3.1发动机分类与特点及活塞式航空发动机
活塞式航空发动机
活塞式航空发动机+组成：活塞式航空发动机是一种往复式内燃机，通过带动螺旋桨高速转动而产生推力。
主要由气缸、活塞、连杆、曲轴、进气活门和排气活门等组成。
工作原理：活塞式航空发动机一般用汽油作为燃料，每一循环包括四个冲程，即进气冲程、压缩冲程、做功(膨胀）冲程、排气冲程。
在进气冲程，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入气缸内。
在压缩冲程，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。
在做功（膨胀）冲程，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，并有连杆传给曲轴，成为带动螺旋桨转动的动力。
在排气冲程，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，此时就完成了四个冲程的循环。
为满足功率要求，航空发动机一般都是由多气缸组合构成，多个缸体同时工作带动曲轴和螺旋桨转动以产生足够动力。
缸体的数量和布置形式多种多样，但不管是哪种布置形式都必须保证活塞运动与曲轴运动的协调，不能在运动中互相牵制。
活塞式发动机的运转速度很高，气缸内每秒钟要点火燃烧几十次。
高温高压的工作条件使得气缸壁温度很高，因此必须配备冷却系统。
最早活塞发动机上采用液体冷却，在发动机外壳内有散热套，具有一定压力的冷却液在套内循环流动带走热量。
液体冷却系统因包括水箱、水泵、散热器和相应的管路系统等，结构复杂而笨重，因此后来采用气体冷却系统。
气冷式发动机气缸以曲轴为中心，排成星形，气缸外面有很多散热片，飞行时产生的高速气流将气缸壁的热量散去，达到冷却目的。
辅助系统： 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。
燃料系统：燃料系统由燃料泵、汽化器或燃料喷射装置等组成。
航空发动机种类详细介绍
航空发动机是航空器的“心脏”，负责提供推力和动力，保障了航班的正常进行。
目前，航空发动机已经发展出多种类型，以下是对各种类型的详细介绍：一、活塞发动机作用原理活塞发动机的作用原理是将燃油混合氧气在燃烧室中燃烧，产生的高温高压气体驱动活塞运动，进而带动飞机的运动。
分类活塞发动机主要有两种类型：往复式活塞发动机和转子式发动机。
前者通过活塞上下往复运动来产生推力，后者则通过转子的旋转来产生推力。
应用活塞发动机主要应用于小型飞机和私人飞机。
二、涡轮螺旋桨发动机作用原理涡轮螺旋桨发动机将燃油喷入燃烧室燃烧，产生高温高压气体驱动涡轮旋转，进而带动螺旋桨运动。
分类涡轮螺旋桨发动机主要分为两种类型：涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机。
前者的螺旋桨通过涡轮驱动，后者则直接通过涡轮驱动飞机的轴。
应用涡轮螺旋桨发动机主要应用于小型客机和区域航班。
三、涡轮喷气发动机作用原理涡轮喷气发动机将压缩空气加燃油喷入燃烧室，产生高温高压气体驱动涡轮旋转，进而带动喷气发动机产生的推力。
分类涡轮喷气发动机主要分为两种类型：低涵道比涡轮喷气发动机和高涵道比涡轮喷气发动机。
前者推力大、噪音小，后者则可以提供更高的推力。
