航空发动机的发展历史及工作原理
飞机发动机发展历程回顾
飞机发动机发展历程回顾飞机发动机发展历程回顾飞机发动机经历了哪些历程?下面是的飞机发动机发展历程资料，欢迎阅读。
飞机发动机发展历程1、活塞式发动机时期早期液冷发动机居主导地位很早以前，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。
以后，在飞机用于目的的推动下，航空特别是在欧洲开始蓬勃发展，法国在当时处于领先地位。
美国虽然发明了动力飞机并且制造了第一架军用飞机，但在参战时连一架可用的新式飞机都没有。
在前线的美国航空中队的6287架飞机中有4791架是法国飞机，如装备伊斯潘诺-西扎V型液冷发动机的"斯佩德"战斗机。
这种发动机的功率已达130~220kW, 功重比为0.7kW/daN左右。
飞机速度超过200km/h，升限6650m。
当时，飞机的飞行速度还比较小，气冷发动机冷却困难。
为了冷却，发动机裸露在外，阻力又较大。
因此，大多数飞机特别是战斗机采用的是液冷式发动机。
期间，1908年由法国塞甘兄弟发明旋转汽缸气冷星型发动机曾风行一时。
这种曲轴固定而汽缸旋转的发动机终因功率的增大受到限制，在固定汽缸的气冷星型发动机的冷却问题解决之后退出了历史舞台。
航空发动机解析
动能而产生反作用力，推动飞机前进。
特点：完全依赖燃气流产生推力，速度较高，油 耗比涡扇发动机高，采用了涡轮驱动压气机，因 而在低速时也有足够的压力来产生强大的推力， 但是又限制了飞机速度。
涡喷发动机
航空发动机类型（三）
• 涡扇发动机
• 工作原理：燃气发生器出口的燃气在低压涡轮中进一 步膨胀做功，用于带动外涵道风扇，使外涵道气流的 喷射速度增大，剩下的可用能量继续在喷管中转变为 高速排气的动能
燃烧室
涡轮机
• 作用：使高温高压燃气膨胀做功，把 燃气中的部分热能转换为机械能，输 出涡轮功带动压气机和其他附件工作 • 分类：轴流式和径流式 • 特点：轴流式，尺寸小、流量大、效 率高，适用于大功率的动力装置 径流式，级功率大，工作可靠 性好，对于小流量的涡轮还具有较 高的效率
• 作用：进一步压缩空气，为燃烧，冷 却等方面提供压缩空气。 • 基本类型：轴流式 离心式 混合式
压气机
• 设计要求：
• （1）满足发动机性能的各项要求，性能稳 定，稳定工作范围宽； • （2）有足够的强度，适宜的刚度和更小的 振动； • （3）结构简单，尺寸小，重量轻； • （4）工作可靠，寿命长； • （5）维修性、检测性好，性能制造成本比 高
航空发动机
小组成员：王晨 赵丹 周玉鑫 李龙
概要
• • • • • 航空发动机发展史 航空发动机类型 核动力在航空中的应用 航空发动机结构组成 国内航空发动机发展
航空发动机发展史（一）
• 1.活塞式发动机时期:
莱特兄弟（1903） 8.95 kW的功率，重量81 kg，功重比为0.11kW/daN 伊斯潘诺-西扎V型液冷发动机 功率 130~220kW, 功重比为0.7kW/daN左右。飞行速度超 过200km/h，升限6650m 双排气冷星型发动机 功率600~820kW， 飞行速度已超过500km/h，飞行高度达10000m，功 重比超过1kW/daN 狄塞尔循环活塞式发动机 功率为150 kW； 耗油率0.22 kg/(kW· h)
航空发动机发展历程和趋势
航空发动机发展历程和趋势航空发动机是现代航空技术的核心之一，它的发展经历了一个漫长而又充满挑战的历程。
本文将从航空发动机的起源开始，梳理其发展历程，并探讨未来的发展趋势。
一、航空发动机的起源航空发动机的起源可以追溯到19世纪末的内燃机发明。
德国工程师尼古拉斯·奥托发明了第一个四冲程内燃机，开创了航空发动机的先河。
随后，法国工程师尚·布鲁瓦雷成功将内燃机应用于飞行器，并于1908年获得了第一架飞机的专利。
二、早期航空发动机的发展早期的航空发动机以活塞式发动机为主，其工作原理类似于汽车发动机。
这种发动机通过活塞在气缸内往复运动，通过点火、燃烧混合物来产生推力。
然而，由于其结构复杂、体积庞大和重量较重，限制了飞机的速度和飞行高度。
三、涡轮喷气发动机的诞生20世纪30年代，涡轮喷气发动机的问世标志着航空发动机的重大突破。
涡轮喷气发动机利用燃烧室中的高温燃气推动涡轮旋转，从而驱动飞机前进。
与传统活塞式发动机相比，涡轮喷气发动机具有体积小、重量轻、推力大和燃油效率高等优点，为航空业带来了巨大的变革。
四、涡扇发动机的崛起20世纪50年代，随着涡扇发动机的问世，航空发动机进入了一个新的时代。
