航空发动机性能特点及应用
航空发动机原理
航空发动机原理航空发动机的主要功用是为飞行器提供推进动力或支持力，是飞行器的心脏。
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，还有运载火箭上可以在外太空工作的火箭发动机等，时至今日，航空发动机已经形成了一个种类繁多，用途各不相同的大家族。
航空发动机常见的分类原则有两种：按空气是否参加发动机工作和发动机产生推进动力的原理。
按发动机是否须空气参加工作，航空发动机可分为两类1、吸空气发动机简称吸气式发动机，它必须吸进空气作为燃料的氧化剂（助燃剂），所以不能到稠密大气层之外的空间工作，只能作为航空器的发动机。
一般所说的航空发动机即指这类发动机。
如根据吸气式发动机工作原理的不同，吸气式发动机又分为活塞式发动机、燃气涡轮发动机、冲压喷气式发动机和脉动喷气式发动机等。
2、火箭喷气式发动机是一种不依赖空气工作的发动机，航天器由于需要飞到大气层外，所以必须安装这种发动机。
它也可用作航空器的助推动力。
按形成喷气流动能的能源不同，火箭发动机又分为化学火箭发动机、电火箭发动机和核火箭发动机等。
按产生推进动力的原理不同，飞行器的发动机又可分为1、直接反作用力发动机直接反作用力发动机是利用向后喷射高速气流，产生向前的反作用力来推进飞行器。
直接反作用力发动机又叫喷气式发动机，这类发动机有涡轮喷气发动机、冲压喷气式发动机，脉动喷气式发动机，火箭喷气式发动机等。
2、间接反作用力发动机两类。
间接反作用力发动机是由发动机带动飞机的螺旋桨、直升机的旋翼旋转对空气作功，使空气加速向后（向下）流动时，空气对螺旋桨（旋翼）产生反作用力来推进飞行器。
这类发动机有活塞式发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机、涡轮螺旋桨风扇发动机等。
而涡轮风扇发动机则既有直接反作用力，也有间接反作用力，但常将其划归直接反作用力发动机一类，所以也称其为涡轮风扇喷气发动机。
附图:活塞式发动机航空活塞式发动机是利用汽油与空气混合，在密闭的容器（气缸）内燃烧，膨胀作功的机械。
航空发动机的运行原理与性能提升
航空发动机的运行原理与性能提升航空发动机是飞机最关键的部件之一，对飞机的性能、安全和经济性都有着至关重要的作用。
航空发动机的运行原理和性能提升是航空工程技术发展的核心问题之一。
本文将从这两个方面来论述航空发动机的相关知识。
一、航空发动机的运行原理1、工作循环原理航空发动机的工作循环原理是基于热力学循环理论，即利用内燃机的工作循环原理将燃油燃烧产生的热能转化为机械能。
航空发动机一般采用的是往复式活塞内燃发动机或涡轮式发动机。
其中，涡轮式发动机的工作循环原理是利用压气机将外界空气压缩，然后加入燃油燃烧，产生高温高压气体，再通过涡轮抽取工作能量，向前推进飞机。
2、燃油供给原理航空发动机的燃油供给系统是非常关键的一环，它决定了燃油是否能够充分燃烧，进而影响到航空发动机的性能和安全性。
燃油供给原理是指将燃油通过燃油泵从燃油箱中提取，然后通过喷油器将燃油喷入气缸内进行燃烧。
3、点火原理航空发动机的点火系统是保证燃油在燃烧室内可靠燃烧的关键组成部分。
点火原理是指通过电极，将高电压电流导入燃烧室内，将燃油点燃，并形成高温高压气体，以供涡轮驱动。
二、航空发动机性能提升1、提高燃烧效率燃烧效率的提高是航空发动机性能提升的关键之一。
在燃油进入燃烧室前，需要将其与外界空气进行混合，以达到最佳的燃烧效果。
采用高效燃油喷射技术，通过控制燃油喷射时间、喷射速率以及喷油器形状，可以实现燃料的高效燃烧，提高发动机的工作效率。
2、提高压缩比压缩比是由压气机的工作参数决定的，它直接影响到发动机的燃烧效率和输出功率。
