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航空发动机
发布时间:2022-01-05     作者:   来源:全国科学技术名词审定委员会   分享到:

航空发动机

aeroengine

定义:为航空器提供飞行所需动力的发动机。

学科:航空科学技术_推进技术与航空动力装置

相关名词:燃气涡轮发动机 发动机


【延伸阅读】

1903年,美国人莱特兄弟(Wright Brothers)研制的“飞行者一号”成功首飞,这架飞机所搭载的功率约9千瓦的活塞式发动机可以说是世界上第一台航空发动机。早期飞机使用的航空发动机均为活塞式,其原理、结构与汽车发动机类似。1937年,英国科学家弗兰克·惠特尔(Frank Whittle)发明了世界上第一台燃气涡轮喷气发动机,从此航空发动机工业进入了“喷气”时代,惠特尔也被称为“喷气发动机之父”。

现在,军用飞机及民航客机基本上都使用燃气涡轮航空发动机。它主要由进气道、压气机、燃烧室、涡轮及尾喷管等部分组成,其工作原理是使大量空气通过进气道进入发动机,气流经过压气机的压缩后进入燃烧室。在燃烧室中,空气与燃油混合并燃烧产生高温高速的气流,这些气流经过涡轮时将动能和热能转化为机械能,从而驱动发动机运转。之后,气流排出发动机,气流所产生的反作用力,或者涡轮所输出的轴功率成为发动机输出的动力。燃气涡轮发动机主要分为涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺桨发动机和涡轮轴发动机。

涡轮喷气发动机简称涡喷发动机。其结构相对简单,做功方式较为直接,通过使气流以较高速度从涡轮后排出获得推力。早期的喷气式航空发动机均为涡喷发动机,由于其排出的气体仍有较高温度,因此做功效率较低,耗油率较高,逐渐被涡轮风扇发动机替代。

涡轮风扇发动机简称涡扇发动机。其通常具有内外两个涵道,内涵道结构与涡喷发动机一样,但涡轮能将更多的热能转化为机械能,以此驱动压气机前部的风扇高速旋转,产生高速气流从外涵道排出,以此产生推力,其余气流进入内涵道的压气机,为发动机正常运转提供足够的空气流量。涡扇发动机内、外涵道空气流量之比称为涵道比。涵道比大意味着发动机直径较大,民航客机及军用运输机为了提高燃油经济性,通常使用涵道比大的涡扇发动机;涵道比小意味着发动机直径较小,涵道比小的涡扇发动机适用于对机动要求性较高的战斗机,它通过增加风扇的数量可以获得较大的推力。

涡轴涡桨发动机主要利用涡轮产生的巨大轴功率来驱动飞机螺旋桨或直升机旋翼,为其提供飞行动力。它本身并不依赖尾喷管向后排气产生推力,能够更充分地利用燃烧后气流中的热能和动能,其耗油率也更低,非常适合亚声速、长航程的飞行。

航空发动机在工作时需要吸入大量空气,吸入空气的同时可能会将砂石、雨水、冰雹甚至几千克重的飞鸟吸入,从而对发动机造成伤害。因此,对发动机可靠性的要求较高,同时,为了使飞机能以更轻的自重,携带更多的物品并飞行更远的距离,又需要航空发动机的重量尽可能轻,推力尽可能大。可靠性、重量、推力这三者几乎是相互矛盾的存在,这也是航空发动机的设计者要不断解决的难题。

除此之外,研究人员发现,燃烧后的气流到达涡轮部件前的温度越高,航空发动机的热转换效率越高,同等重量的发动机产生的推力也越大。现在的航空发动机涡轮部件前部温度高达1600℃,而制造涡轮所用的高温合金材料熔点仅有约1300℃,因此需要通入足够的冷却空气对涡轮部件进行大幅降温,这也给航空发动机的设计者提出了难题。加之航空发动机所用材料昂贵,加工难度大,设计出的航空发动机还要经过大量、长时间的可靠性与安全性试验,这就使航空发动机的研制成本极高,研制周期较长。

航空发动机对于一个国家的航空工业至关重要,称得上工业技术“皇冠上的明珠”。进入21世纪,我国航空工业飞速发展,航空发动机正在从引进与仿制逐步转入自主研发与生产。目前,我国的航空发动机从业人员努力奋进,已经取得了不少新的重大成果,但在整体设计水平与产品丰富程度上仍有明显不足,未来还需加大投入,奋发图强,才能成为航空发动机领域的强者。