涡轮螺旋桨发动机 （WJ）
特征：
不直接产生推力，通过减速器带动螺旋桨；
螺桨转速不变，桨角变化，得到不同推力；
发动机在高亚音飞行时，热力效率高；
用于低速运输机及轻型飞机。
Shanghai Jiao Tong University
涡轮螺旋桨发动机 （WJ）
涡轮螺桨发动机结构简图
Shanghai Jiao Tong University
Shanghai Jiao Tong University
尾喷管
尾喷管内部：后燃器的火焰环
典型的扩散-收敛型喷管
SU-27 尾喷管
Shanghai Jiao Tong University
国产涡喷-7发动机及剖视图
Shanghai Jiao Tong University
加力燃烧室
加力燃烧室
装在涡轮后，短期供入燃油燃烧, 使排气温度 、速度增加，增加发动机推力。
Shanghai Jiao Tong University
进气道
作用、 结构、 工作特点
防止外物打伤；防冰
Shanghai Jiao Tong University
辅助系统
起动系统
燃油系统
润滑系统
防冰系统
防火系统
Shanghai Jiao Tong University
提纲
航空发动机的发展历史
Shanghai Jiao Tong University
发动机的推力
气流在发动机进、出口的变化
进气速度为零，排气速度大增
根据牛顿第三定律，这股流过发动机的气流产 生发动机的推力。
Shanghai Jiao Tong University
提纲
航空发动机的发展历史
活塞式
喷气式
航空发动机的主要结构 航空发动机推力的产生原理 影响推力的因素 航空发动机性能指标 典型军、民用涡扇发动机
活塞式发动机固有的缺陷
功率与重量的矛盾
发动机功率与飞行速度的三次方成正比
发动机功率的增加，将导致发动机重量迅速增 大（接近三次方关系）
螺旋桨的局限
接近音速时，导致螺旋桨工作不稳定，推进效 率急剧下降
“音障”的出现
Shanghai Jiao Tong University
喷气推进原理
原理
牛顿第三定律 -- 作用力等于反作用力 喷气发动机在工作时，从前端吸入大量的空气 ，燃烧后高速喷出。在此过程中，发动机向 气体施加力，使之向后加速，气体也给发动 机一个反作用力，推动飞机前进。
航空发动机的工作原理
航空燃气涡轮发动机仍属于热机的一种；从产生 、输出能量的原理上讲，燃气涡轮发动机和活塞 发动机是相同的。都需要有进气、压缩、燃烧和 排气这四个阶段。
核心机 压气机 燃烧室 燃气涡轮
Shanghai Jiao Tong University
分类依据
在航空燃气涡轮发动机中，进入发动机的 空气经压气机压缩后，流入燃烧室与喷入 的燃油混合后燃烧，形成高温高压的燃气 ，在进入燃气涡轮中膨胀做功，使涡轮高 速旋转并输出功率。 由燃气涡轮出来的燃气，仍具有一定的能 量，正是这股具有能量的燃气，才产生了 发动机的推力或输出功率。利用这股燃气 能量的方式不同，就相应地产生了不同类 型的燃气涡轮发动机。
活塞式发动机时期
早期飞机动力源问题的解决过程
飞机动力源问题未解决导致屡次飞行失败
使用蒸气机作为动力源，质量过重
1810年，英国科学家凯利发现了飞行原理 1876年，德国工程师奥托试制成热效率高于蒸 汽机的四冲程煤气内燃机 人们试图采用内燃机作为飞机飞行的动力源
Shanghai Jiao Tong University
到40年代末,活塞发动机达到了发展的顶峰
Shanghai Jiao Tong University
活塞式发动机的优点
经济性较好：不但耗油率低，而且单位功 率的售价低； 燃烧较完全，所以对环境的污染相对较小 ；
噪音较小。 目前，活塞式航空发动机仍广泛地应用于 小型低速飞机。
Shanghai Jiao Tong University
Shanghai Jiao Tong University
航空燃气涡轮发动机
航空燃气涡轮发动机有四种基本类型
涡轮喷气发动机
涡轮风扇发动机
涡轮螺桨发动机 涡轮轴发动机 地面燃气轮机（船、舰用燃气轮机）
这些发动机中都有压气机、燃烧室和燃气 涡轮，因此统称燃气涡轮发动机。
Shanghai Jiao Tong University
涡轮
作用：
燃气膨胀作功驱动压气机
组成：
静子 转子
特点：
高温、高转速
涡轮前燃气温度—影响发动机性能好坏的 一个重要参数
Shanghai Jiao Tong University
涡轮
