北航-发动机原理第3章1节

1、第一章 发动机的工作原理和总体构造,学习目标 了解发动机的分类 熟悉发动机基本结构与基本术语 熟悉四冲程发动机工作原理 掌握发动机的主要性能指标与特性 了解发动机编号规则,第一章 发动机的工作原理和总体构造,教学内容 1.1发动机的分类1.2发动机基本结构与基本术语 1.3四冲程发动机工作原理1.4发动机的总体构造1.5发动机的主要性能指标与特性 1.6发动机编号规则 本章小结,1.1 发动机的分类,一、分类概况1.发动机将自然界某种能量直接转换为机械能并拖动某些机械进行工作的机器。2.热机 (热力发动机)将热能转化为机械能的发动机，其中。

2、第四节 发动机总体构造,一、四冲程汽油机的一般构造（以东风EQ1090E型汽车为例）,（一）机体组：,包括气缸盖 3、气缸体 11、油底壳 26。有的发动机 将气缸体分铸成上下两部分，上部称为气缸体，下部称为曲轴箱。.,机体的作用是作为发动机各机构、各系统的装配基体，本身许多部分又分比别是各机构、各系统的组成部分。如气缸盖、气缸体上钻的润滑油道是润滑系统的组成部分，气缸盖、气缸体上铸的冷却水套是冷却系统的组成部分等。,此外，气缸盖和气缸体的内壁共同组成燃烧室的一部分。通常，将机体组列入曲柄连杆机构。,（二）曲柄连杆机构。

3、第三章 涡喷发动机,研究涡喷发动机在各种条件下性能的变化影响发动机性能变化的原因:1. 飞行条件2. 油门位置3. 调节规律4. 大气条件,第一节 各部件的共同工作,一、共同工作及共同工作线 各部件组合成整台发动机，部件间的相互作用和影响称为“共同工作”。 各部件必须满足的共同工作条件： 流量连续 压气机与涡轮功率平衡 压气机与涡轮转速相等：nknT 压力平衡：P2*b=P3*,压气机与涡轮流量连续,压气机 进口空气流量涡轮导向器 喉道燃气流量涡轮导向器 当处于临界 或超临界时 q(dx)=1增压比与温比、q(1)的关系,当温度比一定时，发动机流通。

4、汽车发动机原理,点燃式和压燃式内燃机的 工作过程、燃烧理论、性能分析以及参数调控,清华大学 汽车工程系 帅石金 博士,Email: sjshuaitsinghua.edu.cn Phone: 010-62772515,讲课内容,第一篇 动力输出与能量利用 第1章 动力经济性能指标与影响因素 第2章 燃料与工质 第3章 循环分析与能量利用 第4章 换气过程与循环充量 第二篇 燃烧与排放 第5章 燃烧的基础知识 第6章 燃烧过程及混合气形成 第7章 特殊燃烧问题的机理与对策 第8章 有害排放物的生成与控制 第9章 燃烧室与调节参数的优化 第三篇 运行特性与性能调控 第10章 发动机运行特性与。

5、第一章汽车分类和型号编制规则 第二章汽车原理 第三章发动机总体构造及工作原理一、课程内容与考核点第一章汽车分类和型号编制规则1-1 汽车分类:了解汽车分类及代号、汽车总体构造以及汽车主要技术参数。认识汽车对人类的影响及发展。1-2 汽车型号编制规则:了解汽车编号规则和要求。1-3 汽车总体构造:熟悉汽车总体构造和结构组成。第二章汽车原理2-1 了解汽车在道路上行驶的力学原理，认识它所受到的阻力以及它们和汽车发动机所产生的驱动力的关系2-2 正确认识汽车性能以及其最主要的技术指标2-3 汽车的制动性和安全性：了解汽车制动性评。

6、第一章 发动机的工作原理及总体构造,一、汽车发动机的分类,热机 内燃机 活塞式内燃机,1、 燃料种类：汽油机、柴油机、代用燃料发动机,2、 冷却方式：水冷式、风冷式,3、 工作循环：四冲程、二冲程,4、 气缸数：单缸、多缸,5 、进气状态：增压、非增压,6、按活塞运动的方式：往复活塞式和旋转活塞式,二、往复活塞式内燃机的基本结构及术语,1、 基本结构,2、 基本术语,（1） 工作循环（2） 上止点、下止点、活塞行程S、曲柄半径R,（3）气缸工作容积Vs、燃烧室容积Vc、气缸总容积Va、内燃机排量VL,（4） 压缩比,三、四冲程发动机工作原理,四。