通过改变压气机叶片的形状、数量和叶片的转速等参数，可以提高压缩比，进而提高发动机的输出功率和效率。
3、降低能耗航空发动机的能耗在整个飞行过程中占据了非常重要的位置。
在飞机起飞和爬升时，发动机消耗的能量更加显著。
通过提高发动机的效率和优化飞行性能参数等措施，可以降低发动机的能耗，提高飞行效率。
4、减少污染排放航空发动机的污染排放是给环境带来的不可避免的影响，且在空中排放的影响更加显著。
民用客机主流航空发动机简介
美国GE 公司所生产的所有飞机发动机型号发动机联盟（GP ）的GP7000型和罗尔斯罗伊斯（劳斯莱斯）的遄达900型区别"发动机联盟"成立于1996年8月，是GE 和普惠投资各占50%的有限责任公司，该公司负责开发、制造、销售新一代超大型（450座以上）宽体长航线客机系列的发动机，并为之提供技术支持。
A380一旦服役，将成为航空史上有效载荷最大的民用飞机，最初型号的航程为7650海里到8000海里，计划以后还要扩大航程，因而需要可靠的新推力级（310～340千牛左右）的航空发动机。
GP7000是由GE 公司的GE90和普惠公司的PW4090这两款ETOPS （双发延程运行）发动机发展而来的，是一款基于成熟技术且不断改进的衍生体，恰好与罗·罗公司为A380设计遄达900的思路不谋而合。
遄达900 和GP7000是全新的发动机，但是他们所用的技术都是基于已经验证过的成熟技术，再以此为基础，不断改进创新，然后水到渠成--成功开发出相当推力级的发动机。
部件特色GP7000的机械部件由GE的核心机加上普惠的低压部分和齿轮箱组成。
GE的核心机包括：9级高压压气机，2级高压涡轮和低排放的单环燃烧室；普惠低压部分则包括：1级风扇，5级低压压气机，6级低压涡轮。
风扇采用空心钛合金宽弦后掠风扇叶片，这种叶片是为减轻风扇振动、提高抗外物损伤能力和减轻叶片质量而研究的，普惠在PW4084上已有运用。
空心风扇叶片并不是绝对空心的，在空腔中采用了一些加强的结构，而后掠的作用是降低叶尖进口相对马赫数的法向分量，从而降低叶片的激波损失，提高风扇的效率。
而遄达900也采用了宽弦的钛合金后掠风扇叶片，可见，掠形设计已逐渐成为风扇叶片的主流。
包容系统采用凯夫拉-铝的复合材料，重量轻且抗腐蚀。
GP7000的高压压气机吸收了GE公司从CF6，CFM56到GE90的设计经验，其9级高压压气机的压比为19，由GE90发动机的10级高压压气机按0.72的比例缩小，并减少1级压气机。
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)
航空发动机技术的现状和未来趋势
航空发动机技术的现状和未来趋势一、航空发动机技术的现状随着现代航空业的快速发展，航空发动机技术也在不断的更新和改进，追求更加高效、节能，环保的发动机技术。
当前的航空发动机技术主要有以下方面的特点：1. 更高的效率航空公司众所周知，航空燃油的成本在整个运营成本中占有很大比例，所以不断提高发动机的效率也是制造商和航空公司的共同愿望。
最新的航空发动机采用先进的设计和工艺，使得发动机能够更加有效地利用燃料，提高效率。
2. 更加环保随着气候变化和环保问题的日益凸显，对航空发动机的环保性能要求也越来越高。
航空公司需要找到更加环保和低排放的方式运营，因此发动机制造商倾向于使用更加环保的材料和技术，比如生物燃料或者燃气轮机技术等。
3. 更加智能化如今的发动机已经不再是简单的燃烧燃料拉动飞机的工具，而是一个智能化的系统。
许多航空发动机配备了各种传感器和电子设备，用于监测发动机的运行情况。
这些数据可以通过云计算和大数据分析，评估发动机的维护状态和未来的故障预测，有利于降低维护成本并提高飞机的可用性。
二、航空发动机技术未来的趋势1. 轻量化轻量化是未来发动机技术的主要趋势。