燃气涡轮在高温高压燃 气的作用下高速旋转， 将燃气中的部分热能和 压力能转换成机械功， 带动压气机和附件工作 。航空燃气涡轮功率大 ，效率高，转速快，燃 气温度高，所以工作条 件十分恶劣。
EJ200
用于欧洲战斗机EF-2000的EJ200涡轮风扇发动机
由图中可以看出，加力燃烧室的长度比风 扇、高压压气机、燃烧室、高/低压涡轮几个 部件加起来还要长一些
Shanghai Jiao Tong University
涡轮螺旋桨发动机 （WJ）
安－70超大型运输机
Shanghai Jiao Tong University
Shanghai Jiao Tong University
燃气发生器（核心机）
燃气发生器由压气机、燃烧室和燃气涡轮 （简称涡轮）所组成。 燃气发生器用于提供高压、高温的燃气。 燃气发生器又称发动机的核心机。
Shanghai Jiao Tong University
压气机
带有离心式流压气机的涡轮喷气发动机
涡轮风扇发动机-(WS)
Shanghai Jiao Tong University
涡轮风扇发动机的涵道比
Shanghai Jiao Tong University
CFM56
Shanghai Jiao Tong University
F-404发动机
Shanghai Jiao Tong University
涡轮轴发动机 （WZ）
带有两级减速器；用于直升飞机上
Sikorsky UH-60L Black Hawk
Boeing AH-64D Apache Longbow
Shanghai Jiao Tong University
涡轮轴发动机 （WZ）
MTR390
慕尼黑涡轮联合公司/透博梅卡 /罗罗
Shanghai Jiao Tong University
活塞式
喷气式
航空发动机的主要结构 航空发动机推力的产生原理 影响推力的因素 航空发动机性能指标 典型军、民用涡扇发动机
Shanghai Jiao Tong University
航空发动机推力的产生原理
The earliest known example of jet reaction is that of Hero’s engine (fig. 1-4) produced as a toy in 120 B.C.
轴流压气机
压气机工作叶片
轴流压气机的转子和静子
Shanghai Jiao Tong University
4.涡轮喷气发动机—燃烧室
作用、特点、构造
Shanghai Jiao Tong University
燃烧室
主要包括：喷嘴、涡流器、火焰筒等
Shanghai Jiao Tong University
活塞式发动机
Shanghai Jiao Tong University
螺旋桨型式
Shanghai Jiao Tong University
活塞式发动机时期
活塞式发动机的发展
飞机用于战争目的推动航空蓬勃发展
早期液冷式、气冷发动机
两次世界大战推动发动机的性能提高：
单机功率从不到10 kW增加到2500 kW左右 螺旋桨飞机的V从16km/h提高到近800 km/h 飞行高度达到15000 m
Shanghai Jiao Tong University
涡轮
燃气在涡轮叶片中流动
48
Shanghai Jiao Tong University
涡轮叶片
涡 轮 叶 片 散 热
Shanghai Jiao Tong University
4.涡轮喷气发动机—尾喷管
作用：
燃气膨胀以高速 (550-600 米/秒) 喷出
喷气发动机与活塞式发动机对比
1)活塞式发动机只是热机，本身不能产生推力，只能从轴上输出功率带 动螺旋桨，由螺旋桨产生推力，所以螺旋桨称为推进器。涡轮喷气 发动机既是热机又是推进器； 2)在一定的飞行速度范围内，随着飞行速度的增加，涡轮喷气发动机产 生的推力增加，因为进入发动机的空气质量流量随着飞行速度的增 加而增加，因此涡轮喷气发动机适于高速飞行； 3)活塞式发动机工作时，只有一个行程对外作功；而燃气轮机工作时， 空气是连续不断地被吸入，作功是连续进行的，因而涡轮喷气发动 机有更大地功率输出； 4)活塞式发动机是往复机械，惯性力大，故转速不能太大；涡轮喷气发 动机是旋转机械，转速可以较高； 5)活塞式发动机的燃烧过程在封闭的空间中进行，燃烧过程中气体的压 力和温度急剧地上升，必须采用笨重的汽缸；涡喷发动机地燃烧过 程在开口的空间进行，燃烧过程基本上是等压的，燃烧室结构轻巧 ； 6)与活塞式发动机相比，涡喷发动机最大的缺点是经济性差。
涡轮喷气发动机-(WP)
Shanghai Jiao Tong University