次飞行开创了人类历史的新纪元，对后来百年里人类社会、政治、经济、文化和军事等方面产生不可估量的影响，并将持续至不可知的未来。
而航空发动机作为飞行器的核心部件，在很大程度上决定了航空器的发展水平。
航空发动机的发展历程大概可分为两个时期，第一个时期是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；第二个时期是从第二次世界大战结束至今，60余年的时间，航空燃气涡轮发动机逐渐取代了活塞式发动机，开创了喷气时代，成为航空发动机的主流。
如今，航空发动机的第一个百年已经远去，新的航空百年正在赶来，各种新概念、非传统的航空发动机开始崭露头角，如脉冲爆震发动机、多核心机发动机、组合发动机、模拟昆虫扑翼飞行的电致伸肌动力发动机和利用螺旋桨推进的太阳能、燃料电池、微波电动发动机等。
可以想象，未来的航空发动机必定更加稳定与高效，航空发动机的种类也会得到极大的扩展与充实。
二、活塞式发动机莱特兄弟首飞所驾驶的“飞行者”一号所用的发动机并非出自著名的企业或发明家，而是一位普通的修理技工查尔斯·泰勒之手。
这是一台设有自动进气阀的液（水）冷、四缸、四冲程直排卧式活塞式汽油发动机（图1），图1 “飞行者”一号发动机结构示意图汽缸内径101.5毫米，冲程104.8毫米，排量3.398升，压缩比4.4，长期工作功率9千瓦（约12马力），短期可达12千瓦（16马力），净重量64千克（无燃料），工作重量81千克（带燃料、水和附件），功重比约为0.148~0.20马力/千克。
这些指标不但令当时技术成熟的蒸汽机望尘莫及，在当时同类的活塞式发动机中也是佼佼者，完全可以满足飞行的要求。
航空发动机发展史
航空发动机发展史航空发动机诞生一百多年来,主要经过了两个阶段：前40年（1903~1945），为活塞式发动机的统治时期；后60年（1939~至今），为喷气式发动机时代。
在此期间，航空上广泛应用的是燃气涡轮发动机，先后发展了直接产生推力的涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机。
亦派生发展了输出轴功率的涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机。
一、活塞式发动机统治时期很早以前，我们的祖先就幻想像鸟一样在天空中自由飞翔，也曾作过各种尝试，但是多半因为动力源问题未获得解决而归于失败。
最初曾有人把专门设计的蒸汽机装到飞机上去试，但因为发动机太重，都没有成功。
到19世纪末，在内燃机开始用于汽车的同时，人们即联想到把内燃机用到飞机上去作为飞机飞行的动力源，并着手这方面的试验。
1903年，莱特兄弟把一台4缸、水平直列式水冷发动机改装之后，成功地用到他们的"飞行者一号"飞机上进行飞行试验。
这台发动机只发出8.95 kW的功率，重量却有81 kg，功重比为0.11kW/daN。
发动机通过两根自行车上那样的链条，带动两个直径为2.6m的木制螺旋桨。
首次飞行的留空时间只有12s,飞行距离为36.6m。
但它是人类历史上第一次有动力、载人、持续、稳定、可操作的重于空气飞行器的成功飞行。
在两次世界大战的推动下，活塞式发动机不断改进完善，得到迅速发展，第二次世界大战结束前后达到其技术的顶峰。
发动机功率从近10kW提高到2500kW 左右，功率重量比（发动机功率与发动机质量的重力之比，简称功重比，计量单位是kW/daN）从0.11kW/daN提高到1.5kW/daN，飞行高度达15000m，飞行速度从16km/h提高到近800km/h，接近了螺旋桨飞机的速度极限。
20世纪30~40年代是活塞式发动机的全盛时期。
活塞式发动机加上螺旋桨，构成了所有战斗机、轰炸机、运输机和侦察机的动力装置；活塞式发动机加上旋翼，构成所有直升机的动力装置。
航空科学技术-先进动力技术
工作原理
喷口：高温燃气经尾 喷管膨胀加速后排出， 从而产生推力。
进气道：高 速迎面气流 经进气道减 速增压。
35
燃烧室：超声速气流在燃烧室与燃料混合燃烧。
4.3.1 超燃冲压发动机
优点
它可以利用大气中的氧气做为氧化剂，所以超 燃冲压发动机在高超声速飞行时，经济性能显 著优于涡喷发动机和火箭发动机。
37
4.3.1 超燃冲压发动机
缺点
一般的超燃冲压发动机，不能自身起动，需要 助推器加速到一定速度才可工作。
飞行速度低时，性能差，效率低。 对飞行状态的改变较敏感，当发动机离开设计
点时，性能很快恶化。 当在宽马赫数范围内飞行时，要对进气道进行
调节，这样使得进气道结构复杂。
38
4.3.1 超燃冲压发动机
20
4.2.3 涡扇发动机
涡轮：分为低压涡轮和高压涡
轮。低压涡轮带动风扇转动，
进气道、压气
高压涡轮带动压气机转动。
机和燃烧室原
喷口：将从
理同涡喷发动
涡轮流出的
机
燃气膨胀加
速，向后高
风扇：同时具 有螺旋桨和压 缩空气的用途
速排出，产 生反作用推 力
的作用。
内涵道：另一部分空气经过
核心机，带动涡轮、压气机
2004年3月27日，美国的X-43A高声速试验飞 机在3 万米高空、Ma＝7的条件下，启动超燃 冲压发动机，工作时间达10s，飞行试验取得 成功。
