首先航空发动机既是一个热机,因为它利用工质(空气),进行加功(燃油燃烧),然后转变成发动机的动能,可以循环做功;另外发动机又是一个推进器 。
简单原理:有一定速度的空气进入发动机进气道,速度减小,静压力初步升高;之后压气机对空气做功,主要用于提高空气的压力,发动机的速度并不提升多少;高压气体进入燃烧室喷油燃烧,燃料的化学能转化为空气的内能;高温高压燃气膨胀做功,一部分能量推动发动机涡轮旋转,涡轮带动前面压气机旋转,而燃气的大部分能量则转化为燃气的动能,在发动机的喷口喷出,根据动量定理,简单的说,向后喷气,发动机就获得了向前的动能 。(涡轮喷气发动机原理)
航空发动机的发展历史【航空发动机的】一、引言
1903年12月17日,美国莱特兄弟实现了人类历史上首次有动力、载人、持续、稳定和可操作的重于空气飞行器的飞行 。这使得几千年来由少数人从事的飞行探索事业在后来的百年中发展成为对世界政治、经济、军事、经济和技术以至人们的生活方式都有重要影响的航空业 。因此,航空发动机从狭义上是航空器飞行的动力,从广义上它也是航空事业发展的推动力 。
航空发动机的百年历史大致可分为两个时期 。第一个时期从莱特兄弟的首次飞行开始到第二次世界大战结束为止 。在这个时期内,活塞式发动机统治了40年左右 。第二个时期从第二次设计大战结束至今 。60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,居航空动力的主导地位 。
在跨入第二个百年之际,航空发达国家已经制订和正在实施一系列航空涡轮发动机能力翻番的技术发展计划,并已取得阶段成果 。这些计划正从过去重视提高能力转向提高经济承受性 。可以说,航空涡轮发动机技术正呈现出加速发展的态势 。此外还正在探索各种非传统新型航空动力,包括超微型涡轮发动机、高超声速推进系统和各种新能源动力 。
二、百年回顾
1、活塞式发动机时期
●早期液冷发动机居主导地位很早以前,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8.95kw的功率,重量却有81kg,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 。
以后,在飞机用于战争目的的推动下,航空特别是在欧洲开始蓬勃发展,法国在当时处于领先地位 。美国虽然发明了动力飞机并且制造了第一架军用飞机,但在参战时连一架可用的新式飞机都没有 。在前线的美国航空中队的6287架飞机中有4791架时法国飞机,如装备伊斯潘诺-西扎v型液冷发动机的斯佩德战斗机 。这种发动机的功率已达130~220kw,功重比为0.7kw/dan左右 。飞机速度超过200km/h,升限6650m 。
当时,飞机的飞行速度还比较小,气冷发动机冷却困难 。为了冷却,发动机裸露在外,阻力又较大 。因此,大多数飞机特别是战斗机采用的是液冷式发动机 。期间,1908年由法国塞甘兄弟发明旋转汽缸气冷星型发动机曾风行一时 。这种曲轴固定而汽缸旋转的发动机终因功率的增大受到限制,在固定汽缸的气冷星型发动机的冷却问题解决之后退出了历史舞台 。
●两次世界大战之间的重要技术发明
在两次世界大战之间,在活塞式发动机领域出现几项重要的发明:发动机整流罩既减小了飞机阻力,又解决了气冷发动机的冷却困难问题,甚至可以的设计两排或四排汽缸的发动机,为增加功率创造了条件;废气涡轮增压器提高了高空条件下的进气压力,改善了发动机的高空性能;变距螺旋桨可增加螺旋桨的效率和发动机的功率输出;内充金属钠的冷却排气门解决了排气门的过热问题;向汽缸内喷水和甲醇的混合液可在短时内增加功率三分之一;高辛烷值燃料提高了燃油的抗爆性,使汽缸内燃烧前压力由2~3逐步增加到5~6,甚至8~9,既提高了升功率,又降低了耗油率 。
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