航空动力装置-活塞式发动机的性能

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。

飞机的动力装置3.3.1 概述为航空器提供动力，推动航空器前进的装置，称为航空动力装置，也称航空推进系统。

它包括航空发动机以及为保证其正常工作所必需的系统和附件，如燃油系统、滑油系统、点火系统、启动系统和防火系统等。

航空推进系统是利用反作用原理为航空器提供推力的。

根据牛顿第三定律，航空推进系统驱使一种工质(工作介质)沿飞行相反方向加速流动，工质就在航空器上施加一个反作用力。

推动航空器前进的这个反作用力就是推力，其大小等于工质质量与工质在推进系统内加速度的乘积。

发动机是飞行器的动力源，它的性能对飞行器性能有极重要的影响。

人们常形象地称之为飞行器的心脏。

与航空器的发展史一样，航空发动机也经历了百余年的发展。

1885年，美国人莱特兄弟在技师泰勒的帮助下，设计制造了一台活塞式汽油发动机，1903年将这种发动机和螺旋桨装于莱特兄弟制造的一架双翼飞机，完成了人类历史上的首次有动力的飞行，开创了飞行的新纪元。

从二十世纪初到二十世纪四十年代中期，所有带动力的飞行器都毫无例外的以活塞式发动机/螺旋桨为动力装置。

飞行速度乘推力即是发动机需要提供的推进功率。

如果不考虑由螺旋桨轴功率转变为推进功率过程的损失，则发动机的输出功率就等于推进功率。

1943年左右，活塞式发动机已发展到很高的水平，单台发动机的功率可达2800kW,，耗油率近似为0.3kg/(kW.h),功率与发动机质量的比值等于1.0～1.4kW/kg,1935年，德国人汉斯 • 冯 • 奥海因 (Hans von Ohain) 博士开始世界上第一台离心式喷气发动机 HeS-3A 的设计，于1936年完成研制。

该发动机的发展型 HeS-3B 由海特尔 • 昆特 (Hertel Günter) 博士完成，推力约400daN ，装于首架喷气式飞机亨克尔He-178 上，1939年8月27日完成首飞，使飞机的飞行速度达到700 km/h 。

1942 年，另一位德国人海尔伯特 • 瓦格纳 (Herbert Wagner) 教授完成了世界上第一台轴流燃气涡轮发动机的研制。

第一章概论航空发动机可以分为活塞式发动机（小型发动机、直升飞机）和空气喷气发动机两大类型。

P3空气喷气发动机中又可分为带压气机的燃气涡轮发动机和不带压气机的冲压喷气发动机(构造简单，推力大，适合高速飞行。

不能在静止状态及低速性能不好，适用于靶弹和巡航导弹)。

涡轮发动机包括：涡轮喷气发动机WP，涡轮螺旋桨发动机WJ,涡轮风扇发动机WS,涡轮轴发动机WZ，涡轮桨扇发动机JS。

在航空器上应用还有火箭发动机（燃料消耗率大，早期超声速实验飞机上用过，也曾在某些飞机上用作短时间的加速器）、脉冲喷气发动机（用于低速靶机和航模飞机）和航空电动机（适用于高空长航时的轻型飞机）。

P4燃气涡轮发动机是由进气装置、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管等主要部件组成。

由压气机、燃烧室和驱动压气机的涡轮这三个部件组成的燃气发生器，它不断输出具有一定可用能量的燃气。

涡桨发动机的螺桨、涡扇发动机的风扇和涡轴发动机的旋翼，它们的驱动力都来自燃气发生器。

按燃气发生器出口燃气可用能量的利用方式不同，对燃气涡轮发动机进行分类：将燃气发生器获得的机械能全部自己用就是涡轮喷气发动机；将燃气发生器获得的机械能85%~90%用来带动螺旋桨，就是涡桨发动机；将获得的机械能的90%以上转换为轴功率输出，就是涡轮轴发动机；将小于50%的机械能输出带动风扇，就是小涵道比涡扇发动机（涵道比1:1)；将大于80%的机械能输出带动风扇，就是大涵道比涡轮风扇发动机（涵道比大于4:1）。