减重不仅能减少燃料消耗和提高发动机的效率，同时还有助于提高机身的维护率和空载能力。
因此，制造商正在开发新的材料和结构，比如复合材料、高温合金等，使得发动机在减重的同时保持足够的耐用性和稳定性。
2. 高度自动化自动化是未来发动机技术的另一个趋势。
目前，操作发动机的大多数工作都是由飞行员完成的。
而高度自动化的发动机将会减轻飞行员的负担，从而更加可靠、高效的运行飞机。
未来，发动机将通过机器学习、人工智能、与其他设备和系统的连接，大大降低操纵门槛。
3. 高可靠性和更长的寿命未来的发动机将逐渐实现更高的可靠性和更长的使用寿命。
制造商将探索借鉴汽车工业的方法，采用运行数据收集，完善发动机看护、维护，最大限度地延长发动机的寿命。
此外，发动机制造商将协助飞行员实现更安全、可靠的操作，从而降低飞行任务的难度。
航空飞行器推进系统
2.1.3传感器的基本特性
在测量过程中, 要求传感器能感受到被测量 的变化并将其不失真地转换成容易测量的 量。被测量一般有两种形式: 一种是稳定的, 即不随时间变化或变化极其缓慢的信号, 称 为静态信号; 另一种是随时间变化而变化的 信号, 称为动态信号。由于输入量的状态不 同, 传感器所呈现出来的输入—输出特性也 不同, 因此, 传感器的基本特性一般用静态 特性和动态特性来描述。
3、冲压式发动机：特点是没有涡轮和压气机。它是利用高速迎面气 流的冲压作用压缩空气。冲压式喷气发动机结构简单，无转动部件、 质量轻、高速飞行时效率高，但是它不能
自行启动。它适合作高超音速航空飞行器的动力装置。
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第二节 活塞式航空发动机
一、 发动机基本构成及工作原理
活塞式航空发动机多为4行程、往复式汽油内燃发动机。其主要构件 包括气缸、活塞、曲轴、连杆、进气门、进气阀、排气门、排气阀、 机体等，作为推进系统还包括燃料系统、润滑系统、冷却系统、点火 和启动系统等。此外，在发动机前部装有减速器，用于调节输出轴的 转速，多数发动机在机体后部装有增压器，用于提高发动机的高空性 发动机工作时，燃料与空气 混合并在气缸内燃烧，产生的高温高压燃气驱动活塞往复直线运动， 由曲轴上输出机械功，经减速器调节转速带动螺旋桨或旋翼旋转而产
第一节 航空发动机的类型及演变
一、 航空发动机主要类型
二、 航空发动机各类型性能特点及演变
1、活塞式航空发动机：活塞式航空发动机是由一般汽油发动机发展 而成，是早期应用在飞机或直升机上的动力装置，由活塞式发动机驱 动螺旋桨或旋翼产生拉力(或升力)
2、燃气涡轮发动机：燃气涡轮发动机所包括的四种发动机在结构上 有共同的特点，即都有压缩器(压气机)、燃烧室和涡轮组成的核心机 (亦称燃气发生器)。 (1) 涡轮喷气发动机 (2) 涡轮风扇发动机 (3) 涡轮 螺旋桨发动机 (4) 涡轮轴发动机
大型飞机发动机EDM技术的应用
大型飞机发动机EDM技术的应用能够满足目前各种军用和民用大型飞机使用要求的航空发动机主要为大涵道比涡扇发动机，其基本特点表现为高安全可靠性、长寿命、节能环保、良好的维修维护性能等。
随着飞机各项性能的不断提高，对大涵道比航空发动机也提出了更高的要求。
各种新结构、新材料和复杂形状的精密零部件大量应用于航空发动机中，显著增加了航空发动机的制造难度。
电火花加工又称放电加工(Electrical Discharge Maching，简称EDM)，是一种直接利用电能和热能进行加工的新工艺。
电火花加工与金属切削加工的原理完全不同，在加工过程中，工具和工件并不接触，而是靠工具和工件之间不断的脉冲性火花放电，产生局部、瞬时的高温，把金属材料逐步蚀除掉或堆积上，以达到对工件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求[1]。