涡扇发动机是在涡轮喷气发动机的基础上发展而来，其特点是在喷气口外部增加了一个大风扇，进一步提高了推力和燃油效率。
涡扇发动机的出现使得喷气式飞机速度大幅提升，航程延长，为民航业的发展提供了强大的动力。
五、高温合金技术的应用为了提高发动机的效率和性能，航空发动机制造商开始研发和应用高温合金技术。
高温合金可以在极端高温下保持稳定性，使发动机能够承受更高的温度和压力，提高燃烧效率和推力。
此外，高温合金还具有抗腐蚀和抗磨损等优点，延长了发动机的使用寿命。
六、绿色环保技术的发展随着环境保护意识的增强，航空发动机也在不断追求更加环保和节能的技术。
绿色环保技术包括燃烧室设计的优化、燃料喷射和燃烧控制系统的改进，以及废气处理和噪音减少技术的应用。
航空发动机工作原理
航空发动机工作原理涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机的诞生:二战以前，活塞发动机与螺旋桨的组合已经取得了极大的成就，使得人类获得了挑战天空的能力。
但到了三十年代末，航空技术的发展使得这一组合达到了极限。
螺旋桨在飞行速度达到800千米/小时的时候，桨尖部分实际上已接近了音速，跨音速流场使得螺旋桨的效率急剧下降，推力不增反减。
螺旋桨的迎风面积大，阻力也大，极大阻碍了飞行速度的提高。
同时随着飞行高度提高，大气稀薄，活塞式发动机的功率也会减小。
这促生了全新的喷气发动机推进体系。
喷气发动机吸入大量的空气，燃烧后高速喷出，对发动机产生反作用力，推动飞机向前飞行。
早在1913年，法国工程师雷恩"洛兰就提出了冲压喷气发动机的设计，并获得专利。
但当时没有相应的助推手段和相应材料，喷气推进只是一个空想。
1930年，英国人弗兰克"惠特尔获得了燃气涡轮发动机专利，这是第一个具有实用性的喷气发动机设计。
11年后他设计的发动机首次飞行，从而成为了涡轮喷气发动机的鼻祖。
涡轮喷气发动机的原理:涡轮喷气发动机简称涡喷发动机，通常由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成。
部分军用发动机的涡轮和尾喷管间还有加力燃烧室。
涡喷发动机属于热机，做功原则同样为：高压下输入能量，低压下释放能量。
工作时，发动机首先从进气道吸入空气。
这一过程并不是简单的开个进气道即可，由于飞行速度是变化的，而压气机对进气速度有严格要求，因而进气道必需可以将进气速度控制在合适的范围。
压气机顾名思义，用于提高吸入的空气的的压力。
压气机主要为扇叶形式，叶片转动对气流做功，使气流的压力、温度升高。
随后高压气流进入燃烧室。
燃烧室的燃油喷嘴射出油料，与空气混合后点火，产生高温高压燃气，向后排出。
高温高压燃气向后流过高温涡轮，部分内能在涡轮中膨胀转化为机械能，驱动涡轮旋转。
由于高温涡轮同压气机装在同一条轴上，因此也驱动压气机旋转，从而反复的压缩吸入的空气。
从高温涡轮中流出的高温高压燃气，在尾喷管中继续膨胀，以高速从尾部喷口向后排出。
航空发动机的设计和发展趋势
航空发动机的设计和发展趋势航空发动机是飞机的“心脏”，它的性能和稳定性对于飞行安全至关重要。
航空发动机的设计和发展一直是航空工业中的焦点和难点。
一、航空发动机的设计原则航空发动机的设计原则是“轻、强、耐用、高效”。
轻量化是当前发动机设计的趋势，可以降低飞机重量和燃油消耗。
强度是指发动机要能够承受高温和高压力的工作环境。
耐用性是指发动机在长期运行中能够保持稳定性和可靠性。
高效是指发动机要具有高推力、低油耗的特点。
二、航空发动机的分类目前航空发动机可以分为螺旋桨发动机和喷气发动机两种类型。
螺旋桨发动机适用于低速飞机，具有低噪音、高效率的特点。
而喷气发动机适用于高速飞机，推力大、速度快、起飞滑跑距离短。
三、航空发动机的发展历程20世纪初，航空发动机的主要形式是活塞式发动机。
1939年，德国发明了第一款喷气式发动机，它的推力远远超过了同等重量的活塞式发动机。
20世纪50年代，涡扇发动机成为主流。
70年代末，高涵道比涡扇发动机问世，它拥有更高的燃烧效率和推力。
21世纪初，钛合金、陶瓷材料、复合材料等新材料的应用使得发动机的重量和燃油消耗得到大幅度降低。
四、航空发动机的未来趋势未来，航空发动机的发展方向是轻量化、自适应控制、智能化、环保节能。
随着新科技的应用和不断创新，航空发动机的性能和稳定性将得到进一步提高。
轻量化是未来发动机设计的重要方向，主要借助新材料和先进工艺技术来实现。