应用涡轮喷气发动机主要应用于商用客机和军用飞机四.涡扇发动机涡扇发动机是一种将空气加速并喷出产生推力的发动机。
其工作原理基于伯努利原理，将高速气流推出发动机后方，产生反作用力，从而推动飞机前进。
涡扇发动机结构复杂，由多个部件组成，包括压气机、燃烧室、涡轮等。
涡扇发动机广泛应用于商用客机和军用飞机中，其中最著名的是波音公司的737和747系列客机。
五.螺旋桨发动机螺旋桨发动机是一种将空气吸入发动机，经由压缩后，通过螺旋桨将高速气流推出产生推力的发动机。
螺旋桨发动机工作原理基于牛顿第三定律，以螺旋桨的旋转将气流推出发动机后方，产生反作用力，从而推动飞机前进。
螺旋桨发动机结构简单，耗能少，适用于低速飞行，如小型飞机、直升机等。
螺旋桨发动机在航空领域的历史悠久，早期航班和军用运输机都使用了螺旋桨发动机。
航空发动机概述解析(1)
各类发动机简图
➢ 涡扇发动机截面划分
➢ 对于涡扇发动机，其内涵截面标注方法与涡喷发 动机相同。其外涵截面标注方法在相应截面后加2。 如风扇压气机出口3截面写为32截面，尾喷管出 口9截面写为92截面。
动机进口和出口气流动量的变化来确定发动机的推力。
燃烧室：用来组织燃油与空气混合、燃烧， 释放化学能，不断给气体加热，以提高气 体温度。
一、各部件的作用
涡轮：用来带动压气机转动，涡轮在燃烧 室的出口，在高温、高压燃气作用下旋转， 并将燃气热能转换为涡轮机械功。
喷管：用来使高温、高压燃气膨胀，将部 分热能转换成气体的动能，最后高速喷出。
二、发动机的几个系统
根据采用的燃料不同，分为固体燃料火箭 发动机和液体燃料火箭发动机两种。
（1）固体燃料火箭发动机
发动机采用黑色火药、无烟火药等固体燃 料。
固体燃料火箭发动机能产生巨大的推力， 但工作时间段且不易控制。
（2）液体燃料火箭发动机
发动机通常以煤油、酒精或液态氢作为燃 料，以液态氧、硝酸等作为氧化剂。
一、航空活塞式发动机
按基本工作原理方面的差别区分 四行程发动机 二行程发动机
一、航空活塞式发动机
按发动机使用的燃料种类区分 轻油发动机
使用汽油、酒精等挥发性较高的燃料 重油发动机
使用柴油等挥发性较低的燃料
一、航空活塞式发动机
按形成混合气的方式区分 汽化器式发动机 直接喷射式发动机
注：2---压气机入口，2.5（内涵）---低压压气机出口，32 （外涵）---外涵风扇出口，3---燃烧室入口，4---涡轮入口， 4.5---高压涡轮出口，5---尾喷管入口，8---尾喷管临界截 面，92---外涵尾喷管出口
航空发动机概述
（1）固体燃料火箭发动机
发动机采用黑色火药、无烟火药等固体燃 料。
固体燃料火箭发动机能产生巨大的推力， 但工作时间段且不易控制。
（2）液体燃料火箭发动机
发动机通常以煤油、酒精或液态氢作为燃 料，以液态氧、硝酸等作为氧化剂。
第二节 典型燃气涡轮动力装置的一般介绍
发动机的主要部件：进气道、压气机、燃 烧室、涡轮和尾喷管。
一、各部件的作用
进气道：用来引导足够数量的空气顺利进 入发动机，在飞行中还可通过冲压作用提 高气体压力。
压气机：用来提高气体的压力，它通过高 速旋转的叶轮，对进入压气机的气体做功， 达到增压目的。
飞机的螺桨是发动机的主要推进器。 飞行高度低飞行速度慢是使用涡轮螺桨发动机的
主要缺点。飞行高度不超过5000米，飞行速度一 般不超过700公里/小时。 图
