航空发动机原理及进展研究

１ 历史 回顾
１ ． １ 初代航空发动机
１ ９ ０ ３莱特兄 弟发 明了人类的首架飞机 “ 飞行者一 号” ，飞机上安装的动 力源是莱特兄弟改装的一台四缸 、
２ 典型发动机原理
２ ． １ 旋转汽缸气冷星型发动机原理
作 为活塞式发动机的典型代表，旋转汽缸气冷 星型 发动机 的活塞工作原理和其他活塞式发动机相同，但是 它的固定安装方式又和普通 的活塞式发动机完全相反 ， 因此 旋转汽缸气 冷星型发 动机既表 达 了典型 活塞 式发 动机的原理，又表达 了让人眼前一亮的创意，因此本文 选择旋转汽缸气冷星型发动机的原理做详细介绍 。 与普通活塞式发动机一样 ，旋转汽 缸气冷星型发动 机工作过程也分为四个冲程 ，但 是由于 曲轴 固定 ，活塞
（ Ｅ ｘ ｈ ａ ｕ ｓ ｔ ） 。
１ ９ ３ ７ 年７ 月英国的惠特 尔研制成功离心式涡轮喷气发动 机ｗ ｕ ，进而改进成为 Ｗ ｌ Ｂ ，安装在 １ ９ ４ １年 ５月试飞的 格罗斯特公司 Ｅ ２ ８ ／ ３ ９飞机上 ，这是世界上第一架试飞
作者简介 ：周贺 （ １ ９ ８ ８ － ） ，男，北京人，研究实习员 ，研 究方 向： 兽医器械检测研 究、 行业标准制修订及兽医器械行业 质 量监督抽检 。
车 辆 与 动力 工 程
南方农机
２ ０ １ ５ ． １ ０
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航空发动机原理及进 展研究
周 贺。张志轩
（ 中国兽 医药 品监 察所 ，北京 １ ０ ０ ０ ８ １ ）
摘 要 ：作 为飞机的核心动 力装置，航 空发动机为飞机提供推力或拉 力，以克服 飞机飞行时的惯性和 空气阻力，决定 了飞机 的运 载能力、航程长短和 可靠性等关键性 能，被誉 为 “ 飞机的心脏” 、“ 工业之花 ” 。笔者结合几款典型的航 空发动机介 绍了航空发动机 的工作原理、发展历 史和未来趋势 。 关键词 ：航 空发动机 ：活塞式航 空发动机：燃 气涡轮发动机 ：新兴航 空发动机
做功驱动与螺旋桨固结的汽缸旋转。 进气缸冲程 ：气缸顶部 阀门打开 ，活塞 向下吸入空 气， 活塞头部的阀门由于气压差打开， 汽油被吸入气缸 ， 与空气混合形成油气混合气 。压缩冲程：气缸顶部 阀 门关闭，活塞 向上压缩油气混合气 ，活塞头部的阀门由 于气压差 自行关 闭。做功冲程：在上死点时，火花塞点 燃气缸中的油气混合气体 ，推动活塞 向下做功。排气冲
３ ． ２ 火 箭发 动机
火箭发动机指 自带推进剂 、不依赖外界空气的喷气 发动机，是不依赖空气工作 的航空发动机 ，满足了太 空 中工作 的特性 。分为液体火 箭发动机和 固体 火箭发 动 机 ，液体火箭发动机为液体推进剂的化学火箭发动机 ， 固体火箭发动机为使用 固体推进剂的化学火箭发动机 。
程 ：气缸顶部阀门打开，活塞下上 ，排 出废气
水平直列式水冷 发动机 ，这台使初代飞行器成功试飞 的
活塞发动机是航空历史上的初代航 空发动机 “ 。这 台发
动机只有 ８ ． ９ ５ ｋ Ｗ的功率 ，重量达到了 ８ １ ｋ ｇ ，功重 比仅 为０ ． １ ｌ ｋ Ｗ ／ ｄ ａ Ｎ ， 与后来的航 空发动机差距很大 ，水冷 的
中图分类号 ： Ｖ ２ ３ １ ． ３
文献标志码 ： Ａ
文章编 号：１ ６ ７ ２ — ３ ８ ７ ２（ ２ ０ ｉ ５ ）１ ０ － ０ ０ ４ ３ － ０ ３
航空发动机作为飞机最重要 的部件，不仅仅是飞机 飞行的动力，同时也是航空事业发展的推 动力 。
成功的喷气式飞机，开创 了喷气推进新时代和航空事业 的新纪元 。因此喷气式飞机可 以突破 “ 音障 ” ，大幅提 高飞行速度 。基于这些重要的优势 ，燃气涡轮发动机击 败活塞 式发动机 成为 了现代 军用和 民用飞机上 的主流 发动机 。
脉冲 发动机是基 于今年 来发展 的爆震 技术而产 生 的其利用爆震燃烧产 生爆震波，使可爆燃料的压力、 温度迅速升高，从而膨胀做功。脉冲发动机的结构极为 简单小巧 ，其本身可 以是一根直管 ，主要 的运动部件是
压气机 ：利用高速旋转 叶片对空气做功部件，用 以 压缩空气提高空气压力 （ 离 心式、轴流式 ） 。
燃烧 室：燃料在其中燃烧生成 高温燃气 的装置，以
产生高温高压燃气。 涡轮 ：通过高温高压燃气驱动旋转装置 ，将燃气热
能转换为机械能 ，带动风扇或桨叶 。
３ ． ３ 脉冲 发动 机
２ ． ２ 燃 气 涡轮 发动 机原 理
航空燃气 涡轮发动机一般 由以下几个部分组成：进 气道 （ Ｉ ｎ ｔ ａ ｋ ｅ） 、压 气 机 （ ｃ ｏ ｍ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ） 、 燃 烧 室
（ ｃ ｏ ｍ ｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ａ ｍ ｂ ｅ ｒ） 、涡 轮 （ ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ） 、 喷 管
进气 道 ：喷 气 由飞机 进 口至 发动机进 口经过 的管
南方农机
道。作用：以尽可能小的总压损失完成高速气体 的减速 增压任务 ；避免过大 的空间和时间上 的气流不均匀性减
少振动 ；抑制噪声，对发动机防护和意外情况防护 。
车 辆 与 动 力 工 程
适合 高超声速飞机 、空射中远程导弹和航天飞行器等超 高速装置 。
需求 ，为后来 民用飞机所用 的航空发动机技术打下了坚
实的基础－ ｚ ］ 。
１ ． ３ 燃气涡轮发动机时代
二战结束至今 ， 航 空发动机进入 了燃气涡轮 发动机
时代 。在 ５ ０年代初 的朝鲜战场上空，两种 当时最先进 的喷气式战斗机——苏联制造 的米格 １ ５与美 国制造的
Ｆ ８ ６展开了空战， 成为了燃气涡轮发动机时代 的代表作 。
冷却方式也造成了发动机体积和重量 的增大，冷 却效果
不能与现代的气冷同 日而语 。
１ ． ２ 活塞式发动机时代
二次世界大战结束时 ，航空发动机 的发展进入 了活
塞 式发动机 时期 。活 塞式发 动机最初成 熟的运用 于汽 车， 当飞机 出现时便运用到飞机上。 在战争 的推动之下 ， 航空发动机快速发展 ，不停地改进 以适应 战斗机 的各种