美国带有超燃冲 压发动机X-43A验 证机
41
4.3.1 超燃冲压发动机
研究状况
X-51A“乘波者”
2010年5月26日，美国成功试飞 X-51A “乘波者”飞 行试验机。结果，超燃冲压发动机只工作了140秒，并 未达到预期的300秒时间，飞行器的飞行速度达到了马 赫数5，尚未加速到马赫数6以上。
军用航空发动机简介介绍
军用航空发动机关
03
键技术
军用航空发动机关键技术
• 军用航空发动机是现代军事航空技术的核心组成部分，其性能与可靠性直接决定了军用飞机的战斗力与作战效能。为了满 足各种极端环境和复杂任务的需求，军用航空发动机在技术上不断追求创新与突破。本文将重点介绍军用航空发动机中的 几项关键技术。
军用航空发动机的
作用
军用航空发动机的主要作用是为军用飞机提供推力，使其能够起飞、巡航和执 行各种任务。同时，军用航空发动机还需具备高可靠性、高效能、高机动性等 特点，以满足复杂多变的军用航空需求。
军用航空发动机的历史发展
早期发展
涡轮喷气时代
早期的军用航空发动机主要借鉴民用航空 发动机的设计，但在性能上提出了更高的 要求。
军用航空发动机简介介 绍
汇报人： 2023-11-22
contents
目录
• 军用航空发动机概述 • 军用航空发动机类型与特点 • 军用航空发动机关键技术 • 军用航空发动机的未来展望
军用航空发动机概
01
述
定义与作用
定义
军用航空发动机是为军用飞行器提供动力的专用发动机，是军用航空技术的核 心组防安全
军用航空发动机是国防安全的重 要支柱，直接影响军用飞机的性 能，进而关系到国家的空中优势
和战略威慑能力。
科技实力体现
军用航空发动机的研发和生产水 平是一个国家航空科技实力的直 接体现，对于提升国家在国际舞 台上的地位和影响力具有重要意
义。
经济发展
军用航空发动机产业具有高技术 、高附加值的特点，能够带动相 关产业链的发展，为国家经济发
随着涡轮喷气技术的出现，军用航空发动 机进入了全新的时代，具备更高的推力和 速度。
航空发动机发展历程报
航空发动机发展历程报告一、序言1903年12月17日，美国的莱特兄弟实现了人类历史上首次有动力、载人、持续、稳定和可操作的重于空气的飞行器的飞行，首次飞行留空时间仅持续12秒，飞行距离为36.6米，当天持续最久的一次飞行是由哥哥威尔伯•莱特驾驶的第四次飞行，持续时间59秒，飞行距离260米。
这次飞行开创了人类历史的新纪元，对后来百年里人类社会、政治、经济、文化和军事等方面产生不可估量的影响，并将持续至不可知的未来。
而航空发动机作为飞行器的核心部件，在很大程度上决定了航空器的发展水平。
航空发动机的发展历程大概可分为两个时期，第一个时期是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；第二个时期是从第二次世界大战结束至今，60余年的时间，航空燃气涡轮发动机逐渐取代了活塞式发动机，开创了喷气时代，成为航空发动机的主流。
如今，航空发动机的第一个百年已经远去，新的航空百年正在赶来，各种新概念、非传统的航空发动机开始崭露头角，如脉冲爆震发动机、多核心机发动机、组合发动机、模拟昆虫扑翼飞行的电致伸肌动力发动机和利用螺旋桨推进的太阳能、燃料电池、微波电动发动机等。
可以想象，未来的航空发动机必定更加稳定与高效，航空发动机的种类也会得到极大的扩展与充实。
、活塞式发动机莱特兄弟首飞所驾驶的“飞行者” 一号所用的发动机并非出自著名的企业或发明家，而是一位普通的修理技工查尔斯•泰勒之手。
这是一台设有自动进气阀的液（水）冷、四缸、四冲程直排卧式活塞式汽油发动机（图1）, 图1 “飞行者”一号发动机结构示意图汽缸内径101.5毫米，冲程104.8毫米，排量3.398升，压缩比4.4,长期工作功率9千瓦（约12马力），短期可达12千瓦（16马力）,净重量64千克（无燃料），工作重量81千克（带燃料、水和附件），功重比约为0.148~0.20马力/千克。
这些指标不但令当时技术成熟的蒸汽机望尘莫及，在当时同类的活塞式发动机中也是佼佼者，完全可以满足飞行的要求。
航空发动机发展历程
航空发动机发展历程
随着现代工业的发展，航空工业也在不断的发展壮大。
而航空发动机作为飞机的“心脏”，也在经历了一个漫长的发展历程。
早期的航空发动机仅仅只能提供一点动力，无法满足长时间高空飞行的需求，因此，人们逐渐开始研制更加高效、可靠的发动机。
20世纪20年代，出现了第一代喷气式发动机，这种发动机能够提供更加强劲的推力，使得飞机的速度和高度都得到了大幅提升。
但是，这种发动机的燃油消耗量非常大，而且维护成本也很高，因此并不适合商业飞机的使用。
20世纪50年代，第二代喷气式发动机的出现，使得商业航空发展进入一个新的阶段。
这种发动机使用了涡轮扇技术，能够提供更高的推力，而且燃油消耗量和维护成本也相对较低。
这种发动机的成功应用，使得商业航空开始进入一个快速发展的时期。
随着科技的不断进步，航空发动机也在不断的升级换代。
第三代喷气式发动机采用了高效的涡轮增压技术，能够更加有效地提高发动机的性能。
而第四代喷气式发动机，则采用了更加先进的材料和设计理念，使得发动机的燃油效率和推力得到了大幅提升，同时也减少了对环境的污染。