3、涡轮风扇发动机
➢ 涡轮风扇发动机有内外两个涵道，在内涵燃气发 生器出口增加动力涡轮，将燃气发生器产生的一 部分或大部分可用功，通过动力涡轮传递给外涵 通道中的压气机，大多数情况下，外涵压气机叶 片是将内涵压气机叶片向外延伸，习惯上将内外 涵共用的压气机称为风扇。
注：2---压气机入口，2.5---低压压气机出口，3---燃烧室入 口，4---涡轮入口，4.5---高压涡轮出口，5---尾喷管入口， 8---尾喷管临界截面，9---尾喷管出口
各类发动机简图
➢ 涡扇发动机截面划分
➢ 对于涡扇发动机，其内涵截面标注方法与涡喷发 动机相同。其外涵截面标注方法在相应截面后加2。 如风扇压气机出口3截面写为32截面，尾喷管出 口9截面写为92截面。
燃烧室：用来组织燃油与空气混合、燃烧， 释放化学能，不断给气体加热，以提高气 体温度。
活塞式发动机
• 四个行程：
– 进气行程 – 压缩行程 – 膨胀行程 – 排气行程
(1)进气行程 在进气行程中，排气门始终关闭，活塞在上死点时进气 门打开。因此，当活塞从上死点向下死点移动时，气缸 内容积扩大，压力减小，在气缸内外压力差的作用下， 混合气经过进气门进入气缸。活塞到达下死点，进气门 关闭，不再进气，于是进气行程结束。
– 对立式的活塞发动机，气缸编号的原则是，后端右 侧开始，按奇数编号；后端左侧开始按偶数编号，
– 单排星型活塞式发动机，气缸编号的原则是，从后 端向前端看，12点钟位置为１号气缸，然后按顺时 针编号
双排星型发动机气缸编号：
– 从后端向前看，后排 12点钟位置为１号气 缸，然后按顺时针奇 数编号。
(2)活塞涨圈
– 安装：在活塞涨圈槽内，借本身的弹力和燃气从 内面作用的侧压力，紧压在气缸壁上。
– 作用：防止燃气从燃烧室中泄漏出去；并阻挡滑 油，使渗到燃烧室中的滑油量降到最小。
的内压； 2. 必须使用轻金属材料制造，以便降低发动机重量； 3. 必须具有良好的导热性，以便有效地冷却； 4. 成本低，且易于制造、检查和维护。
气缸呈圆筒形，固定在机匣上，是混合气进行燃烧并将 燃烧释放出来的热能转变为机械能的地方。所以将发动 机产生功率的部件叫做气缸。 组成：气缸由气缸头和气缸筒两部分组成。 气缸头：气缸头提供了混合气燃烧的空间，在气缸头上 安装有进气门，排气门，两个电嘴。在气缸头上还有 进、排气操纵机构及散热片。 气缸筒：气缸筒由筒体和钢衬套组成。气缸筒的外表面 镶制有散热片，便于散热冷却。
由冷却液把吸收的热量耗散到周围的大气中。
3、按气缸排列的方式分 • 直列型 – 用在小型飞机上。 – 气冷式的，也有液冷式 • 星型。 – 气冷式的发动机。 – 广泛地用在各种飞机上。
航空活塞发动机的分类
航空活塞发动机的分类一、什么是航空活塞发动机？说起航空活塞发动机，可能大家脑袋里最先浮现的就是那种老式的小飞机，发动机轰隆轰隆地响。
它就是一种通过活塞运动来产生动力的发动机。
简单来说，就是靠气体膨胀推动活塞做往复运动，进而转动曲轴，最终推动螺旋桨或其他旋转装置来驱动飞机的发动机。
是不是听起来有点复杂？别担心，我们慢慢说。
活塞发动机可不只是飞行器的心脏，它的种类也是五花八门，今天我们就来好好聊聊它的分类，保证让你既听得懂又不无聊。