一般情况下，根据电火花加工方式和作用原理的不同，通常将电火花加工分为电火花成形加工(EDM)、线切割加工(WEDM)、电火花合金化(亦称为电火花沉积，ESD)，本文主要针对电火花成形加工的相关内容进行阐述。
电火花加工由于具有可加工任意导电材料，不受材料硬度、脆性、韧性、熔点的限制;加工时无明显的机械切削力，适用于加工结构特殊、形状复杂及薄壁结构的零件;脉冲参数可调，加工范围大，在一台机床上可连续进行粗、精加工等特点，在大涵道比涡扇发动机的冷端和热端零部件的特征结构加工中，得到了广泛的应用。
典型的应用包括涡轮叶片上的冷却气膜孔加工、火焰筒和隔热屏上群孔的加工、挡板和机匣的槽和腔等特征结构的加工等。
同时由于电火花加工为脉冲放电的热熔加工，在加工过程中，会在零件表面形成表面变质层，并且因为加工环境和参数的不同，可能会在零件表面形成烧蚀、裂纹等缺陷，会对零件的疲劳寿命等使用性能造成一定程度的影响。
因为航空发动机中采用电火花工艺技术加工的零部件分别属于不同的单元体，既有热端部件，又有高速运动件，还有支撑件和受力件等，这些关重件的疲劳寿命直接影响着航空发动机的使用性能、安全性和全寿命周期成本。
现代航空发动机的基本知识
2017发动机复习1.涡扇发动机结构、组成及占位？1.1各种类型发动机的特点。
（了解）涡喷发动机是燃气涡轮发动机中最先出现的。
其主要特点是：推力大、重量轻、能适应高速高空飞行的优点。
正是涡喷发动机的出现，才使飞机具有了破“音障”的能力，实现了超音速的飞行。
但也有耗油率高和能量损失大的缺点。
涡扇发动机是由尾喷管排出的燃气和风扇加速的空气共同产生推力的发动机。
其主要特点是：喷气速度小、噪声低、耗油率低等，但是由于高涵道比的涡扇发动机迎风面积较大、喷气速度小不适于超音速飞行。
现主要用于各类型的民航客机。
涡桨发动机是为了克服涡喷发动机耗油率高的缺点而产生的。
其主要特点是：能量损失小、推进效率高和油耗低。
但是其也有明显的缺点飞行速度不快，一般只能用于马赫数Ma=0.5~0.7的飞机。
1.2 涡扇发动机结构、组成。
由五大部件组成（component）：进气道（inlet duct）、压气机（compressor）、燃烧室（burner）、涡轮（burbine）、尾喷管（nozzle）；热机－将热能转换为动能；推进器－气流喷出获取反作用力。
1.3 站位发动机站位（截面）是由发动机生产商规定的，同发动机转子数目相关；CFM56-7发动机上在5个气动站位有探测器和传感器：0站位大气环境、12站位风扇进口、25站位高压压气机进口、30站位高压压气机出口、49.5站位低压涡轮第二级。
2.发动机进气道功用？在各种状态下, 将足够量的空气, 以最小的流动损失, 顺利地引入压气机。
涡轮发动机进气道的功用：冲压恢复（压力恢复）—尽可能多的恢复自由气流的总压并输入该压力到压气机；提供均匀的气流到压气机使压气机有效的工作，当压气机进口处的气流马赫数小于飞行马赫数时, 通过冲压压缩空气, 提高空气的压力。
3.发动机进气道类型？（1）亚音进气道：扩张形、收敛形；（2）超音进气道：内压式、外压式、混合式。
4.增压比？压气机出口总压与进口总压之比，飞速较高时增压比较低，低油耗率时增压比较高。
飞机发动机一体化设计及性能研究
飞机发动机一体化设计及性能研究一、飞机发动机一体化设计的背景和意义飞机发动机一体化设计是在空中客车公司和波音公司等航空工业巨头的倡导下逐渐发展起来的。
一体化设计将发动机与飞机的机翼、机身等部件有机地融合在一起，以达到最佳的飞行性能和效率。
一体化设计能够减少飞机的阻力，提高飞机的燃油效率，降低噪音和排放，从而使飞机更加环保和节能。
