航空发动机构成

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航空发动机发展史

摘要：航空发动机的历史大致可分为两个时期。第一个时期从首次动力开始到第二次世界大战结束。在这个时期，活塞式发动机统治了40年左右。第二个时期从第二次世界大战至今。60多年来，航空燃气涡轮发动机取代了活塞式发动机，开创了喷气时代。

关键词：活塞式 喷气式

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。

航空发动机原理与构造

航空发动机作为现代飞机的核心动力装置，扮演着至关重要的角色。本文将介绍航空发动机的原理与构造，从热力循环到关键部件，为读者全面解读航空发动机的工作原理和组成结构。

一、航空发动机的热力循环

航空发动机的热力循环是指在发动机内部由空气和燃料组成的混合气体经过一系列热力学过程的循环。常见的热力循环包括Otto循环、Diesel循环和Brayton循环。航空发动机一般采用的是Brayton循环，也称为常压循环。

Brayton循环的基本原理是：空气经过压缩过程提高压力，然后加燃料燃烧产生高温高压气体，进一步通过膨胀过程输出功，最后经过排气过程将废气排出。整个循环过程中，航空发动机通过压缩、燃烧和膨胀等过程将燃料的化学能转化为动力能，推动飞机前进。

二、航空发动机的构造

航空发动机由许多关键部件组成，每个部件都承担着特定的功能，共同构成了一个高效、可靠的动力系统。下面将重点介绍几个常见的航空发动机部件。

1. 压气机（Compressor）

压气机是航空发动机中的核心部件之一，其主要功能是将来自进气口的气流压缩，提高气压和密度。航空发动机一般采用多级压气机，每级都由叶轮和定子组成，并通过不断旋转的叶轮将空气压缩，使其具备足够的压力进入燃烧室。

2. 燃烧室（Combustor）

燃烧室是航空发动机中完成燃烧过程的部件。它是一个密封的空间，将压缩机提供的高压空气与燃料充分混合并点燃，产生高温高压的燃烧气体。燃烧室内的燃烧需要考虑燃料和空气的适当比例，以及高效的燃烧稳定性。

3. 涡轮（Turbine）

涡轮是将燃烧室中产生的高温高压气体释放能量的关键部件。航空发动机中常见的涡轮有高压涡轮和低压涡轮。高压涡轮由高压工作介质驱动，通过轴向和径向叶片将气体能量转化为轴功。低压涡轮则从废气中提取能量，驱动压气机。

4. 推力增加装置（Thrust Reverser）

推力增加装置用于改变航空发动机排出气流的方向，将气流向后推进，产生反向推力。这对于飞机的着陆和制动非常重要，可以缩短滑行距离和减少制动力的使用。

航空发动机的组成

航空发动机作为飞机的“心脏”，是飞机起飞、巡航和着陆不可或缺的重要组成部分。它所拥有的强大动力能够使飞机在空中运转，并帮助飞机完成各种任务。那么，航空发动机由哪些部分组成呢？下面将分步骤为大家阐述。

第一步：气体进口系统

航空发动机的气体进口系统是航空发动机能量产生的源头，其主要组成部分有进气道、空气过滤器、鼓风机和燃油喷油嘴等。进气道的作用是采集高速气流，将其传送到发动机内部。空气过滤器的作用是保证进气口不收到杂质的影响。鼓风机的作用是向进气道提供大量的气流，为燃烧提供支撑。燃油喷油嘴的作用是将燃油雾化，并通过燃烧产生高温高压气体。

第二步：压气机系统

航空发动机的压气机系统是负责将大气中的空气压缩成高压气体的部分。压气机系统包括低压压气机、高压压气机和驱动压气机三部分。低压压气机主要负责将气体压缩至1-2大气压力，而高压压气机则负责将气体压缩至15-20大气压力。最后，驱动压气机将已经压缩后的气体压缩至更高的压力。

第三步：燃烧室系统

燃烧室系统是航空发动机最重要的部分之一，负责将压缩后的气体和燃油混合并燃烧，进而释放出高温高压气体。燃烧室的设计可以影响气体的高热效能和低燃油消耗率。燃烧室中通常有喷油器、火花器、燃烧室壁、引导环等组成部分。

第四步：涡轮系统

涡轮系统是航空发动机的最后一个组成部分。它主要包括高压涡轮、低压涡轮和下行运动涡轮三部分。它们的作用是将燃烧后的气体流向推出发动机，从而产生动力。高压涡轮和低压涡轮之间通过轴连接。下行运动涡轮则负责将燃烧后的气体排放出机外。 综上所述，航空发动机的组成由气体进口系统、压气机系统、燃烧室系统和涡轮系统四个部分组成。它们各司其职，协作发挥着强大的动力，成为飞行的物理支撑。随着科学技术的不断突破，航空发动机的组成也在不断更新升级，使得它们更加高效、可靠和安全。

航空发动机主要有三种类型：活塞式航空发动机，燃气涡轮发动机和冲压发动机。

航空发动机的发展经历了活塞发动机，喷气时代的活塞发动机，燃气涡轮发动机，涡轮喷气发动机/涡轮风扇发动机，涡轮螺旋桨发动机/涡轮轴发动机。本文主要利用动态图来说明航空发动机的工作原理。

星型活塞发动机的原理与汽车发动机的原理相同。燃料在汽缸中爆炸并燃烧以推动活塞工作，但汽缸装置为星形。汽车上的活塞发动机通常以V或w的形式布置。活塞式航空发动机由于效率低，噪音大，燃油消耗大而已基本取消。

涡轮喷气发动机是涡轮发动机的一种。取决于气流产生推力。它通常用于为高速飞机提供动力，但其燃油消耗高于涡轮风扇发动机。著名的MiG-25和SR-71黑鸟侦察机均配备了涡轮喷气发动机，其最大速度可突破3马赫。由于油耗高，逐渐被涡轮风扇发动机取代。

涡轮喷气发动机的本质类似于带有减速器和外部螺旋桨的涡轮喷气发动机。涡轮螺旋桨发动机的推力主要由螺旋桨产生，而喷气机产生的推力很小，仅为螺旋桨的十分之一。涡轮螺旋桨发动机的优点是速度低，效率高，适用于运输机，海上巡逻机等。由于螺旋桨旋转的面积较大，因此在高速飞行时会有很多阻力，因此涡轮螺旋桨发动机不适合高速飞行。

涡轮风扇发动机是从涡轮喷气发动机发展而来的。与涡轮喷气发动机相比，涡轮风扇发动机的主要特点是第一级压缩机的面积要大得多。目前，大多数先进的飞机都使用涡扇发动机。涡扇发动机相当于涡轮螺旋桨发动机和涡轮喷气发动机性能的折衷产品，适用于以400-1000 km / h的速度飞行。

优点：高推力，高推进效率，低噪音，低油耗，飞行距离长。

缺点：风扇直径大，迎风面大，阻力大，发动机结构复杂，设计困难。

螺旋桨式风扇发动机不仅可以被视为具有先进高速螺旋桨的涡轮螺旋桨发动机，而且除了外部管道外，还可以被视为超高旁通比涡轮风扇发动机。它具有涡轮螺旋桨发动机低油耗率和涡轮风扇发动机高飞行速度的优点。实验中的Ge36显示出非常低的燃料消耗，但是由于噪音，它并未在任何飞机上使用。