涡轮螺旋桨发动机
螺旋桨发动机原理
螺旋桨发动机原理
螺旋桨发动机是一种常见的飞机动力装置，其原理是利用螺旋
桨叶片的旋转推进飞机前进。
螺旋桨发动机是飞机动力系统中的一
种重要形式，它的工作原理和结构特点对于飞机的性能和运行具有
重要的影响。
螺旋桨发动机利用发动机内燃烧产生的高温高压气体，通过喷
气口将高速气流喷出，从而推动螺旋桨叶片旋转，产生推力推动飞
机前进。
螺旋桨发动机的工作原理可以简单地概括为“压缩、燃烧、推进”，即通过压缩空气、燃烧燃料、推进飞机前进。
螺旋桨发动机的工作原理主要包括以下几个方面：
首先，空气进入压缩机进行压缩。
空气经过进气口进入压缩机，叶轮的旋转使空气被压缩，增加了空气的密度和压力，为燃烧提供
了条件。
其次，压缩后的空气进入燃烧室进行燃烧。
在燃烧室内，空气
与燃料混合并点燃，产生高温高压气体，释放出大量热能。
然后，高温高压气体喷出，推动螺旋桨叶片旋转。
高速气流喷出喷气口，推动螺旋桨叶片旋转，产生推力推动飞机前进。
最后，废气排出，循环再利用。
废气排出飞机，循环再利用，形成连续的动力输出。
螺旋桨发动机的工作原理简单清晰，但其内部结构复杂，包括压缩机、燃烧室、涡轮、螺旋桨等部件，需要精密的设计和制造。
螺旋桨发动机的性能直接影响飞机的飞行性能和燃油消耗，因此对其工作原理的深入理解和优化设计至关重要。
总之，螺旋桨发动机是一种重要的飞机动力装置，其工作原理是通过压缩、燃烧和推进实现飞机的前进。
了解螺旋桨发动机的工作原理有助于我们更好地理解飞机的动力系统，为飞机设计和飞行提供技术支持。
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。
飞机发动机原理
飞机发动机原理管理提醒：本帖被大秦从航空航天生产与制造工艺移动到本区(2008-10-01)飞机发动机原理——涡轮螺旋桨发动机一般来说，现代不加力涡轮风扇发动机的涵道比是有着不断加大的趋势的。
因为对于涡轮风扇发动机来说，若飞行速度一定，要提高飞机的推进效率，也就是要降低排气速度和飞行速度的差值，需要加大涵道比；而同时随着发动机材料和结构工艺的提高，许用的涡轮前温度也不断提高，这也要求相应地增大涵道比。
对于一架低速（500～600km/h）的飞机来说，在一定的涡轮前温度下，其适当的涵道比应为50以上，这显然是发动机的结构所无法承受的。
为了提高效率，人们索性便抛去了风扇的外涵壳体，用螺旋桨代替了风扇，便形成了涡轮螺旋桨发动机，简称涡桨发动机。
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。
由于螺旋桨的直径较大，转速要远比涡轮低，只有大约1000转/分，为使涡轮和螺旋桨都工作在正常的范围内，需要在它们之间安装一个减速器，将涡轮转速降至十分之一左右后，才可驱动螺旋桨。
这种减速器的负荷重，结构复杂，制造成本高，它的重量一般相当于压气机和涡轮的总重，作为发动机整体的一个部件，减速器在设计、制造和试验中占有相当重要的地位。
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。
尽管工作原理近似，但涡轮螺旋桨发动机和涡轮风扇发动机在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，而尾喷管喷出的燃气推力极小，只占总推力的5%左右，为了驱动大功率的螺旋桨，涡轮级数也比涡轮风扇发动机要多，一般为2～6级。
同活塞式发动机＋螺旋桨相比，涡轮螺旋桨发动机有很多优点。
首先，它的功率大，功重比（功率/重量）也大，最大功率可超过10000马力，功重比为4 以上；而活塞式发动机最大不过三四千马力，功重比2左右。
航空发动机分类及用途
航空发动机分类及用途
航空发动机是指用于飞机、直升机等航空器的动力装置，它们的分类有以下几种：
1. 涡轮喷气发动机：也称为涡喷发动机，是目前主流的航空发动机类型。
它通过将空气压缩并与燃油混合燃烧，产生高温高压的气流来推动飞机飞行。
2. 活塞发动机：也称为内燃机，是一种使用燃油和空气混合物燃烧产生能量的发动机。
它通过活塞来将能量转化为机械能，推动飞机飞行。
3. 涡轮螺旋桨发动机：也称为涡桨发动机，它结合了涡轮发动机和螺旋桨的优点，可以在低空和较短跑道上起降。
它通过将空气压缩并与燃油混合燃烧，推动旋转的螺旋桨来推动飞机飞行。
4. 喷气螺旋桨发动机：也称为涡喷螺旋桨发动机，它结合了涡轮喷气发动机和螺旋桨的优点，可以在低空和较短跑道上起降。
它通过将空气压缩并与燃油混合燃烧，推动旋转的螺旋桨来推动飞机飞行。