二、活塞发动机的基本分类1.水平对置发动机水平对置发动机，也叫做“水平双列发动机”，这名字一听就挺酷的，不是吗？它的工作原理是将两排活塞水平排列，每个活塞都对称工作。
这样做的好处是发动机的重心很低，能够有效降低飞机的振动。
这类发动机大多用于小型飞机，尤其是轻型私人飞机里，表现得非常好。
比如我们常见的“赛斯纳”飞机，它就采用这种发动机。
要知道，这种发动机的特点就是“稳定”，就像我们生活中常说的“稳如老狗”，飞起来平稳又舒适，驾驶员轻松又安心。
2.直列发动机说到直列发动机，大家可能会想到汽车发动机的样子。
对，没错！它就是将所有活塞垂直排列成一条直线。
为什么叫直列呢？就是这么直接！这种发动机的设计比较简单，制造起来也比较容易，因此在飞机中应用广泛，特别是一些中型飞机。
直列发动机的特点就是“耐用”，就像我们常说的“皮实能打”。
就算在复杂的飞行环境下，照样能保持稳定的表现，适合那些对安全性有较高要求的飞行任务。
3.星形发动机星形发动机的外形就像星星一样，活塞的排列呈放射状。
看着像一个巨大的“花朵”，这种发动机的好处就是能提供更强大的推力。
为什么呢？因为它的结构设计让每个活塞都能独立工作，彼此之间互不干扰，工作起来非常高效。
星形发动机通常用于老式的战斗机或大型运输机，像是二战时期的“波音B17”，就使用了这种发动机。
它的特点是“劲儿大”，完全不怕负荷，能承受长时间的高强度运转。
三、根据冷却方式的分类1.风冷发动机风冷发动机，你可以想象一下它就像是我们夏天的电风扇一样，靠着空气流动来散热。
航空概论-9发动机全
燃气涡轮发动机
空气喷气发动机
原理
牛顿第三定律 -- 作用力等于反作用力
喷气发动机在工作时，从前端吸入大量的空气， 燃烧后高速喷出。在此过程中，发动机向气体施加力 ，使之向后加速，气体也给发动机一个反作用力，推
动飞机前进。
喷气发动机的推重比
航空工程与技术概论
第九章 航空发动机
活塞式发动机 涡轮喷气发动机
涡桨发动机 涡轮风扇发动机
涡轴发动机 桨扇发动机
❖ 航空发动机（aero-engine），是为航空器提供推动力或支持力的 装置，是航空器的心脏。
❖ 自从飞机问世以来的几十年中，发动机得到了迅速的发展，从早期 的低速飞机上使用的活塞式发动机，到可以推动飞机以超音速飞行的 喷气式发动机，航空发动机已经形成了一个种类繁多，用途各不相同
国别 苏联
发动机型号 BK-1F
类型 涡轮喷气
装备的飞机 推力/重量比
米格15
～2.0
美国 苏联
J47 РД-9Б
涡轮喷气 加力涡轮喷气
F86 米格19
3～4
美国
J57
加力涡轮喷气
F100
20世纪40年代末到50年代中
国别 苏联 苏联 美国 美国
第二代航空燃气轮发动机
发动机型号
类型
装备的飞机 推力/重量比
下几个： (1)发动机功率
(2)功率重量比
(3)燃料消耗率
活塞式航空发动机发展阶段
喷气时代
两次世界 大战期间
逐步退出主要航空领 域，广泛应用在轻型低
速飞机和直升机上。
气冷发动机发展迅速
，发动机的性能提高很快
航空概论---航空发动机
我国航空发动机发展现状
歼 二 十
我国航空发动机发展现状
航空发动机是一个复杂的系统，它的发展成熟同样也是较为复杂的过 程，并非一朝一夕就能够得以顺利完成。相信以踏实认真的态度，刻 苦钻研的精神，一定会让我国的航空发动机工业一步步走向成熟，也 让中国不再只是一个航空大国，而成为一个航空强国。
Thank You!