一体化设计还能够简化飞机的机械结构，减少飞机的重量，提高飞机的可靠性和安全性。
飞机发动机一体化设计具有重要的意义，对于提高飞机的整体性能和航空工业的可持续发展都具有深远的影响。
二、飞机发动机一体化设计的技术路线飞机发动机一体化设计的技术路线主要包括机翼积成发动机、机身积成发动机、机翼机身结合发动机等多种形式。
机翼积成发动机是将发动机直接安装在机翼内部，利用机翼的内部空间来容纳发动机，并且将发动机的进气口和排气口布置在机翼的表面上，以减少飞机的阻力和提高飞机的航程。
机身积成发动机是将发动机直接安装在机身内部，借助机身的结构来保护和冷却发动机，并且将发动机的进气口和排气口布置在机身的表面上，以降低飞机的噪音和排放。
机翼机身结合发动机是将发动机整合在机翼和机身的结合部位，使得发动机与飞机的其他部件达到最佳的结构一体化效果。
这些技术路线都是为了实现飞机发动机一体化设计的目标，即将发动机与飞机的其他部件有机地结合在一起，以提高整个飞机系统的性能和效率。
三、飞机发动机一体化设计的关键技术飞机发动机一体化设计涉及到多个关键技术，其中包括机身和机翼的结构设计、发动机的热管理和振动控制、飞机的气动设计和飞行控制等方面。
机身和机翼的结构设计要求发动机能够完全融入飞机的结构之中，以减少飞机的空气动力学和重力影响，并且提高飞机的整体刚度和强度。
发动机的热管理和振动控制要求发动机能够在飞行过程中保持稳定的工作状态，并且减少飞机的振动和噪音。
飞机的气动设计和飞行控制要求发动机能够在不同的飞行状态下保持稳定的推力和燃油效率，并且减少飞机的阻力和气动噪音。
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
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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航空发动机性能特点及应用
航空发动机是飞机的“心脏”，其性能直接影响飞机的安全性、运行效率和经济效益。
航空发动机的性能特点和应用主要体现在以下几个方面。
一、推力和推重比
推力和推重比是衡量航空发动机性能的重要指标之一。
推力指的是发动机产生的推进力，它直接影响飞机的加速能力和爬升性能。
推重比则是推力与飞机重量的比值，反映了发动机对飞机性能的影响。
现代航空发动机推力和推重比大大提高，能够实现更高的速度和更远的飞行距离，也为超音速、高空飞行和长航时飞行提供了技术保障。
二、燃油耗率
燃油耗率是衡量航空发动机经济性能的重要指标之一。
它指的是发动机单位推力所需的燃油量。
燃油耗率越低，飞机的续航能力越长，航程也就越大。
同时，燃油耗率还直接影响航空运输的运营成本。
因此，发动机设计与燃油经济性是紧密相关的。
三、噪声和污染
噪声和污染是限制航空发动机使用的因素之一。
随着对环保和舒适性要求的提高，
现代航空发动机需要在噪声和污染控制方面进行不断改进。
大型喷气式客机发动机通过采用高科技降噪技术，如大型涡轮风扇、内置隔音罩、阻流板等，大幅度降低噪声水平。
同时，发动机燃烧系统的优化设计也可以减少有害气体排放和对大气层的影响。
四、应用范围
航空发动机应用范围广泛，包括军用和民用等多个领域。
军用航空发动机需要具备高可靠性、战斗可靠性、适应各种气候和地形条件、高温高寒环境启动等特点。
民用航空发动机则需要具备高效、低污染、长寿命、低噪声等特点。
在商业航空方面，航空发动机的性能也直接关系到运输效益和市场竞争力。
因此，在发动机的性能、经济性等方面有很大的发展空间。
总之，航空发动机是航空运输的重要组成部分，其性能的不断提高将推动航空工业的发展，促进全球航空运输业的繁荣和发展。