减轻发动机重量可以同时降低燃油消耗和碳排放，符合环保要求。
自适应控制是指发动机在工作过程中可以自动根据外部环境和内部状态进行调节，提高发动机稳定性和可靠性。
智能化则是指发动机可以实现自我学习和预测，提高故障诊断和维修效率。
环保节能是未来发动机发展的必须方向。
新一代发动机需要具备低噪音、低污染、低能耗的特点。
新能源和新动力技术的应用将有望推动航空发动机的发展进程。
总之，航空发动机的设计和发展是一项复杂而长期的过程。
未来发动机的发展方向是轻量化、自适应控制、智能化、环保节能。
中国航空发动机的发展认识和理解
中国航空发动机的发展认识和理解中国航空发动机的发展历程可以追溯到上世纪50年代，那个时候中国开始独立研发航空发动机。
起初，由于技术实力不足，中国航空发动机的性能和质量很难与国际先进水平相比。
然而，随着科技的进步和国家发展的推动，中国航空发动机逐渐取得了较大的突破与进展。
中国航空工业集团公司（AVIC）作为中国国内主要的航空发动机研发和制造企业，承担着推动中国航空发动机技术发展的重要职责。
经过多年的努力，中国航空发动机的研发能力和制造水平得到了显著提高。
在技术方面，中国航空发动机的发展经历了从模仿到创新的过程。
起初，中国航空发动机主要依赖于引进和仿制国外发动机，以满足国内需求。
但是，随着技术积累和创新能力的提升，中国航空发动机开始研发自主品牌，并取得了一系列重要的突破。
例如，中国自主研发的“神鹰”系列航空发动机已经在多型飞机上成功应用，性能和可靠性得到了广泛认可。
在制造水平方面，中国航空发动机的发展也取得了重要进展。
中国航空工业通过引进国外先进设备和技术，提高了航空发动机的制造水平。
同时，中国航空工业也加强了与国际航空发动机制造企业的合作与交流，提高了自身的制造能力和质量管理水平。
目前，中国航空发动机的制造水平已经能够满足国内外市场的需求。
中国航空发动机的发展还受益于国家政策的支持和投入的增加。
近年来，中国政府加大了对航空工业的支持力度，提高了资金投入和政策扶持。
这为中国航空发动机的研发和制造提供了重要的保障和推动。
同时，中国航空工业也积极参与国际航空发动机市场的竞争，并取得了一定的市场份额。
然而，中国航空发动机的发展也面临一些挑战和问题。
首先，与国际先进水平相比，中国航空发动机在技术上仍存在一定差距，尤其是在高温、高速、高可靠性等方面的性能仍有待提高。
其次，中国航空发动机的市场份额仍然相对较小，需要进一步扩大市场份额和提高竞争力。
此外，中国航空发动机在国际市场上面临一些技术壁垒和市场保护主义的限制，需要加强技术创新和国际合作。
航空发动机的发展历程
航空发动机的发展历程航空发动机是航空器飞行的动力装置，也是现代航空技术的核心之一。
它的发展历程可以追溯到19世纪末的内燃机时代。
本文将从早期的蒸汽动力到现代的高效涡轮发动机，为读者介绍航空发动机的发展历程。
一、蒸汽动力时代19世纪末，蒸汽机成为了最早的航空发动机。
法国工程师德尔夫尔提出了一种使用蒸汽推动的飞机设计，并于1884年成功试飞。
这标志着航空发动机的诞生。
然而，蒸汽动力的航空发动机存在着重量大、效率低等问题，无法满足航空器的需求。
二、内燃机时代20世纪初，内燃机的发明和发展推动了航空发动机的进一步发展。
德国工程师奥托·德尔夫尔斯于1892年发明了第一台四冲程汽油内燃机，为航空发动机的发展奠定了基础。
1903年，莱特兄弟的飞机首次成功飞行，他们采用了由自己改进的内燃机作为动力。
此后，内燃机逐渐成为了航空发动机的主流。
三、涡轮喷气发动机时代20世纪30年代，涡轮喷气发动机的出现彻底改变了航空发动机的格局。
1939年，德国工程师汉斯·冯·奥汉恩将涡轮技术应用于飞机发动机，成功研制出了世界上第一台喷气式发动机-HE S1。
涡轮喷气发动机以其高推力、高速度和高效率的特点成为了当时航空工业的宠儿。
四、涡扇发动机时代20世纪50年代，涡扇发动机的问世开创了航空发动机的新纪元。
涡扇发动机是在喷气发动机的基础上进一步发展而来的，它通过在喷气流前加装一个多级压气机和一个大直径的风扇来提高推力和效率。
涡扇发动机以其较低的噪音、较低的燃油消耗和较高的推力成为了现代喷气式飞机的首选发动机。
五、高温合金和复合材料的应用近年来，随着材料科学和工艺技术的进步，高温合金和复合材料在航空发动机中的应用越来越广泛。
高温合金能够承受高温和高压的环境，提高了发动机的工作效率和寿命。
复合材料的轻量化和高强度特性使得发动机更加节能环保。