涡轮螺旋桨发动机
第一台涡轮螺旋桨发动机为匈牙利于1937年 设计、1940年试运转的 Jendrassik Cs-1。美国在 1956年服役的涡桨发动机T56/501，装于C-130运 输机、P3-C侦察机和E-2C预警机。它的功率范围 为2580～4414 kW，是世界上生产数量最多的涡 桨发动机之一，至今还在生产 。 螺旋桨在吸收功率、尺寸和飞行速度方面的限 制，在大型飞机上涡轮螺旋桨发动机逐步被涡轮 风扇发动机所取代，但在中小型运输机和通用飞 机上仍有一席之地。
P-47，绰号“雷电”，装备R-2800发动机，是美国共和飞机公司研 制的战斗机。该种机型产量达到15683架，是美国战斗机史上生产量 最大的飞机之一。
活塞式航空发动机举例
B-29战略轰炸机，装备 莱特公司的R-3350发动 机。世称“超级空中堡 垒”“史上最强的轰炸 机”，在轰炸东京等二 战及之后的战场都可以 看到他的身影，广岛和 长崎的两次原子弹袭击， B-29也是空中平台。
涡轮螺旋桨发动机
美国C-130运输机
美国E-2C预警机
涡轮螺旋桨发动机工作原理
涡轮螺旋桨发动机由螺旋桨和燃气发生器组成，螺旋桨由涡轮带动。 工作原理与涡轮风扇发动机近似，但产生动力方面却有着很大的不同， 涡轮螺旋桨发动机的主要功率输出方式为螺旋桨的轴功率。 涡轮螺旋桨发动机的螺旋桨后的空气流就相当于涡轮风扇发动机的外 涵道，由于螺旋桨的直径比发动机大很多，气流量也远大于内涵道， 因此这种发动机实际上相当于一台超大涵道比的涡轮风扇发动机。
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3.1 发动机的分类及特点
活塞式 发动机
冲压 喷气发 动机
燃气
空气喷气 发动机
涡轮发 动机
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
火箭
航空航天
垂直起落发动机
冲压发 动机
发动机
化学
液体火箭发动机
火箭发
固体火箭发动机
涡轮 冲压发
组合 发动机
火箭 发动机
动机 固-液混合火箭发动机
非化学 火箭发
电火箭发动机 核火箭发动机
发动机
动机 太阳能火箭发动机
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 驱动喷管沿立轴旋转
起 花 点 火 燃 烧 后 向 上 飞 升
起花点火燃烧 后向上飞升
高压燃气向后喷射过程使发动机产生向前的推力
3.3.1 空气喷气发动机的主要性能参数
• 工作原理： 空气经进气道后，速度降低，压力提高； 经压气机中压缩，压力提高数十倍； 入燃烧室与雾化燃油混合燃烧生成高温燃气 气体膨胀驱动涡轮高速旋转，带动压气机 燃气通过喷管高速向后喷射，产生推力
3）压气机作用
• 提高进入发动机燃烧室的空气压力。适当多级压缩 ，提高增压比和压气机效率
3.3.2 燃气涡轮发动机
•燃气涡轮发动机的核心机 ——压气机 燃烧室 涡轮
• 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 • 垂直起落发动机
1、涡轮喷气发动机（简称涡喷发动机）
1）主要部件
进气道、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管
2）工作原理
• 4个过程：压缩、燃烧、膨胀、等压放热
•推力：作用于发动机内外表面上压力的合力。 可达几千至几十万N。
•单位推力：每单位流量（kg/s）的空气进入发动机所 产生的推力。 •推重比：地面最大工作状态推力和其结构重量之比 （8-10），区别全机推重比（1，0.4） •耗油率：产生单位推力每小时所消耗的燃料，单位 kg/(Nh)，目前可达0.04 kg/(Nh)。 •长寿命、高可靠性、维修方便、噪声小等。
3.2.4 航空活塞式发动机主要性能指标
1）发动机功率
•可用与驱动螺旋桨的功率称为有效功率（kW） •航空发动机中，200kW到3500kW
2）功率重量比
