航空发动机原理

车辆与动力工程　南方农机　２０１５．１０　４３　

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，北京１０００８１）　

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　

中图分类号：Ｖ２３１．３　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７２—３８７２（２０ｉ５）１０－００４３－０３　

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。　

１　历史回顾　

１．１初代航空发动机　

１９０３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、　

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８．９５ｋＷ的功率，重量达到了８１ｋｇ，功重比仅　

为０．１　ｌｋＷ／ｄａＮ，与后来的航空发动机差距很大，水冷的　

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　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５０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１５与美国制造的　Ｆ８６展开了空战，成为了燃气涡轮发动机时代的代表作。　

１９３７年７月英国的惠特尔研制成功离心式涡轮喷气发动　

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。

【涨知识】航空发动机工作原理和专业名词简介

摘要今天小编为大家简单介绍一下航空发动机方面的基础知识，包括它的原理，它有哪些部件组成，以及常见的一些专业名词。

航空发动机的工作原理

空气通过进气道减速增压，并以最小的流动损失进入到压气机。压气机以高速旋转的叶片对空气做功压缩空气，提高空气的压力。高压空气进入燃烧室，在燃烧室内与燃油充分混合后燃烧，产生高温高压的气体进入涡轮。高温高压的气体首先在涡轮中膨胀，推动涡轮高速旋转带动风扇（涡扇发动机的主要推力由风扇产生）和压气机。随后燃气在尾喷管中继续膨胀，提高燃气速度，使之高速喷出，产生推力。

航空发动机的五大部件

航空发动机主要分为五大部件，分别是进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管，下文将对各大部件逐一进行介绍： 进气道

航空发动机进气道主要的作用是在各种工作状态下，能够将足够量的空气，以最小的流动损失，引入压气机。进气道可分为亚音速进气道和超音速进气道，民航发动机的进气道多为亚音速进气道。

亚音速进气道是扩张型的管道。它由壳体和整流锥组成。进气道的前端如图所示是扩张型的管道，而前整流锥的后部管道稍微有些收敛。气体进入进气道后，速度会下降，压力和温度都会上升，形成减速增压的过程。经过整流锥后，气体的速度会稍有上升，压力和温度略会降低，气体能较均匀地流入压气机，保证压气的正常工作。

压气机

压气机是航空发动机的重要组成部分之一。它的主要作用是通过高速旋转的叶片对空气做功，对流过它的空气进行压缩，提高空气的压力，为之后在气体在燃烧室中的燃烧创造条件，以改善发动机的经济性，增加发动机的推力。

压气机从构型上可以分为离心式和轴流式两种。评定压气机性能的主要指标是增压比、效率、外廓尺寸和重量等。此外，轴流式压气机较离心式压气机相比，增压比大，效率高，单位空气流量大。故现役的民航发动机多为轴流式压气机。 航空发动机的压气机部分也可分为低压部分和高压部分。低压部分包括风扇和低压压气机，高压部分包括高压压气机。低压部分由低压涡轮驱动，高压部分由高压涡轮驱动。另外，罗罗公司的RB211系列和Trent系列发动机因采用三转子构型，所以还有中压部分。

1、轴流式压气机转子叶片榫头有：燕尾形、销钉形、枞树形。

2、压气机的基本种类：轴流式、离心式、混合式。

3、双涵道发动机加力燃烧室由：扩压器、火焰稳定器、输油圈及燃油喷嘴、点火装置、加力燃烧室壳体、混合器组成。

4、燃油喷嘴类型有：离心喷嘴、起动喷嘴、蒸发喷嘴、甩油喷嘴。

5、发动机总结构包括：转子的连接结构、转子支承系统、静子承力系统。

6、增压比对发动机的效率有重要影响，耗油率最低的增压比称为最经济增压比。

7、压气机转子的基本结构形式有：鼓式、盘式、鼓盘式。

8、航空燃气涡轮发动机的主要类型：涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、桨扇发动机、涡轮轴发动机、垂直/短距起降动力装置。

9、若转子是不可拆卸的多级压气机，则多采用分半式机匣。

10、放气机构的主要类型有：放气活门、放气带、放气窗。

11、轴流式压气机由转子和静子组成。

12、鼓盘式转子按其级间连接的特点可分为不可拆卸的转子、可拆卸的转子、混合式转子。

13、燃烧室的基本类型有：分管、环管、环形。

1、涡轮部件冷却的目的。

（1）提高涡轮前燃气温度，以提高发动机的性能。

（2）在涡轮前燃气温度给定的条件下，降低零件的工作温度。到允许的范围内，以保证这些零件具有必需的机械强度。

（3）使零件内温度分布均匀，以减小热应力。

（4）提高零件工作表面的耐蚀性，如果将零件与燃气流隔开，可以避免对零件工作表面的侵蚀。

（5）有可能采用廉价的热材料。

2、比较下轴流式压气机和离心式压气机各有什么优点？

轴流式压气机具有增压比高、效率高、单位面积空气质量流量大、迎风阻力小等特点，在相同外廓尺寸条件下可获得更大的推力。因此，在航空燃气涡轮发动机上，特别在大、中推力发动机上，普通采用轴流式压气机。

离心式压气机曾是最先使用在航空发动机上，具有结构简单、工作可靠、稳定工作范围较宽、单级增压比高等优点；缺点是迎风面积大，难于获得更高的总增压比。