六、研发新一代发动机当前，航空发动机的研发方向主要集中在提高推力、降低燃油消耗和减少噪音。
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
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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。
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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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压气机
是发动机中最为重要 的部件 由转子和静子组成
转子：
在发动机轴的带动下高 速旋转 带动叶片对空气作功 压缩空气, 提高空气的 压力
2016/7/22
航空发动机原理
5
压气机（静子）
静子作用：
主要由机匣和导流叶片 组成 使气流进一步减速，增 加气体的压力
2016/7/22
2016/7/22 航空发动机原理 21
НК-93高涵道桨扇发 动机
目前世界上最大的桨 扇，三转子结构、两 级对转式涵道桨扇 较开式桨扇和单级桨 扇的推进效率要高出 7% 1800kgf推力中的87% 是由桨扇发出的
2016/7/22
航空发动机原理
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航空发动机的应用
2016/7/22
实习基地使用涡桨发动机的飞机
2016/7/22 航空发动机原理 30
本节课重点
掌握涡喷、涡扇、涡桨、涡轴、桨扇发动 机之间的区别以及它们的工作原理 掌握涡喷发动机的五大部件组成及其工组 原理 掌握涡喷发动机的五个占位及几个重要参 数的定义 其它内容了解
2016/7/22 航空发动机原理 31
螺旋桨产生的拉力，占85∽90％ 反作用推力，占10∽15％
在一定亚音速范围内，具有较好的经济性， 发动机工作效率比turbojet高的多
2016/7/22 航空发动机原理 20
涡轴发动机
piston engine
广泛的应用于直升机和垂直／短距起落飞机 在工作和构造上，涡轮轴发动机同涡轮螺桨发动机相 近，螺旋桨变成了旋翼 装有自由涡轮(即不带动压气机，专为输出功率用的 涡轮)，用来驱动旋翼 驱动力几乎全部来自于依靠旋翼，喷出燃气产生反作 用力可忽略（十分之一左右） 轴向转动通过齿轮装置转换为垂直于轴向的转动
热机－将热能转换为动能 推进器－气流喷出获取反作用力
2016/7/22 航空发动机原理 3
进气道功能
将足够的空气量, 以 最小的流动损失顺利 地引入压气机; 当飞行速度大于压气 机进口处的气流速度 时, 可以通过冲压压 缩空气, 提高空气的 压力。
进气道
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航空发动机原理
活塞式
冲压式 涡轮喷气发动机 涡轮螺旋桨发动机 涡轮风扇发动机 桨扇发动机 涡轴发动机
2016/7/22
航空发动机原理
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燃气涡轮发动机
涡轮喷气发动机 （turbojet engine）
五大部件（component）的简单工作原理
进气道（inlet duct） 压气机（compressor） 燃烧室（burner） 涡轮（burbine） 尾喷管（nozzle）
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航空发动机原理
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发动机排气温度 T4
用符号EGT表示-低压涡轮后燃气的总温 它是发动机中一个重要的监控参数 EGT的变化反映发动机性能的变化
发动机在同样的工作状态下EGT增高，则表明发 动机的性能下降 EGT的变化反映发动机的故障
2016/7/22
航空发动机原理
第1.1节 燃气涡轮发动机的分类
定义
将燃油燃烧释放的热能转变为机械能的装置 既是热机，又是推进器
发动机分类
根据氧化剂的来源划分 根据有无压气机来划分 划分简单示意图
2016/7/22 航空发动机原理 1
固体燃料火箭发动机