如今，航空发动机已经成为了商业航空的核心技术之一，其发展历程也见证了人类不断追求科技进步和创新的历程。
未来，随着科技的不断发展，航空发动机也将不断升级，为商业航空提供更加高效、安全的动力。
航空发动机的发展历史及工作原理
飞机开始用于军事用途，对航空发动机的需求增加。
活塞发动机时代
20世纪20年代至40 年代：活塞发动机成 为主流动力装置。
第二次世界大战期间： 活塞发动机的制造规 模和性能达到高峰。
20世纪30年代：随 着材料和制造技术的 进步，活塞发动机的 性能得到提升。
喷气发动机时代
01
02
喷气发动机
工作原理
喷气发动机通过高速喷射 燃料和空气混合物产生推 力，其工作原理与活塞发 动机截然不同。
高速飞行
喷气发动机适合高速飞行， 能够在短时间内加速至最 大速度，使飞机达到较高 的飞行速度。
广泛应用
喷气发动机广泛应用于现 代民航客机、战斗机和轰 炸机等。
涡轮发动机
工作原理
涡轮发动机利用燃气在涡轮中膨胀产生动力，驱 动压气机和风扇旋转，产生推力。
03
20世纪40年代
喷气发动机的发明，标志 着航空发动机进入新的时 代。
20世纪50年代
喷气发动机的制造技术和 材料取得突破，性能得到 显著提升。
冷战期间
喷气发动机成为军用飞机 和导弹的主要动力装置。
涡轮发动机的崛起
20世纪60年代至今
涡轮发动机在民航和军用领域得到广泛应用。
20世纪70年代
涡扇发动机的出现提高了燃油效率和推进效率。
活塞发动机
1 2
早期航空发动机类型
活塞发动机是早期飞机的主要动力来源，其工作 原理是通过燃料燃烧产生高压气体，推动活塞运 动，进而驱动螺旋桨旋转。
效率与功率
活塞发动机的效率与功率相对较低，且随着飞行 速度的增加，功率逐渐下降，限制了飞机的性能。
3
应用范围
目前活塞发动机主要用于轻型飞机、直升机和部 分小型公务机。
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航空发动机原理
24
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航空发动机原理
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燃气涡轮结束至今
60年来，航空燃气涡轮发动机取代了活塞 式发动机
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航空发动机原理
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1.1 人类的飞天之梦
两千多年前的风筝
世界上目前公认最早 的重于空气的飞行器
它是如何飞起来的
一千多年以前的 “孔明灯”
世界上最早的、最原 始的热气球
现代热气球的鼻祖
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航空发动机原理
10
关于民间神话传说
嫦娥奔月（图1） 舜帝的斗笠（图2） 风神演义中的雷震子 达·芬奇笔下的“扑翼机”（图3） 事实证明：依靠人力飞行是不可能的
斯593涡喷发动机定型 从此再没有重要的涡喷发动机问世
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航空发动机原理
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涡扇发动机
涡扇发动机的发展来自于民用发动机
1959年定型的英国康维
世界上第一台涡扇发动机 涵道比有0.3和0.6，推力为5730daN 耗油率比同时期的涡喷发动机低10%～20% 用于VC-10、DC-8和波音707客机
装备第三战斗机，如F-15、F-16、F-18、“狂 风”、米格-29和苏-27
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航空发动机原理
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目前，推重比10涡扇发动机投入服役
美国F-22/F119、西欧EFA2000/EJ200 和法国的“阵风”/M88
F-22/F119具有第四代战斗机代表性特征-超声速巡航、短距起落、超机动性和隐身 能力
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航空发动机原理
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图1 嫦娥奔月
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图2 舜帝的斗笠
图3 达·芬奇笔下的"扑翼机 "
航空发动机原理
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气球、飞艇、无动力的滑翔机
飞上天有三种基本的途径：
基于阿基米德浮力的原理
热气球、包括氢气、氦气球，包括飞艇
基于直接有升力的飞行
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
