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航空動力行業簡介

一、航空發動機是什么

航空(kong)發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)（Aero-engine）是(shi)用來(lai)產生推力(li)(li)使飛(fei)機(ji)(ji)前(qian)進的(de)發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)設備。先進的(de)飛(fei)行器需要強大(da)的(de)心臟，航空(kong)發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)正是(shi)飛(fei)行器的(de)動(dong)(dong)力(li)(li)來(lai)源。航空(kong)發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)是(shi)非常復雜的(de)高(gao)(gao)(gao)端機(ji)(ji)械，工(gong)(gong)作條(tiao)件(jian)具有“高(gao)(gao)(gao)溫，高(gao)(gao)(gao)壓(ya)，高(gao)(gao)(gao)速”的(de)特(te)點：工(gong)(gong)作溫度高(gao)(gao)(gao)，內(nei)部各處的(de)溫度不同且不斷變(bian)化；氣體壓(ya)力(li)(li)大(da)，工(gong)(gong)作載(zai)荷高(gao)(gao)(gao)；轉子轉速高(gao)(gao)(gao)，以及承(cheng)受環(huan)境和機(ji)(ji)動(dong)(dong)飛(fei)行給(gei)發(fa)(fa)(fa)動(dong)(dong)機(ji)(ji)帶來(lai)的(de)各種影響。

航空發動機需要在質量和體積受嚴格限制的前提下產生強大的推力，長時間可靠的工作，其性能還要能靈活精確地調節控制，對設計制造工藝提出極高要求。航空發動機集中了機械制造行業幾乎所有的高精尖技術，因此，航空發動機被譽為是”現代工(gong)業皇(huang)冠上(shang)的(de)明珠“。航空(kong)發動機直(zhi)接影響飛機的(de)性能、可靠性及經濟性，是一(yi)個國家科(ke)技、工(gong)業和國防實力的(de)重要體現。

二、航空發動機種類及原理

1、活塞發動機

對(dui)航空發動(dong)(dong)機(ji)而言，最先使用的就是活(huo)(huo)塞(sai)式(shi)發動(dong)(dong)機(ji)，其(qi)工作原理(li)是指活(huo)(huo)塞(sai)承載燃(ran)氣(qi)壓力，在氣(qi)缸中(zhong)進行反復運(yun)動(dong)(dong)，并依據連桿將(jiang)這種運(yun)動(dong)(dong)轉變為曲(qu)軸(zhou)的旋轉活(huo)(huo)動(dong)(dong)。活(huo)(huo)塞(sai)式(shi)發動(dong)(dong)機(ji)主要由氣(qi)缸、活(huo)(huo)塞(sai)、連桿、曲(qu)軸(zhou)、氣(qi)門機(ji)構、螺(luo)旋槳減速器(qi)、機(ji)匣(xia)等組成。

在(zai)(zai)第二次世界大(da)戰(zhan)結束后，由于渦(wo)輪噴氣發動機(ji)的(de)發明而(er)(er)開創了噴氣時代(dai)，活塞(sai)(sai)式發動機(ji)逐步退出主要航(hang)空領域(yu)，但功率小(xiao)于370kW的(de)水平對(dui)缸(gang)活塞(sai)(sai)式發動機(ji)仍(reng)廣泛應用在(zai)(zai)輕(qing)型低速飛機(ji)和直升機(ji)上，如行政機(ji)、農林機(ji)、勘探機(ji)、體育運動機(ji)、私(si)人(ren)飛機(ji)和各種(zhong)無人(ren)機(ji)，旋轉活塞(sai)(sai)發動機(ji)在(zai)(zai)無人(ren)機(ji)上嶄露頭角(jiao)，而(er)(er)且美國NASA還正(zheng)在(zai)(zai)發展用航(hang)空煤油的(de)新型二沖程(cheng)柴(chai)油機(ji)供下一代(dai)小(xiao)型通(tong)用飛機(ji)使用。