7、四、压气机特性,1、特性的意义 压气机在设计状态下具有符合设计要求的增压比和较高的效率。一台设计完成的压气机不可能总在某一特定条件（设计状态）下工作。 当工作条件偏离设计状态时，压气机的增压比、效率会发生变化。 在非设计条件下工作时压气机性能参数（增压比、效率）的变化为特性。,主要参数 增压比：流量： 转速： 多变压缩功： 绝热效率：,引起性能参数变化的原因,外界条件：进气总温、进气总压 工作转速 压气机空气流量,2、压气机特性实验,实验设备（P74） 实验过程 在一定的压力、温度下： 固定转速，改变容积流量 测取进口。

8、 第三节 燃烧室 一、功能及基本性能要求 1、功能 燃料与空气掺混燃烧，将燃料化学能转换为热能。 2、基本性能要求 点火可靠、燃烧稳定 燃烧完全 取决于： umfamagmgb HqhqhqQQ*2*301001fllqqqqfmfmamamf余气系数 l0 1公斤航空煤油完全燃烧所需理论空气量 l0 =14.7kg/s 最恰当油气比： f0 = 1/ l0 = 0.068 = 1: 最恰当油气比 1: 富油状态 1: 贫油状态 00 lqqlqqmfmamfma 2、基本性能要求 压力损失小 摩擦、扩压、掺混、加热热阻 用总压恢复系数描述， 出口温度场要求 尺寸小、重量轻、发热量大 排气污染少 *2*3ppb出口温度场要求 径向：一。

9、第五节 尾喷管,一、功能及设计要求 1、功能 燃气膨胀加速，气流高速排出，产生反作用推力； 调节喷管临界截面积改变发动机工作状态； 推力换向。 2、设计要求 流动损失小 尽可能完全膨胀 排气方向尽可能沿所希望的方向 根据需要，截面积几何尺寸可调 噪音低,反推装置,垂直/短距起降喷管推力矢量喷管,苏-27眼镜蛇机动动作,F119,矢量喷管,EJ200,矢量喷管,F100-PW-229,矢量喷管,苏-37特技飞行,苏-37特技飞行,二维收-扩矢量喷管特点,提高机动性与操纵性 减少飞机尾部阻力 缩短 STOL 距离 降低红外、雷达信号特征 可用大角度俯冲，提高投射武器。

10、第四节 进气道,一、功能、设计要求 1、功能 引入空气 高亚音或超音速飞行时减速 2、设计要求 损失小（内流、外阻） 工作稳定性好 高流通能力 出口流场尽量均匀 温度畸变 压力畸变,3、位置 亚音飞机：短舱、尾部等 超音飞机：头部、机身两侧、翼根、腹部等。4、分类 亚音 超音,二、亚音进气道,1、结构形式皮托管式 2、流动模型流量系数 大小决定于飞行M数和发动机工作状态0 为适应 的变化，减少分离，具有钝圆形唇口。,三、 超音速进气道,三、超音速进气道,1、气动设计原理利用激波的性质，设计为多波系结构，即先利用损失小的斜激波，逐步。

11、第二章,发动机部件工作原理,第一节 压气机工作原理,一、功能、要求及分类 功能 对气流进行压缩,提高压力。 设计要求 流通能力强、效率高、稳定、重量轻 分类 离心式 轴流式,离心式压气机,轴向进气，径向排气 离心增压 优点： 结构简单、零件少 级增压能力强(6-12) 性能稳定 轴向尺寸短 缺点： 效率 低，迎风面大 适合：小推力级,轴 流 式 压 气 机,轴向进气，轴向排气 优点：流通能力强、径向尺寸小、效率高 缺点：结构复杂、级增压能力小、轴向尺寸长、零件多 适合：高推力级、高速飞行飞机发动机,二、轴流压气机增压原理,多级组成，每一。

12、第二节 涡轮工作原理,一、功能、工作环境、设计要求及组成 功能 将燃气的内能转换为机械能并对外输出功率， 带动压气机(风扇)、螺旋桨、旋翼(尾桨)等。 工作环境 高温: 热负荷(1600-1950K) 高速转动: 离心负荷 高气动负荷: 气动力、气动力矩 轴负荷： 传递巨大的扭矩 设计要求 提供所需功率、效率高、耐高温、高强度、重量轻 耐高温的高强度材料 冷却,组成,静子（导向器） 静子叶片 内、外环 转子 工作叶片 盘 轴 排列方式静子在前转子在后,基元级平面叶栅,二、工作原理,高温高压气体在导向器中膨胀加速热焓 动能高速气流冲击工作叶轮，使。

