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航空发动机与航天发动机有什么区别?哪个难度更高?

作者:Anita 发布时间: 2022-06-17 15:35:28

简介:】客机用的航空发动机一般都是涡扇式喷气机发动机,而航天发动机通常使用一次性的火箭。相比而言,航空发动机难度更大一点,例如航空发动机既要追求高性能,又要兼顾长寿命,需要满足“

客机用的航空发动机一般都是涡扇式喷气机发动机,而航天发动机通常使用一次性的火箭。相比而言,航空发动机难度更大一点,例如航空发动机既要追求高性能,又要兼顾长寿命,需要满足“体积小、重量轻、寿命长、可重复使用”等要求。例如航空发动机需要在高温环境下连续工作1万小时以上,而火箭则可以在关键的高温处加装一次性隔热材料即可。我国CCAR 33部《航空发动机适航规定》提到:危害性发动机后果的预期发生概率不超过定义的极小可能概率(概率范围是10-7~10-9次/发动机飞行小时)。1950年代时,钱学森回国,再一次高级别会议上讨论了一个重大战略问题,中国到底是先搞火箭还是优先发展飞机?钱老的意见是优先发展火箭而不是飞机。因为一代飞机的研发周期通常是10~15年,还需要大量电子元器件的配套,而且飞机需要反复使用,各部件的可靠性必须有保障,其中最关键的就是航空发动机。而火箭则不同了,一次性就能满足需求,根据系统工程原理,将普通的部件组合起来也能达到好的效果。

航空发动机的难度主要体现在性能要求高、材料制备难和加工技术复杂等方面。推重比决定了航空发动机性能,因此想要提高推重比,就要提高涡轮前燃气温度和吸入空气流速,第五代发动机涡轮前温高达1400~1600℃和30~50倍大气压压强下工作。因此对新材料也提出了更高要求。20 世纪 80 年代中期与后期投入使用的发动机,到 90 年代后期的空中停车率已降低到 0.01~0.05 (有些发动机达到 0.001 ),即空中停车次数已由每 3 千 EFH 出现一次降低到每 2 万 EFH 到 10 万 EFH 才出现一次。

数十年前面临的问题,现在看来这个问题仍然存在,我国的火箭水平的确是世界一流的,但是航空发动机还不行。我们已经深刻认识到航发的重要性,并在2016年5月成立中国航空发动机集团公司,专门攻克这个制约我国航空水平的核心问题。

航空发动机难度高。

航天发动机是火箭用的,一般一次性使用,而且采用直接喷射的方式。

航空发动机不一样,是燃烧高温产生气体推进,必须重复使用。要求高。

飞机发动机的原理是怎样的?

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航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械,为航空器提供飞行所需动力的发动机。作为飞机的心脏,被誉为“工业皇冠上的明珠”,是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。航空发动机发展主要经历以下步骤:

航空发动机主要包括活塞式、涡轮喷气和冲压发动机,下面主要介绍一下应用广泛的涡轮喷气发动机原理。

涡轮喷气发动机主要包括5大部件:进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管。

附件系统包括燃油、润滑、启动、空气、电气、加力燃烧室,推力转向装置以及矢量喷管等系统:

工作原理涡喷发动机工作时连续不断地吸入空气,空气在发动机中经过压缩、燃烧和膨胀过程产生高温高压燃气从尾喷管喷出,气体动量增加,使发动机产生反作用推理。

工作过程进气道将工质引入→压气机增压→燃烧室喷油燃烧加热→涡轮膨胀做功带动压气机→尾喷管膨胀加速→高速排气到体外。

各部件主要工作原理如下:进气道将足够的空气量,以最小的流动损失顺利地引入压气机;当飞行速度大于压气机进口处的气流速度时,可以通过冲压压缩空气,提高空气的压力。

压气机压气机是用来提高进入发动机内的空气压力,供给发动机工作时需要的压缩空气,也可以为座舱增加、涡轮散热和其他发动机的启动提供压缩空气。主要由转子和静子组成。

燃烧室高压空气和燃油混合、燃烧,将化学能转变为热能,形成高温高压的燃气。燃烧室都是由扩压器、壳体、火焰筒、燃油喷嘴和点火器等基本构件组成。

涡轮把高温、高压燃气的部分热能、压力能转变成旋转的机械功,从而带动压气机与其他附件工作的旋转部件。

尾喷管使气流不断加速的管道成为喷管,作用是使涡轮后的燃气持续膨胀,将燃气中剩余的热能充分转变为动能,使燃气以高速从喷口中喷出。

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飞机使用的发动机具有多种类型,不同类型的发动机工作原理并不相同。目前主要的飞机发动机包括活塞发动机、涡轮喷气(简称“涡喷”)发动机、涡轮螺旋桨(简称“涡桨”)发动机、涡轮风扇(简称“涡扇”)发动机、涡轮轴发动机(简称“涡轴”)、冲压喷气发动机和火箭发动机。

活塞发动机是历史最为悠久的飞机发动机。航空活塞发动机与车用活塞发动机的原理基本没有差别,主要区别在于车用活塞发动机带动的是车轴,而航空活塞发动机带动的是桨叶,并通过桨叶转动产生拉力使飞机获得向前飞行的速度。

涡喷、涡桨、涡扇可以说是“一门三兄弟”,三者的共通性在于都具有进气道、压气机、燃烧室与涡轮、喷管,部分还具有加力燃烧室。三者的区别在于涡桨发动机具有减速齿轮和螺旋桨,而涡扇发动机比涡喷发动机增加一到两级低速涡轮。从工作原理来说,三者都是吸入空气后进行加压、燃烧并排气,但涡扇和涡喷为通过喷管产生推力推动飞行器飞行,而涡桨则是驱动螺旋桨拉动飞行器向前飞行(这一点与活塞发动机相同)。

涡轴发动机在结构和工作原理上与涡桨发动机基本雷同,同一种核心机能够发展出相同功率级别的涡桨发动机和涡轴发动机。所不同的是,涡轴发动机具有自由涡轮,可以通过自由涡轮带动传动机构,并带动旋翼旋转产生升力。涡轴发动机是直升机的标准动力装置,目前世界各国的直升机除少数采用活塞发动机外,绝大多数都是涡轴发动机动力。

冲压发动机是高空高速飞行器动力装置的标配。与涡轮发动机相比,冲压发动机的结构要简单得多,仅具有进气道、扩压器、燃烧室和喷管,工作时吸入空气高速冲入发动机致使压力上升,在压力达到一定数值后喷入燃料并与高温空气混合燃烧、形成燃气由喷管喷出形成推力。由于冲压发动机难以在低速条件下启动和工作,因此冲压发动机一般与其他类型的航空发动机配合使用。

火箭发动机在结构和工作原理上与运载火箭或导弹使用的火箭发动机基本相同。火箭发动机具有燃烧室和喷嘴,工作时燃料和氧化剂注入燃烧室进行燃烧并产生燃气,通过喷嘴排出产生推力。一般来说,火箭发动机仅用作高速飞行器或导弹的动力装置,如美国的X-15高空高速试验机即采用火箭发动机,大部分空空导弹也采用火箭发动机。另外,在常规起降飞机需要短距起飞时,也可以挂装助推火箭加快起飞速度。

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