2、渦噴/渦扇發動機

（1）渦輪噴氣發動機

現代渦(wo)輪(lun)噴(pen)(pen)氣(qi)(qi)(qi)(qi)發(fa)動機(ji)的(de)(de)(de)結(jie)構由進氣(qi)(qi)(qi)(qi)道、壓氣(qi)(qi)(qi)(qi)機(ji)、燃(ran)(ran)燒(shao)室、渦(wo)輪(lun)和尾噴(pen)(pen)管組成，戰(zhan)斗機(ji)的(de)(de)(de)渦(wo)輪(lun)和尾噴(pen)(pen)管間(jian)還有(you)(you)加(jia)力燃(ran)(ran)燒(shao)室。渦(wo)輪(lun)噴(pen)(pen)氣(qi)(qi)(qi)(qi)發(fa)動機(ji)仍屬(shu)于(yu)熱(re)機(ji)的(de)(de)(de)一(yi)種(zhong)，就(jiu)(jiu)必須遵循熱(re)機(ji)的(de)(de)(de)做(zuo)功(gong)原(yuan)則：在高壓下輸(shu)入能(neng)量，低(di)壓下釋(shi)放(fang)能(neng)量。因此，從產生輸(shu)出能(neng)量的(de)(de)(de)原(yuan)理上講，噴(pen)(pen)氣(qi)(qi)(qi)(qi)式(shi)發(fa)動機(ji)和活塞式(shi)發(fa)動機(ji)是相(xiang)同的(de)(de)(de)，都需要有(you)(you)進氣(qi)(qi)(qi)(qi)、加(jia)壓、燃(ran)(ran)燒(shao)和排(pai)氣(qi)(qi)(qi)(qi)這(zhe)四(si)個(ge)階段，不(bu)同的(de)(de)(de)是，在活塞式(shi)發(fa)動機(ji)中這(zhe)4個(ge)階段是分時依次(ci)進行的(de)(de)(de)，但在噴(pen)(pen)氣(qi)(qi)(qi)(qi)發(fa)動機(ji)中則是連(lian)續進行的(de)(de)(de)，氣(qi)(qi)(qi)(qi)體(ti)依次(ci)流經噴(pen)(pen)氣(qi)(qi)(qi)(qi)發(fa)動機(ji)的(de)(de)(de)各個(ge)部分，就(jiu)(jiu)對應著活塞式(shi)發(fa)動機(ji)的(de)(de)(de)四(si)個(ge)工作位置。

（2）渦輪風扇發動機

這(zhe)種發(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)在渦(wo)(wo)輪(lun)(lun)(lun)噴氣(qi)發(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)的(de)(de)(de)基礎上增(zeng)加(jia)了幾(ji)級渦(wo)(wo)輪(lun)(lun)(lun)，并(bing)由(you)這(zhe)些渦(wo)(wo)輪(lun)(lun)(lun)帶動(dong)(dong)(dong)(dong)一排或(huo)幾(ji)排風扇(shan)(shan)，風扇(shan)(shan)后的(de)(de)(de)氣(qi)流分(fen)(fen)(fen)(fen)為兩(liang)部分(fen)(fen)(fen)(fen)，一部分(fen)(fen)(fen)(fen)進(jin)(jin)入壓(ya)氣(qi)機(ji)(ji)（內涵(han)道(dao)），另(ling)一部分(fen)(fen)(fen)(fen)則不(bu)經過(guo)燃(ran)(ran)燒，直接(jie)排到空氣(qi)中(zhong)（外(wai)涵(han)道(dao)）。由(you)于渦(wo)(wo)輪(lun)(lun)(lun)風扇(shan)(shan)發(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)一部分(fen)(fen)(fen)(fen)的(de)(de)(de)燃(ran)(ran)氣(qi)能(neng)(neng)量被用來帶動(dong)(dong)(dong)(dong)前(qian)(qian)端的(de)(de)(de)風扇(shan)(shan)，因此(ci)降低了排氣(qi)速(su)(su)度(du)，提(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao)(gao)了推進(jin)(jin)效(xiao)率，而(er)且，如(ru)果為提(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao)(gao)熱(re)效(xiao)率而(er)提(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao)(gao)渦(wo)(wo)輪(lun)(lun)(lun)前(qian)(qian)溫度(du)后，可(ke)以通過(guo)調整渦(wo)(wo)輪(lun)(lun)(lun)結(jie)構參數和(he)增(zeng)大風扇(shan)(shan)直徑，使(shi)更多的(de)(de)(de)燃(ran)(ran)氣(qi)能(neng)(neng)量經風扇(shan)(shan)傳(chuan)遞(di)到外(wai)涵(han)道(dao)，就不(bu)會(hui)增(zeng)加(jia)排氣(qi)速(su)(su)度(du)。這(zhe)樣，對于渦(wo)(wo)輪(lun)(lun)(lun)風扇(shan)(shan)發(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)來講，熱(re)效(xiao)率和(he)推進(jin)(jin)效(xiao)率不(bu)再矛盾，只要結(jie)構和(he)材料允許(xu)，提(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao)(gao)渦(wo)(wo)輪(lun)(lun)(lun)前(qian)(qian)溫度(du)總是有利的(de)(de)(de)。航空用渦(wo)(wo)輪(lun)(lun)(lun)風扇(shan)(shan)發(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)主(zhu)要分(fen)(fen)(fen)(fen)兩(liang)類，即(ji)不(bu)加(jia)力式渦(wo)(wo)輪(lun)(lun)(lun)風扇(shan)(shan)發(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)和(he)加(jia)力式渦(wo)(wo)輪(lun)(lun)(lun)風扇(shan)(shan)發(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)。前(qian)(qian)者主(zhu)要用于高(gao)(gao)(gao)(gao)亞音(yin)速(su)(su)運輸機(ji)(ji)，后者主(zhu)要用于殲擊機(ji)(ji)，由(you)于用途不(bu)同(tong)，這(zhe)兩(liang)類發(fa)(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)結(jie)構參數也大不(bu)相同(tong)。