这是世界上第一架试飞成功的喷气式飞机
开创了喷气推进时代和航空事业的新纪元
世界上第一台实用的涡轮喷气发动机是德国的 尤莫-004
1942年7月18日德国工程师把He－S3B装在梅塞 施米特Me-262飞机上试飞成功
1944.9－1945.5， Me-262共击落盟军飞机613 架，自己损失200架（包括非战斗损失）
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航空发动机原理
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发动机GE90－115B
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波音777-300ER大型双发旅客机
航空发动机原理
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活塞式发动机
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喷气发动机的早期设想
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第二个时期从第二次世界大战结束至今
60年来，航空燃气轮机取代了活塞式发动机 航空燃气轮机开创了喷气时代，居航空动力的主
导地位
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航空发动机原理
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活塞式发动机时期
早期飞机动力源问题的解决过程
飞机动力源问题未解决导致屡次飞行失败 使用蒸气机作为动力源，质量过重 1810年，英国科学家凯利发现了飞行原理 1876年，德国工程师奥托试制成热效率高于
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航空发动机原理
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涡轮喷气发动机
战后，美、苏、法通过买专利，或借助从德国 取得的资料和人员，陆续发展了本国第一代涡 轮喷气发动机：
美国通用电气公司的J47轴流式涡喷发动机 苏联克里莫夫设计局的RD-45离心式涡喷发动机 推力2650daN左右，推重比为2～3 它们分别在装在F-86和米格-15战斗机上服役。这
航空发动机原理
23
音障
在物体的速度快要接近音速时，周边的空气受 到声波叠合而呈现非常高压的状态，因此一旦 物体穿越音障后，周围压力将会陡降。
在比较潮湿的天气，陡降的压力所造成的瞬间 低温可能会让气温低于它的露点（Dew Point） 温度，使得水汽凝结变成微小的水珠，肉眼看 来就像是云雾般的状态。
通用电气公司GE90-115B在2003年2月创 造了56900daN的发动机推力世界纪录。
2021/2/5
航空发动机原理
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目前，普·惠公司正在研制新一代涡扇发 动机PW8000齿轮传动涡扇发动机
推力为11 000～16 000daN 涵道比11，耗油率下降9%
罗罗公司生产的喘达系列发动机
超声速垂直起飞短距着陆的JSF动力装置 F136正在研制之中，预计将于2010～ 2012年投入服役。
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航空发动机原理
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民用发动机的研制
20世纪70年代
第一代推力在20000daN以上的高涵道比 （4～6）涡扇发动机投入使用
开创了大型宽体客机的新时代
90年代中期
装备波音777投入使用的第二代高涵道比 （6～9）涡扇发动机的推力超35000daN
涡扇发动机两个发展方向
低涵道比的军用加力发动机 高涵道比的民用发动机
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贝努利方程 p11 2V12p21 2V22
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补充：关于飞机发动机的知识
飞机的起飞过程
飞机的降落过程
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航空发动机原理
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航空发动机发展历史
航空发动机百年历史可分为两个时期：
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
活塞式发动机统治了40年左右
考核方法
考核方式
考试课 闭卷、笔试 平时成绩15分、卷面成绩85分