火箭发动机 发 动 机 飞机发动机 喷气式 涡轮式 液体燃料火箭发动机
航空发动机原理 15
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涡扇（turbofan）发动机
涡扇发动机的产生 分为不加力式涡轮风扇发动机和加力式涡 轮风扇发动机 涵道比B的概念 简单工作原理
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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
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涡轮螺旋桨发动机
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发动机的压力比EPR
定义
低压涡轮后的总压与低压压气机进口处的总压之比
pt 7 EPR pt 2 它是表征发动机推力的参数之一，用以调定发动机的 工作状态
另一个表征发动机推力的参数是低压转子的转速 N1
2016/7/22 航空发动机原理 28
桨扇发动机D-27
2016/7/22 航空发动机原理 29航空发动机原理23
1.2 喷气发动机的工作原理
组成
发动机站位 五大部件 各部件功能
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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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2.1.3 几个重要的参数
涡轮前燃气总温
T3
燃气涡轮发动机中最重要，最关健的一个参 数，也是受限制的一个参数。 涡轮前燃气总温的高低表示了发动机性能的 高低，在使用过程中它不应超过允许的最高 值，否则应对发动机进行检查和维修。
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航空发动机原理
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涡轮喷气发动机
相比活塞发动机（piston engine）
结构简单、 重量轻、 推力大、 推进效率高 一定飞行速度范围内, V↑，F ↑
加力燃烧室（afterburner）
只有军用飞机使用 位于涡轮和尾喷管之间 进一步喷油、增大发动机推力、提高机动性 燃油消耗率急剧增大，发动机效率降低
航空发动机原理
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燃烧室
高压空气和燃油混合, 燃烧, 将化学能转变为 热能 形成高温高压的燃气
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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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涡轮
高温燃气作用下旋转做功的部件 由静子和转子组成 能量交换方式与压气机正好相反
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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
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尾喷管
使燃气加速，将一部分焓转换为动能，提 高燃气速度，产生很大的推力 改变燃气喷气方向，反推 降低噪声 改变临界面积来改变发动机的工作状态
2016/7/22
航空发动机原理
12
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航空发动机原理
turboprop engine示意图1、示意图2 组成
航空燃气轮机、螺旋桨、减速器
简单工作原理
进气道、压气机、燃烧室工作与涡轮喷气发 动机工作相同 涡轮带动压气机和螺旋桨
2016/7/22 航空发动机原理 19
涡轮螺旋桨发动机
特点：
涡轮输出的功率大于压气机所消耗的功率, 大 出的部分传给螺旋桨 涡桨发动机的总推力由两部分组成