航空发动机的用途包括商业航空、军事航空、私人飞行等。
不同类型的发动机在不同的航空领域有着不同的应用，例如涡轮喷气发动机主要用于商业航空，而活塞发动机主要用于私人飞行。
航空发动机的分类和用途对于航空领域的发展有着重要的作用。
- 1 -。
无人机结构与系统课件：涡轮发动机
（4）涡轮
功能：高温高压燃气膨胀，将热能转换成涡轮的机械能， 同时驱动压气机和附件提供功率。在涡轮螺旋桨和涡轮轴 发动机它还为螺旋桨和旋翼提供轴功率。
（5）尾喷管
功用：使从涡轮流出的燃气膨胀，加速，以一定的速度和 要求的方向排入大气，得到需要的推力。也可通过反推力 装置改变喷气方向，产生反推力，缩短飞机的滑跑距离。
（1）进气道
功能：在各种状态下, 将足够量的空气, 以最小的流动损失, 顺利地引入发动机，在飞行中还可通过冲压作用提高气体压 力。
（2）压气机
功能：通过旋转的叶片对气体进行压缩, 提高空气的压力, 为燃气膨胀作功创造条件，同时为飞机和发动机提供高压 气源。
图3-33 离心式压气机组成
（3）燃烧室
反推
着陆时，使用反推可 缩短着陆滑跑距离， 减轻刹车的负荷。 中断起飞等紧急情况 时也要使用反推。
反推
2.涡轮发动机工作原理（涡轮喷气发动机 ）
风扇把空气从外面吸到里面来 喷油燃烧，空气变热，能量增加
热气流过风车，推动风车转动，风车 转动推动风扇的转动
热气流过风车后以高速喷出发动机
推力的产生
燃油 燃烧 内能
机械能
推力
进气
压缩
燃烧 、膨胀
排气
3.4.2 涡轮螺旋桨发动机
全部动力： 螺旋桨拉力为主，约90%， 喷气产生推力只占10%左右。
螺旋桨
减速器
螺旋桨飞机的特点
1. 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；
1. 效率高，适合高亚音速（M=0.8-0.9）飞行 2. 喷气噪音低，风扇噪音大 3. 推力由内涵和外涵共同产生，风扇是产生正推力的
飞机发动机工作原理
飞机发动机工作原理
飞机发动机是飞机的动力装置，它的工作原理直接影响着飞机的飞行性能和安全。
飞机发动机通常分为活塞发动机和涡轮发动机两种类型，它们的工作原理各有特点。
首先，我们来看活塞发动机的工作原理。
活塞发动机是利用往复运动的活塞来
完成吸气、压缩、燃烧和排气的过程，从而驱动飞机的飞行。
当活塞向下运动时，气缸内的燃油和空气混合物被压缩，然后点火燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向上运动，驱动曲轴旋转，最终驱动飞机的螺旋桨或风扇转动，提供推力。
活塞发动机的工作原理类似于汽车发动机，但由于飞机的高空高速飞行要求更高的动力性能和可靠性，因此活塞发动机在飞机上的应用相对较少。
其次，涡轮发动机的工作原理是利用涡轮机械原理将空气压缩、燃烧和膨胀的
过程来驱动飞机。
涡轮发动机通常分为涡轮喷气发动机和涡轮螺旋桨发动机两种类型。
涡轮喷气发动机通过压缩机将空气压缩，然后喷入燃料点火燃烧，产生高温高压的燃气，推动涡轮旋转，最终驱动飞机的喷气推进装置提供推力。
涡轮螺旋桨发动机则是利用涡轮旋转带动螺旋桨旋转，提供推力。
涡轮发动机的工作原理相对复杂，但具有高效率、高可靠性和适应性强的特点，因此在现代飞机上得到广泛应用。
总的来说，飞机发动机的工作原理是将空气和燃料进行压缩、燃烧和膨胀的过程，从而产生推力驱动飞机飞行。
不同类型的发动机有着不同的工作原理和特点，但它们的共同目标都是为飞机提供足够的动力和推力，保障飞机的飞行安全和性能。
对于飞机发动机的工作原理，我们需要深入了解并不断进行技术创新，以满足飞机飞行的需求，推动航空工业的发展。
航空动力装置：航空涡轮螺旋桨动力装置
优点：单级增压比高，结构简单，性能较稳定； 缺点：工作效率低，迎风面积大，空气流量小。
㈡轴流式压气机： ㈠
㈡轴流式压气机： ㈠
轴流式压气机的叶轮和整流环是交错的。
单级压气机增压比不高，一般约为1.2-1.8。为了 得到更高的增压比，目前用在民航机上的压气机级数 常为10-20级，增压比高达30-40。
喷气管：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。
工作情形： 发动机工作时，空气首先由进气道进入压气机，经压气机叶
轮做功，气体压力大大提高，随即进入燃烧室，与喷嘴喷出的 燃油混合，并进行连续不断的燃烧，释放化学能，使气体温度 大大提高。燃烧后形成的气体流入涡轮并膨胀，涡轮便在高温、 高压气体推动下而旋转，从而带动压气机旋转。燃气经涡轮最 后进入喷管，继续膨胀，并将部分热能转换成动能，从喷口高 速喷出。通过气体对发动机的反作用，而产生推力。
