第3章 飞行器的动力系统

飞行器动力系统飞行器的心脏

主 要 内 容3.1 发动机的分类及特点 3.2 活塞式发动机 3.3 空气喷气发动机 3.4 火箭发动机 3.5 组合式发动机 3.6 非常规推进系统

3.1 发动机的分类及特点 飞行器发动机的种类很多，其用途也各不相同。通常可以按发动机产生 推力原理的不同和发动机工作原理的不同将发动机分为如下4大类，如 图示。

不同类型的发动机由于其结构和产生推力的原理的不同，适合不同的速 度和高度范围，如图3—2所示列出了各类发动机的适用范围情况。

3.2 活塞式航空发动机 3.2.1 活塞式发动机的主要组成

1—气缸；2-活塞；3-进气门；4-进气阀；5-排气门； 6-排气阀；7-连杆；8-曲轴

3.2.2 活塞式发动机的工作原理活塞发动机一般都用汽油作为燃料，它的每一循环包括四个行程 (即活塞在气缸中上下运动各两次),即进气行程、压缩行程、膨胀行 程和排气行程，如图3—3所示。 在进气行程，活塞从上死点运动到下死点，进气活门开放而排气活 门关闭，雾化了的汽油和空气的混合气体被下行的活塞吸人气缸内。 在压缩行程，活塞从下死点运动到上死点，进气活门和排气活门都关 闭，混合气体在气缸内被压缩.在上死点附近，由装在气缸头部的火 花塞点火。在膨胀行程，混合气体点燃后，具有高温高压的燃气开始 膨胀，推动活塞从上死点向下死点运动。在此行程，燃烧气体所蕴含 的内能转变为活塞运动的机械能，并由连杆传给曲轴，成为带动螺旋 桨转动的动力。所以膨胀行程也叫做功行程。在排气行程，活塞从下 死点运动到上死点，排气活门开放，燃烧后的废气被活塞排出缸外。 当活塞到达上死点后，排气活门关闭，此时就完成了四个行程的循环。

两种典型的冷却方式：

3.2.3 活塞式发动机的辅助系统(1)进气系统 进气系统内常装有增压器来增大进气压力，以此改善高空性能。 (2)燃料系统 燃料系统由燃料泵、气化器或燃料喷射装置等组成。燃料泵将汽油压人气化 器，汽油在此雾化并与空气混合进入气缸。 (3)点火系统 点火系统由磁电机产生的高压电在规定的时间产生电火花，将气缸内的混合 气体点燃。 (4)冷却系统 发动机内燃料燃烧时产生的热量除转化为动能和排出的废气所带走的部分内 能外，还有很大一部分传给了气缸壁和其他有关机件。冷却系统的作用就是将 这些热量散发出去，以保证发动机的正常工作。 (5)启动系统 将发动机发动起来，需要借助外来动力，通常用电动机带动曲轴转动使发动 机动。 (6)定时系统 定时系统是由曲轴带动凸轮盘推动连杆和摇臂，定时将进气活门和排气活

门 开启和关闭的系统。

3.2.4 航空活塞式发动机主要性能指标活塞式发动机的主要要求是重量轻、功率大、尺寸小 和耗油省等，因此活塞式发动机的主要性能指标有以下几 个。

(1)发动机功率 (2)功率重量比 (3)燃料消耗率

3.3 空气喷气发动机 3.3.1 空气喷气发动机的主要性能参数(1)推力 (2)单位推力

(3)推重比(4)单位耗油率

3.3.2 燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机是目前应用最广泛的航空发动 机，它主要由压气机、燃烧室和涡轮组成。按核心 机出口燃气可用能量的利用方式不同，燃气涡轮发 动机分为涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮 螺桨发动机、涡轮桨扇发动机、涡轮轴发动机和垂 直起落发动机等。

涡轮喷气发动机

(1)进气道系统 功用：是整理进入发动机的气流，消除 旋涡，保证在各种工作状态下都能供给发 动机所需要的空气量。尤其是在高速飞行 的情况下，要通过进气道将高速气流的速 度逐渐降下来，尽量将气流的动能转变为 压力势能，然后再进入压气机，保证压气 机有良好的工作条件。 分类：根据飞机飞行速度的不同，进气 道可分为亚声速进气道和超声速进气道。

(2)压气机 功用：提高进入发动机燃烧室的空气压 力。它是利用高速旋转的叶片对空气做功 的。 分类：压气机有离心式和轴流式两种类型。