北京航空航天大学航空航天概论课件第三章 飞行器动力系统

《航空航天概论》课程教学大纲课程编号：B2F050110课程中文名称：航空航天概论课程英文名称：Introduction to Aeronautics and Astronautics开课学期：秋/春季学分/学时：2.0/24+10°先修课程：建议后续课程：适用专业/开课对象：所有专业/全校1年级本科生团队负责人：杨超贾玉红责任教授：执笔人：贾玉红核准院长：一、课程的性质、目的和任务《航空航天概论》是各专业一年级学生的必修课程，主要向学生介绍航空航天技术所涉及学科的基本知识、基本原理及其发展概况。

本课以飞行器（航空器和航天器）为中心，分别介绍了飞行原理、动力系统、机载设备、构造以及地面设备等方面的初步知识、原理和技术，并尽量反映上述学科的最新成就和发展动态。

通过该课程的学习，学生应对航空航天技术所涉及学科的基本知识、基本原理有一个全面和系统的了解，培养学生爱航空航天、学航空航天、投身于航空航天的兴趣和爱好，进一步培养学生的航空航天工程意识，提升国际视野，并为后继课程的学习打下基础。

本课程重点支持以下毕业要求指标点：1.1掌握飞行器设计的基本理论、基本知识1.2飞行器设计的基本能力1.3熟悉航空航天飞行器设计的方针、政策和法规1.4熟悉航空航天的理论前沿、应用前景和发展动态,具备创新意识1.5良好的思想品德、社会公德和职业道德的能力二、课程内容、基本要求及学时分配第一章航空航天发展概况（6学时）1. 航空航天的基本概念（掌握）2. 飞行器的分类、组成与功用（掌握）3. 航空航天发展概况（掌握）4. 我国的航空航天工业（掌握）5. 航空航天技术现状及未来发展趋势（了解）重点支持毕业要求指标点1.3，1.4，1.5第二章飞行环境和飞行原理（8学时）1. 飞行环境（了解）2. 流动气体的基本规律（掌握）3. 飞机上的空气动力作用及原理（掌握）4. 高速飞行的特点（掌握）5. 飞机的飞行性能，操纵性和稳定性（掌握）6. 直升机的飞行原理（掌握）7. 航天器的飞行原理（了解）重点支持毕业要求指标点1.1，1.2第三章飞行器动力系统（3学时）1. 发动机的分类及特点（了解）2. 活塞式航空发动机（掌握）3. 空气喷气发动机（掌握）4. 火箭发动机（掌握）5. 组合发动机（了解）6. 非常规推进系统（了解）重点支持毕业要求指标点1.1，1.2第四章飞行器机载设备（3学时）1. 传感器、飞行器仪表与显示系统（掌握）2. 飞行器导航系统（掌握）3. 飞行器自动控制系统（掌握）4. 其他机载设备（了解）重点支持毕业要求指标点1.1，1.2第五章飞行器的构造（4学时）1. 对飞行器结构的一般要求和常用的结构材料（了解）2. 航空器的构造（掌握）3. 航天器的构造（掌握）4. 火箭和导弹的构造（了解）5. 地面设施和保障系统（了解）重点支持毕业要求指标点1.1，1.2三、教学方法本课程采用理论教学和现场教学相结合的方法，理论教学主要讲授基本原理和基础知识，大比例现场教学让学生对所学内容有更直观的认识，加深对理论知识的学习和理解。

第 3 章飞机动力系统3.1 航空发动机的分类为飞机提供动力、推动飞机前进的装置称为动力系统/装置，它包括航空发动机及其辅助系统。

发动机式飞机上的动力的来源，它对飞机的飞行性能又极其重要的影响。

人们形象地称其为飞机的心脏。

航空发动机可以分为三种类型：1. 活塞式航空发动机：早期在飞机或直升机上应用的航空发动机，用它带动螺旋桨或旋翼。

(图)2. 燃气涡轮发动机：是现代飞机和直升机上应用最广的发动机。

它包括涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机。

(图)3. 冲压发动机：特点是无压气机和燃气涡轮，进入燃烧室的空气是利用高速飞行时的冲压作用来增压的。

(图1，2)3.2 活塞式航空发动机3.2.1 活塞式发动机的原理为航空器提供飞行动力的往复式内燃机称为活塞式发动机。

活塞式发动机不能直接产生使飞机前进的推力或拉力，必须带动螺旋桨(飞机)或旋翼(直升机)，前者产生拉力或推力，后者产生升力和拉力。

空气螺旋桨产生推力或拉力的工作原理与机翼类似。

(附：螺旋桨的运动、螺旋桨的变距)活塞式发动机由汽缸、活塞以及把活塞的往复运动转变为曲轴旋转运动的曲柄连杆机构等主要部分组成。

活塞式发动机由四个行程构成一个工作循环。

3.2.2 活塞式发动机的辅助系统活塞式航空发动机的辅助系统主要包括：(1) 燃料系统，(2) 点火系统，(3) 滑油系统，(4) 冷却系统（附：气冷式星形活塞发动机），(5) 启动系统，(6) 定时系统。