21世纪10～20年 代
涡喷、涡浆、涡轴、 涡扇
超高推重比（20） 超高涵道比（10～ 15） 超音速STOVL 变循环发动机 陶瓷和C-C材料 推进系统数值仿真 设计 经济承受性设计
1903年12月17日，美国莱特兄弟在“飞行者1号” 飞机安装的发动机是活塞发动机。P=12hp（马力）。
1913年，法国工程师雷恩。罗兰获得一项冲压式喷 气发动机的专利。
MG29
J-47
J-57，J79， MK202，
P-13-300
F-100，F404， F110，PD-33，
AL31F
F119，F119/JSF，F120， M88-3，EJ200，AL37F，
AL41
发动机的主要技术特点
40年代
涡喷
轴流压气机 加力燃烧室 双位喷管 双转子
涡轮发动机基础知识—航空发动机类型
目录
CONTENTS
1
2
3
4
航空发动机的类型 涡喷发动机的组成和工作原理 涡扇、涡桨、涡轴、桨扇发动机
核心机
航空燃气涡轮发动机
定义 将燃油燃烧释放的热能转变为机械能的装置 热机－将热能转换为动能 推进器－气流喷出获取反作用力
火箭发动机 发 动 机
飞机发动机
发动机的分类
展
史
第一台
重75kg，功率12hP 。
火箭发动机 发 动 机
飞机发动机
化学火箭发动机 核火箭发动机 电火箭发动机
活塞式 喷气式
冲压式 涡轮式
固体燃料火箭发动机 液体燃料火箭发动机
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
冲压发动机
定义： 冲压式发动机是利用高速气流在速度改变下产生的压力改变，达到气体压缩的目的原 理来运作。
活塞式航空发动机
航 空 活
至今
由于造价低、易于维修等优点仍用于一些初级教练机和小型运输 机上，多为气冷式小功率活塞式发动机。
塞
飞机性能迅猛发展，速度达到700～800km/h，高度达到10000m以
式 发 动
20世纪40年代
上。 诸多原因决定了活塞式发动机+螺旋桨的推进模式的终结。
机
发 20世纪30年代 活塞式发动机+螺旋桨的组合成为飞机固定的推进模式。
装活塞式发动机的早期飞机的致命缺陷
音障
一 发动机发展历程
第二代 第一代
涡喷 活塞 发动机
发动机
四十年代，在对飞机快、高、远的要求下，航空喷气发动机研 制成功并开始广泛应用，为飞机突破音障提供了动力。
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涡轮螺旋桨发动机
涡桨发动机是用燃气轮机驱动螺旋桨，同时还利用了喷气作推力。
可分为直接传动式和自由涡轮式两种类型。
涡轮需要通过减速器带动螺旋桨，减速器的作用是将高转速低扭矩变为低转速高扭矩并送到螺旋桨，减速比一般为5-15.推力由两部分组成，一部分螺旋桨产生，一部分发动机是喷气推进力。
85%-95%燃气能量在涡轮中转换成机械能带动螺旋桨。
涡轮喷气发动机由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成。
其原理简单的来说，空气进入进气道，在压气机的作用下增大压力，然后在燃烧室与燃料充分燃烧，带动涡轮旋转，产生高温高压燃气，然后在尾喷管中继续膨胀，从喷口向后排出。
这一速度比气流进入发动机的速度大得多，使发动机获得了反作用的推力。
涡轮风扇发动机是在涡轮喷气发动机基础上改进而来，因为涡轮喷气发动机在低速状态下油耗大，航程低。
其原理是在进气道之后，压气机之前加了一排或者几排风扇，然后在压气机外围有一个管壁，直接通向加力燃烧室，称为外涵道；压气机至加力燃烧室这一段称为内涵道。
空气进入进气道后，经过风扇，一部分空气进入外涵道直接进入加力燃烧室，另一部分空气则和涡喷发动机一样经过压力机加压，燃烧室燃烧，涡轮转动之后进入加力燃烧室，这样的好处就是低速时一部分空气未经燃烧直接与燃烧后的燃气混合排出，相比涡喷更
加省油;高速加力时一部分未经燃烧的空气又可以在加力燃烧室与喷出的油料充分的燃烧，相比涡喷更可以获得更大的推力。
涡扇发动机的内外涵道空气流量之比称为涵道比，涵道比的高低对发动机性能影响很大。
涵道比大，其低速性能好，省油，但高速性能差。
反之则相反。
涡轮螺旋桨发动机可以理解成一个超大涵道比的涡轮风扇发动机，其外部的风扇就相当于涡扇发动机的外涵道。
由于涵道比超大，尾喷口产生的推力只有总推力的一点点，而且相对于涡扇发动机更加省油，在低速状态下拥有更好的性能，但由于螺旋桨的制约，速度只能维持在900KM以下。
涡桨发动机由于具有省油，低速性能好的特点，被广泛应用于巡逻，灭火，反潜，运输，及民用领域。