•发动机提供功率和发动机重量之比（kW/kg） •功率达到1.85 kW/kg
3）燃料消耗率(耗油率)
•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/kWh) •耗油率为0.26-0.28 kg/kWh
动机 火箭涡 轮喷气
非化学 火箭发
电火箭发动机 核火箭发动机
发动机
动机 太阳能火箭发动机
3.2 活塞式航空发动机
• 燃烧汽油的往复式内燃机。
• 早期飞机和直升机用的航空发动机，用于 带动飞机螺旋桨或直升机旋翼。
• 二次大战后，被燃气涡轮发动机所取代。
3.2.1 活塞式发动机的主要组成
排气活门 气缸
P182-P183 3， 4， 5， 6， 12，15，17，18， 25，26，29，30
课堂作业四（5分钟后交）
用作业纸写
1、活塞式与喷气发动机在产生推力方式上
的主要区别是什么？ 2、活塞式和喷气式发动机分别采用汽油还
是航空煤油？ 3、歼十飞机采用两侧进气还是腹部进气方
式？
航空航天概论
第 3 章 飞行器动力系统
曲轴
•组成
进气活门 •活塞在气缸中的往
复运动，并将燃料
活塞
的化学能通过燃烧
螺旋 桨
3.2.2 活塞式发动机的工作原理
进气 压缩 燃烧 排气 •四冲程：进气、压缩、膨胀、排气
发动机本身只能提供轴功率,拉力由 曲柄带动的螺旋桨旋转产生，两者 共同构成动力装置
概述
1) 动力系统含义
• 包括发动机和辅助系统,飞行器的“心脏” • 飞机的“心脏病”问题。
2) 按推力形式分两大类
• 不直接产生推力。如活塞式发动机： 热能机械能螺旋桨或旋翼推力或拉力 螺旋桨旋转阻力靠发动机克服
• 直接反作用力产生推力。如喷气式发动机： 工质（空气和燃料）高温喷出反作用力
3.1 发动机的分类及特点
航空航天概论
第 3 章 飞行器动力系统
概述
1) 动力系统含义
• 包括发动机和辅助系统,飞行器的“心脏” • 飞机的“心脏病”问题。
2) 按推力形式分两大类
• 不直接产生推力。如活塞式发动机： 热能机械能螺旋桨或旋翼推力或拉力 螺旋桨旋转阻力靠发动机克服
• 直接反作用力产生推力。如喷气式发动机： 工质（空气和燃料）高温喷出反作用力
飞行速度高 时推进效率 急剧下降， 不能作为超 音速飞机的 动力
3.2.3 活塞式发动机的辅助系统
•辅助系统
•保障发动机正 常工作
活塞式发动机形式 星形 X形 V形 直立式 对立式
星形发动机
气冷式
直立式发动机
V形发动机
液冷式
活塞发动机双排14缸星形气冷发动机
哈尔滨东安发动机公司研制， 用于C-46、图-2、伊尔-14等飞机。 活塞-8于1961年9月开始研制,1963年10月投入批生 产。到1980年停产累计制造1300多台
4）优缺点
•功率小、重量大、阻力大、高速时特性差 •低速时，效率高、耗油率低、价格低、噪音小
歼七 机头正面进气
歼八
F-16 腹部进气
歼十 EF 2000
两侧进气（机身、翼根） 鹞
歼八II
X-45
F-117
背部进气 B-2
三叉戟
短 舱 正 面 进 气
7）排气系统
• 整理燃烧后的气流，燃气膨胀加速喷出，产生推力 • 中介管由整流锥和支板组成，起整流作用。 • 喷口有亚音速和超音速喷口两种。
活塞式 发动机
冲压 喷气发 动机
燃气
空气喷气 发动机
涡轮发 动机
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
火箭
航空航天
垂直起落发动机
冲压发 动机
发动机
化学
液体火箭发动机
火箭发
固体火箭发动机
涡轮 冲压发
组合 发动机
火箭 发动机
动机 固-液混合火箭发动机
动机 火箭涡 轮喷气
8）涡喷发动机的优缺点
• 目前航空发动机的主要形式 • 优点：转速高、推力大、重量轻、体积小、功率
大、稳定运行，启动方便。 主要用于超音速飞行，最大2-3马赫数。
• 缺点：耗油大（特别是低转速时），经济性差， 排气速度大，噪声大。
9）设计原则：压力高,燃烧稳，温度高
课后作业四（下周四交D516） 用作业本写