3.2.3 活塞式发动机的主要性能参数1. 发动机功率：可用于驱动螺旋桨的功率。

从200kW到3500kW不等。

2. 耗油率/燃料消耗率：发动机产生单位功率(1kW 或1hp)在单位时间内(1h)的燃油消耗量。

先进活塞发动机的耗油率在0.28kg/kw/h或0.21kg/hp/h。

3. 加速性：从最小转速加速到最大转速所需的时间。

良好的加速性可提高飞机的机动性能。

此外，还要求活塞式航空发动机具有良好的维修性、高可靠性、长寿命、小的重量和迎风面积等。

航空航天概论《航空航天概论》是1997年10月北京航空航天大学出版社出版的图书，作者是何庆芝。

该书以航空器和航天器为中心，对其学科和各系统进行了全面介绍。

航空航天科学技术是一门高度综合的尖端科学技术，近几十年来发展迅速，对人类社会的影响巨大。

本书是为航空航天院校低年级学生编写的入门教材，使学生初步了解航空航天领域所涉及学科的基本知识、基本原理及其发展概况。

全书共六章。

第一章绪论是一般概述，第二章是飞行器飞行原理，第三章是飞行器的动力系统，第四章是飞行器机载设备，第五章是飞行器构造，第六章是地面设备和保障系统。

原理论述由浅入深、循序渐进，内容丰富、翔实，文字通顺易懂、可读性强。

本书是航空航天院校教材，适合低年级学生学习，也可供相关专业的教学、科技人员参考。

以下是目录参考前言第一章绪论第一节航空与航天的基本内涵第二节飞行器的分类一、航空器二、航天器三、火箭和导弹第三节航空航天发展简史一、航空发展简史二、火箭、导弹发展简史三、航天发展简史第四节飞行环境一、大气飞行环境二、空间飞行环境三、标准大气第二章飞行器飞行原理第一节流体流动的基本知识一、流体流动的基本概念二、流体流动的基本规律三、空气动力学的实验设备――风洞第二节作用在飞机上的空气动力一、飞机的几何外形和参数二、低、亚声速时飞机上的空气动力三、跨声速时飞机上的空气动力四、超声速时飞机上的空气动力第三节飞机的飞行性能，稳定性和操纵性一、飞机的飞行性能二、飞机的稳定性与操纵性第四节直升机的飞行原理一、直升机概况二、直升机旋翼的工作原理第五节航天器飞行原理一、Kepler轨道的性质和轨道要素二、轨道摄动三、几种特殊的轨道四、星下点和星下点轨迹五、航空器姿态的稳定和控制思考题第三章飞行器的动力系统第一节概述第二节发动机分类第三节活塞式航空发动机一、发动机主要机件和工作原理二、发动机辅助系统三、航空活塞式发动机主要性能参数第四节空气喷气发动机一、涡轮喷气发动机二、其他类型的燃气涡轮发动机三、无压气机的空气喷气发动机第五节火箭发动机一、发动机主要性能参数二、液体火箭发动机三、固体火箭发动机四、固－液混合火箭发动机第六节组合式和特殊发动机一、火箭发动机与冲压发动机组合二、涡轮喷气发动机与冲压发动机组合三、特殊发动机思考题第四章飞行器机载设备第一节飞行器仪表、传感器与显示系统一、发动机工作状态参数测量二、飞行状态参数测量三、电子综合显示器第二节飞行器的导航技术一、无线电导航二、卫星导航系统三、惯性导航四、图像匹配导航（制导）技术五、天文导航六、组合导航第三节飞行器自动控制一、自动驾驶仪二、飞行轨迹控制三、自动着陆系统与设备四、电传操纵五、空中交通管理第四节其他机载设备一、电气设备二、通信设备三、雷达设备四、高空防护救生设备思考题第五章飞行器构造和发展概况第一节对飞行器结构的一般要求和所采用的主要材料一、对飞行器结构的一般要求二、飞行器结构所采用的主要材料第二节飞机和直升机构造一、飞机的基本构造二、军用飞机的构造特点和发展概况三、民用飞机的构造特点和发展概况四、特殊飞机五、直升机第三节导弹一、有翼导弹二、弹道导弹三、反弹道导弹导弹系统第四节航天器一、航天器的基本系统二、卫星结构三、空间探测器结构四、载人飞船五、空间站第五节火箭一、探空火箭二、运载火箭第六节航天飞机和空天飞机一、航天飞机二、空天飞机思考题第六章地面设施和保障系统第一节机场及地面保障设施一、机场二、地面保障系统第二节导弹的发射装置和地面设备一、组成和功用二、战略弹道导弹的发射方式三、战略弹道导弹的发射装置和地面设备第三节运载火箭的地面设备与保障系统一、航天基地二、航天器发射场三、中国的航天器发射场和测控中心四、发射窗口思考题。