航空发动机是什么?

[拼音]：hangkong fadongji

[外文]：aero-engine

将燃料的热能或其他形式的能转变为机械能，为飞机或其他航空器提供动力的装置。其性能是决定航空器性能的主要因素之一。现代航空发动机具有推重比大，迎风面积小，起动、加速快，适应机动飞行，使用、维修简便，工作可靠等特点。

航空发动机的简要分类见图1:

从1903年世界上第一架飞机试飞成功到第二次世界大战结束前，飞机的动力装置基本上都是活塞式发动机。经过几十年的发展，这种发动机日臻完善，功率从12马力提高到4000马力以上。装有这种发动机的飞机，最大飞行速度达750公里/小时左右。由于活塞式发动机的功率和螺旋桨效率不能适应飞机继续增速、突破“音障”和提高升限的需要，第二次世界大战中出现了喷气式发动机。

中国早在北宋时期，就应用喷射火药燃气的反作用原理制成最简单的火箭，并出现了与燃气涡轮原理相同的走马灯。1903年，俄国科学家Κ.Э.齐奥尔科夫斯基提出了应用喷气反作用原理的液体火箭发动机的设想。1937年，英国发明家F.惠特尔试验成功第一台涡轮喷气发动机。1939年8月，装有德国设计师H.P.von奥海恩设计的Hes-3B涡轮喷气发动机的飞机首次飞行。第二次世界大战期间，德国将脉动喷气发动机装在V-1导d上。50年代，航空燃气涡轮发动机得到广泛使用，比较著名的有美国的J-79、苏联的P11Φ-300等涡轮喷气发动机，其推重比达5以上。50年代中期，研制成功涡轮螺旋桨和涡轮轴发动机，活塞式发动机便逐步为它们所取代。60年代初，研制成功的涡轮风扇发动机，很快成为大、中型轰炸机和运输机的主要动力装置。70年代，带加力装置的高推重比的涡轮风扇发动机，已成为高速歼击机和强击机的主要动力装置，如美国的F100-PW-100，英国、联邦德国和意大利合作研制的RB-199等，其推重比均高达8以上。

50年代末，为适应发展垂直/短距起落飞机的需要，英国研制了"飞马"型涡轮风扇发动机，以后装在“鹞”式飞机上。它通过 4个可以转向的喷口，改变推力方向，使“鹞”式飞机实现了垂直/短距起落。同时，为实现短距起飞，还进一步发展了升力发动机（一种燃气涡轮发动机）和火箭助推器。先进的升力发动机推重比已达27以上。

中国于50年代成批生产了涡轮喷气发动机，以后又生产出其他类型的燃气涡轮发动机。

活塞式发动机由气缸、活塞、连杆、曲轴、 机匣、气门机构、 减速器等部件和燃料、润滑、冷却、点火、起动等系统组成。通常还装有增压器，以提高发动机的功率和改善发动机的高空性能。发动机工作时，燃料（航空汽油）与空气组成的混合气在气缸内燃烧，驱动活塞作往复直线运动，从曲轴上输出机械功，经减速器带动螺旋桨或旋翼旋转而产生拉力或升力。

喷气式发动机中，应用较广的是涡轮喷气、涡轮螺旋桨、涡轮轴和涡轮风扇发动机。由于它们都装有燃气涡轮， 所以统称为燃气涡轮发动机。 脉动喷气发动机、冲压喷气发动机和火箭发动机在飞机上较少使用。

涡轮喷气发动机(图2a)主要由压缩器、燃烧室、涡轮、喷管等部件和燃料、润滑、起动等系统组成。发动机工作时，空气流经压缩器，压力提高，随即流入燃烧室与形成雾状的燃料(航空煤油)混合后燃烧，产生高温高压燃气，推动涡轮高速旋转，带动压缩器和有关附件工作，燃气最后在喷管中膨胀加速，高速喷出，使发动机产生推力。涡轮螺旋桨发动机(图2b)由涡轮经减速器带动螺旋桨旋转而产生拉力；同时利用排出的燃气，还能产生少量的推力（占总推力的10％左右）。涡轮轴发动机（图2c）主要用于直升机，通过动力涡轮把功率传给输出轴，经减速器带动旋翼旋转。涡轮风扇发动机（亦称内外涵喷气发动机或双路式喷气发动机，（图2d）由涡轮喷气发动机加风扇和外壳组成，按风扇的位置分前风扇、后风扇两种。进入发动机的空气分为两路：内路空气从内涵道流过，其工作和流动情况，同一般涡轮喷气发动机基本一样；外路空气经风扇增压后从外涵道流过。内、外涵道同时产生推力。

在军用涡轮喷气和涡轮风扇发动机中，为提高发动机的最大推力，通常在涡轮与喷管之间装有加力燃烧室（图2a、d），也有的在压缩器或燃烧室的进口，喷射水或酒精等，用以短时间增大推力。有的涡轮风扇发动机，不仅在内路而且在外路也喷油燃烧，以增大推力。使用加力可使发动机推力增大30～70％，但耗油率也随之增大2～2.5倍。由于受加力燃烧室材料强度等限制，加力装置一般只允许短时间使用。

上表介绍的是80年代初军用航空燃气涡轮发动机的主要性能。但为提高燃气涡轮发动机的性能，目前已采用的技术有：高增压比的压缩器，发烟度低的环形燃烧室，冷却式高温涡轮，高精度电子调节系统，能及时发现故障的监控技术，便于检查、更换的单元体结构，应用强度高、重量轻的钛合金及复合材料。为满足军用飞机不断发展的需要，今后将继续改进各种类型的高推重比加力涡轮风扇发动机；研制超音速巡航歼击机使用的连续放气式涡轮喷气发动机，超音速垂直／短距起落飞机使用的推力换向发动机和升力发动机，直升机使用的涡轮轴涡轮风扇发动机，运输机使用的涡轮螺旋桨风扇发动机和变循环发动机；继续研制各种类型的组合式发动机（涡轮－冲压、火箭－冲压、火箭－涡轮等）；解决原子能发动机的小型化和安全保护问题；在部件方面，除继续提高压缩器、燃烧室和涡轮的性能外，进一步解决超音速进气道与发动机的匹配协调问题，完善单元体结构和状态监控技术，提高发动机的可靠性和可维修性。

参考书目

西北工业大学等合编：《航空燃气涡轮发动机原理》，国防工业出版社，北京，1981。C．M．施利亚赫钦科主编，王振华等译:《空气喷气发动机原理》，国防工业出版社，北京，1982。J.L.克里布洛克著，谢竹虚等译:《飞机发动机和燃气涡轮》，国防工业出版社，北京，1983。(J.L.Kerrebrock， AircraftEngines and Gas Turbines， MIT Press，1978.)