13、第四节 能量转换与效率,一、能量转换,航空发动机是（热机+推进器）的组合体 热机热能 机械能 热效率 推进器机械能 推进功 推进效率 组合体热能 机械能 推进功 总效率,二、热效率,定义热能q0 机械能 W 加入燃烧室的燃油流量 qmf qmf完全燃烧释放的热量Q0 燃油低热值 Hu 对1公斤工质加热量q0 燃油燃烧实际释放的热量q1 燃烧效率 b,每秒钟流过发动机的1公斤工质的能量守恒方程对涡喷发动机而言：Wk=WT “热损失”部分 （1）不完全燃烧 1-2% （2）壁面散热qout 2% （3）排热损失Cp(T9 -T0) 55-75% th = 0.25 0.35 q0 W=(V92 - V02)/2 产生推力。

14、第五章 涡轮螺桨和涡轴发动机,组成及工作过程 涡桨发动机：螺旋桨、减速器、进气道、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管,涡轴发动机：,进气道、压气机、燃烧室、涡轮、自由涡轮、尾喷管,涡轮螺桨发动机工作原理,同参数条件下热力循环与涡喷相同，热效率相同； 将热机获取机械能中的绝大部分转换为涡轮功（95%），少部分转换为动能增量，排气速度低，减小余速损失； 涡轮输出功率带动螺旋桨高速旋转，使通过桨叶的气流加速，气流对叶片产生反作用力而使桨叶产生巨大的拉力。,涡轮轴发动机工作原理,同参数条件下热力循环与涡喷相同，热效率相同；。

15、第四章 涡轮风扇发动机,涡喷发动机在低速飞行条件下推力小,经济性差 涡喷发动机为提高热效率，将燃气发生器的可用能量全部转换为气体的动能增量，进、排气速度差大，推进效率低。 能否在不降低发动机热效率的条件下，提高推进效率，改善低速飞行条件下的总效率？,两种类型 分开排气 混合排气,第一节 基本工作原理,分开排气涡扇发动机 组成： 进气道、 风扇、 压气机、 燃烧室 、涡轮、 外涵道、 内、外涵尾喷管。 工作过程 I 内涵 II外涵 风扇功能及工作原理与压气机相同 F = FI+FII,混合排气涡扇发动机 组成：进气道、 风扇 、压气机、 。

16、第四节 加力涡轮喷气发动机,加力发动机在最大状态工作产生最大推力的基础上，再增加推力。 方法 喷液加力 复燃加力,一、喷射液体加力,在压气机进口或燃烧室中喷入易蒸发的液体（水+甲醇） 压气机进口喷水加力的工作原理：喷入的液体吸收气流中热而蒸发，将气体的吸热（熵增）压缩过程变为放热（熵减）压缩过程，在压缩功不变的条件下可以获得更高的压气机增压比。增压比增加，空气流量增加，排气速度增加 ，推力增加。,S,h,压缩功,P1*,P2*喷水,P2* 理想,P2*不喷水,推力增加程度正比于喷水量 优点 加力效果明显 经济性好 缺点 用水量大 腐。

17、第二节 发动机特性,发动机特性发动机性能参数(F，SFC)随飞行条件(Ma，H)以及发动机油门位置的变化关系。 重要意义飞机的飞行性能与发动机特性密切相关。 特性包括 油门特性：给定飞行条件和调节规律，性能随油门位置的变化； 速度特性：给定油门、调节规律和飞行高度，性能随飞行马赫数的变化； 高度特性：给定油门、调节规律和飞行速度，性能随飞行高度的变化； 过渡状态特性：启动、加速、减速等过程性能变化。,发动机特性与飞行性能关系,右图表示某一飞行高度发动机推力与飞机需用推力随飞行马赫数的变化 交点决定最大飞行马赫数 差值。

18、第三章 涡喷发动机,研究涡喷发动机在各种条件下性能的变化影响发动机性能变化的原因:1. 飞行条件2. 油门位置3. 调节规律4. 大气条件,第一节 各部件的共同工作,一、共同工作及共同工作线 各部件组合成整台发动机，部件间的相互作用和影响称为“共同工作”。 各部件必须满足的共同工作条件： 流量连续 压气机与涡轮功率平衡 压气机与涡轮转速相等：nknT 压力平衡：P2*b=P3*,压气机与涡轮流量连续,压气机 进口空气流量涡轮导向器 喉道燃气流量涡轮导向器 当处于临界 或超临界时 q(dx)=1增压比与温比、q(1)的关系,当温度比一定时，发动机流通。