P5航空燃气涡轮发动机的主要性能参数：1.推力，我国用国际单位制N或dan,1daN=10N，美国和欧洲采用英制磅(Pd)，1Pd=0.4536Kg,俄罗斯/苏联采用工程制用Kg,1Kg=9.8N；2.推重比（功重比），推重比是推力重量比的简称，即发动机在海平面静止条件下最大推力与发动机重力之比，是无量纲单位。

对活塞式发动机、涡桨发动机和涡轴发动机则用功重比（功率重量比的简称）表示，即发动机在海平面静止状态下的功率与发动机重力之比，KW/daN；3.耗油率，对于产生推力、的喷气发动机，表示1daN推力每小时所消耗的燃油量单位Kg/(daN·h),对于活塞式发动机、涡桨发动机和涡轴发动机来说，它表示1KW功率每小时所消耗的燃油量单位Kg/(kw·h)；4.增压比，压气机出口总压与进口总压之比，飞速较高增压比较低，低耗油率增压比较高；5.涡轮前燃气温度，是第一级涡轮导向器进口截面处燃气的总温，也有发动机用涡轮转子进口截面处总温表示，发动机技术水平高低的重要标志之一；6.涵道比，是涡扇发动机外涵道和内涵道的空气质量流量之比，又称流量比。

航空发动机工作原理及性能航空发动机是现代飞机的关键动力装置，其工作原理和性能对于飞机的飞行效率和安全至关重要。

航空发动机的工作原理可以概括为以下几步：空气进气、压缩、燃烧、喷气推力以及排放。

具体来说，当飞机在空中飞行时，发动机通过进气口吸入空气，并通过压缩将空气压缩，使其能够与燃料混合并进行燃烧。

燃烧后的高温高压气体通过喷气口排出，产生喷气推力，推动飞机向前飞行。

同时，发动机还需要消耗部分能量来驱动辅助系统，如涡轮增压器、润滑系统等。

航空发动机的性能主要与以下几个因素相关：推力、轴功率、燃油消耗率、高温高压工作环境以及可靠性。

推力是航空发动机最重要的性能参数之一。

它代表了发动机产生的推力大小，对于飞机的起飞、爬升以及巡航速度都有重要影响。

推力一般通过喷气速度和喷气量来表征，一般用千牛（kN）或千磅（lbf）来表示。

轴功率是发动机输出的功率大小，代表了发动机输出能量的多少。

它通常由发动机的转速和扭矩来决定，一般以千瓦（kW）或马力（hp）来表示。

燃油消耗率是发动机单位时间内消耗的燃油量，通常以千克/小时（kg/h）或磅/小时（lb/h）来表示。

燃油消耗率的大小直接关系到飞机的续航能力和经济性。

由于航空发动机工作环境的特殊性，如高温高压状态、快速转动运动等，对于发动机的设计要求非常严格。

材料的耐热性、耐磨性以及结构的牢固性都需要考虑在内。

最后，航空发动机的可靠性也是重要性能指标之一。

发动机可靠性直接关系到飞机的运行安全性，因此发动机的设计、制造和维护都需要保证其高可靠性。

总结而言，航空发动机的工作原理和性能包括了空气进气、压缩、燃烧、喷气推力以及排放等关键步骤，而推力、轴功率、燃油消耗率、高温高压工作环境以及可靠性则是衡量航空发动机性能的重要指标。

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。

航空器系统和动力装置航空器系统与动力装置是飞行签派员的一门技术基础课。

内容涉及飞机机体结构、飞行载荷与飞机过载，飞机各机械系统：起落架、操纵系统、液压系统、燃油系统、座舱空调系统、应急设备，飞机电气系统，直升机基本结构与操纵系统，航空活塞动力装置，航空燃气涡轮动力装置等内容。

飞行签派员理解民用飞机机体结构特点、各系统的基本工作原理、飞机动力装置的型式、工作性能特点、以及熟悉有关故障的基本处置方法，将为保证签派员安全、准确、正常、高效地实施飞行运营计划打下良好的理论基础。

基本要求如下：1、了解民用飞机机体结构特点，结构破坏形式与强度概念；理解飞行载荷及其变化；熟悉飞机过载及影响因素。

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