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航空发动机原理
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二、课堂要求
课堂纪律
不准迟到 旷课10次及以上取消考试资格 上课期间保持安静等
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三、课程主要内容
航空发动机的历史回顾 热工气动基础 航空发动机原理部分 航空发动机构造部分
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航空发动机原理
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航空发动机原理
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航空发动机原理与构造
课程教学说明
归属单位
课程编号
开课学期
3
总学时数
72学时
学分
适用专业
ME
首选教材
航空发动机原理与构造.中国民航大学校内讲 义
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航空发动机原理
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一、课程教学大纲说明
本课程与其它课程的联系
主要先修课程：气体动力学、工程热力学 主要后续课程：专业英语、发动机机型
开创了喷气时代，居航空动力的主导地位
喷气发动机的早期设想
1937年，英国的惠特尔和德国的奥海因 分别研制成功离心式涡轮喷气发动机WU 和He－S3B
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航空发动机原理
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涡轮喷气发动机
1939年8月27日率先装在亨克尔公司的He178飞机上试飞成功
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活塞式发动机时期
活塞式发动机的发展
飞机用于战争目的推动航空蓬勃发展 早期液冷式、气冷发动机 两次世界大战推动发动机的性能提高：
单机功率从不到10 kW增加到2500 kW左右 螺旋桨飞机的V从16km/h提高到近800 km/h 飞行高度达到15000 m
“音障”的出现
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航空发动机原理
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音障
音障是一种物理现象，当物体（通常是航空器） 的速度接近音速时，将会逐渐追上自己发出的 声波。声波叠合累积的结果，会造成震波 （Shock Wave）的产生，进而对飞行器的加速 产生障碍，而这种因为音速造成提升速度的障 碍称为音障。
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两种飞机在朝鲜战争期间展开了你死我活的空战
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航空发动机原理
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涡轮喷气发动机
50年代末至60年代初，各国研制了M2飞机的 一批涡喷发动机
如J79、J75、埃汶、奥林帕斯、阿塔9C、R-11和 R-13
推重比已达5～6
60年代中期用于M3飞机的J58和R-31 70年代初，用于“协和”超声速客机的奥林帕
课程的性质
机务专业（ME）专业必修课
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航空发动机原理
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一、课程教学大纲说明
课程的作用与任务
掌握航空发动机的基本工作原理和特性以及 基本结构
了解航空发动机各主要工作系统的组成、工 作原理
为今后从事相关飞机发动机维修工作打下理 论基础
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航空发动机原理
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一、课程教学大纲说明
到40年代末,活塞发动机达到了发展的顶峰
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航空发动机原理
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活塞式发动机时期
活塞式发动机固有的缺陷
功率与重量的矛盾
发动机功率与飞行速度的三次方成正比 发动机功率的增加，将导致发动机重量迅速增大