3、渦槳/渦軸發動機

渦(wo)輪(lun)(lun)(lun)(lun)螺(luo)(luo)旋槳(jiang)(jiang)發(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)，簡稱渦(wo)槳(jiang)(jiang)發(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)，由(you)(you)(you)螺(luo)(luo)旋槳(jiang)(jiang)和燃氣發(fa)生器(qi)組成，螺(luo)(luo)旋槳(jiang)(jiang)由(you)(you)(you)渦(wo)輪(lun)(lun)(lun)(lun)帶(dai)動(dong)(dong)(dong)(dong)。由(you)(you)(you)于(yu)螺(luo)(luo)旋槳(jiang)(jiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)直(zhi)徑較大(da)(da)，轉(zhuan)(zhuan)速(su)要遠比渦(wo)輪(lun)(lun)(lun)(lun)低，只有大(da)(da)約1000轉(zhuan)(zhuan)/分(fen)，為(wei)使渦(wo)輪(lun)(lun)(lun)(lun)和螺(luo)(luo)旋槳(jiang)(jiang)都工作在(zai)(zai)正常的(de)(de)(de)(de)(de)(de)范圍內，需要在(zai)(zai)它們之間安裝一(yi)個減速(su)器(qi)，將渦(wo)輪(lun)(lun)(lun)(lun)轉(zhuan)(zhuan)速(su)降至十分(fen)之一(yi)左(zuo)右后，才可驅動(dong)(dong)(dong)(dong)螺(luo)(luo)旋槳(jiang)(jiang)。這種減速(su)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)負荷重(zhong)，結(jie)構復雜，制造成本(ben)高(gao)(gao)，它的(de)(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)量一(yi)般相當于(yu)壓氣機(ji)(ji)和渦(wo)輪(lun)(lun)(lun)(lun)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)總重(zhong)，作為(wei)發(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)整體(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)個部件，減速(su)器(qi)在(zai)(zai)設計、制造和試驗(yan)中占有相當重(zhong)要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)地位(wei)。渦(wo)輪(lun)(lun)(lun)(lun)螺(luo)(luo)旋槳(jiang)(jiang)發(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)螺(luo)(luo)旋槳(jiang)(jiang)后的(de)(de)(de)(de)(de)(de)空氣流就相當于(yu)渦(wo)輪(lun)(lun)(lun)(lun)風扇發(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)外涵(han)道(dao)，由(you)(you)(you)于(yu)螺(luo)(luo)旋槳(jiang)(jiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)直(zhi)徑比發(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)大(da)(da)很多(duo)，氣流量也遠大(da)(da)于(yu)內涵(han)道(dao)，因此這種發(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)實(shi)際(ji)上相當于(yu)一(yi)臺(tai)超大(da)(da)涵(han)道(dao)比的(de)(de)(de)(de)(de)(de)渦(wo)輪(lun)(lun)(lun)(lun)風扇發(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)。由(you)(you)(you)于(yu)涵(han)道(dao)比大(da)(da)，渦(wo)輪(lun)(lun)(lun)(lun)螺(luo)(luo)旋槳(jiang)(jiang)發(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)在(zai)(zai)低速(su)下效(xiao)率(lv)要高(gao)(gao)于(yu)渦(wo)輪(lun)(lun)(lun)(lun)風扇發(fa)動(dong)(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)，但(dan)受到螺(luo)(luo)旋槳(jiang)(jiang)效(xiao)率(lv)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響，它的(de)(de)(de)(de)(de)(de)適用速(su)度不能太高(gao)(gao)，一(yi)般要小于(yu)900km/h。在(zai)(zai)中低速(su)飛機(ji)(ji)或對低速(su)性能有嚴格要求的(de)(de)(de)(de)(de)(de)巡邏(luo)、反潛(qian)或滅(mie)火等類(lei)型飛機(ji)(ji)中的(de)(de)(de)(de)(de)(de)到廣泛應用。