時(shí)間：2017-10-23 20:31來(lái)源：超天才網(wǎng) 作者：中國(guó)航空
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縱觀航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展史，第一代發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)疑是活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其在兩次世界大戰(zhàn)中發(fā)揮了重要的作用，在戰(zhàn)爭(zhēng)的刺激下其技術(shù)不斷成熟，在當(dāng)時(shí)的航空動(dòng)力中占絕度的主導(dǎo)地位，戰(zhàn)后燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的問(wèn)世逐漸取代了活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，導(dǎo)致了噴氣時(shí)代開始，在技術(shù)的不斷發(fā)展下，推出了渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)，其各自在不同時(shí)期和不同的飛行領(lǐng)域發(fā)揮著作用，使航空器的飛行性能不斷提升。 一、活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)代
對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，不得不提的第一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)也就是活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，其工作原理是活塞承受燃?xì)鈮毫υ跉飧變?nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)連桿將這種運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。1903年，萊特兄弟把一臺(tái)4缸、水平直列式水冷發(fā)動(dòng)機(jī)改裝之后，成功地用到他們的“飛行者一號(hào)”飛機(jī)上進(jìn)行飛行試驗(yàn)。它是人類歷史上第一次有動(dòng)力、載人、持續(xù)、穩(wěn)定、可操作的重于空氣的飛行器成功飛行。
之后由于戰(zhàn)爭(zhēng)的需求，航空業(yè)蓬勃發(fā)展，在兩次世界大戰(zhàn)之間，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)在技術(shù)方面也在不斷的發(fā)展和創(chuàng)新，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和效率。在兩次世界大戰(zhàn)的推動(dòng)下，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能提高很快，單機(jī)功率從不到10 kW增加到2500 kW左右，耗油率從約0.50 kg/(kW·h)降低到0.23~0.27 kg/(kW·h)。翻修壽命從幾十小時(shí)延長(zhǎng)到2000~3000h。到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時(shí)，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)成熟，以它為動(dòng)力的螺旋槳飛機(jī)的飛行速度從16km/h提高到近800 km/h，飛行高度達(dá)到15000英尺�？梢哉f(shuō)，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)達(dá)到其發(fā)展的頂峰。但由于其工作原理和結(jié)構(gòu)的限制，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法做高空和超聲速飛行。
 燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)代
從第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束至今。航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)取代了活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，開創(chuàng)了噴氣時(shí)代，居航空動(dòng)力的主導(dǎo)地位。在技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)、槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)在不同時(shí)期在不同的飛行領(lǐng)域內(nèi)發(fā)揮著各自的作用，使航空器性能跨上一個(gè)又一個(gè)新的臺(tái)階。對(duì)于上述類型的發(fā)動(dòng)機(jī)，不得不提到的一個(gè)概念就是涵道比，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)外進(jìn)氣道與內(nèi)進(jìn)氣道空氣流量的比值被稱為涵道比。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比相當(dāng)于0，渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比相當(dāng)于∞，而渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比在兩者之間。
 發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)外涵道示意圖
涵道比高的發(fā)動(dòng)機(jī)，大部分動(dòng)力來(lái)自于由風(fēng)扇吸入并加速的空氣從外進(jìn)氣道排出產(chǎn)生的推力。這種發(fā)動(dòng)機(jī)往往外進(jìn)氣道較短，內(nèi)進(jìn)氣道的尾氣不與外進(jìn)氣道混合，而由噴嘴單獨(dú)排出。大涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)在次音速時(shí)有非常好的能效，并有耗油率低、噪聲小的特點(diǎn)，通常廣泛用于大型民用客機(jī)、運(yùn)輸機(jī)和戰(zhàn)略轟炸機(jī)以及其他大型亞聲速飛機(jī)如加油機(jī)、預(yù)警機(jī)和反潛機(jī)等。
涵道比低的發(fā)動(dòng)機(jī)，大部分動(dòng)力來(lái)自驅(qū)動(dòng)核心機(jī)的內(nèi)進(jìn)氣道尾氣這種發(fā)動(dòng)機(jī)通常采用混合噴嘴，即內(nèi)進(jìn)氣道尾氣在于外進(jìn)氣道氣流混合后再行排出。渦扇相比渦噴，在發(fā)動(dòng)機(jī)前端多了兩級(jí)葉片，用來(lái)吸入冷空氣，用于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)外側(cè)降溫，形成一個(gè)冷氣壁，從而提高效率降低油耗。混合噴嘴可以變形以調(diào)整推力的大小甚至方向，而高溫的尾氣經(jīng)外進(jìn)氣道氣流降溫后，也有利于降低發(fā)動(dòng)機(jī)的紅外特征。某些小涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)還配有后燃器，可以以高油耗為代價(jià)，獲得更大的推力。小涵道比發(fā)動(dòng)機(jī)可以用于超音速飛行，通常用于戰(zhàn)斗機(jī)。
當(dāng)代軍用加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比為0.3-1.0，民用大涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比已達(dá)6-9，并有進(jìn)一步增大的趨勢(shì)。
1、渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)
渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是完全依賴燃?xì)饬鳟a(chǎn)生推力。通常用作高速飛機(jī)的動(dòng)力，分為離心式與軸流式兩種。戰(zhàn)后，美、蘇、法通過(guò)買專利，或借助從德國(guó)取得的資料和人員，陸續(xù)發(fā)展了本國(guó)第一代渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。其中，美國(guó)通用電氣公司的J47軸流式渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)和蘇聯(lián)克里莫夫設(shè)計(jì)局的RD-45離心式渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的推力都在2650daN左右，推重比為2~3，它們分別在1949年和1948年裝在F-86和米格-15戰(zhàn)斗機(jī)上服役。在朝鮮戰(zhàn)爭(zhēng)期間，這兩種飛機(jī)展開了殊死的空戰(zhàn)。 20世紀(jì)50年代初，加力燃燒室的使用使發(fā)動(dòng)機(jī)在短時(shí)間內(nèi)能夠大幅度提高推力，為飛機(jī)突破聲障提供足夠的推力。典型的發(fā)動(dòng)機(jī)有美國(guó)的J57和蘇聯(lián)的RD-9B，它們的加力推力分別為7000daN和3250daN，推重比各為3.5和4.5。它們分別裝在超聲速的單發(fā)F-100和雙發(fā)米格-19戰(zhàn)斗機(jī)上。
 渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖
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