关于航空发动机的一些基础知识

航空发动机是军用飞机推进系统的核心部件，经过漫长的发展，航空发动机已经发展了多个种类。航空发动机与燃油系统、起动系统、点火系统、防护系统、润滑系统一同构成了军用飞机的航空推进系统。
航空发动机是为飞机提供升力和推力的推进装置，种类繁多、形式多样。众所周知，推进系统若想产生推力，就必须有能源和工质。可利用的能源有化学能、太阳能、核能。目前，航空推进系统使用的能源主要为化学能，依靠的工质主要为空气。航空发动机的工作的依据是牛顿的作用力和反作用力相等的原理。在飞机飞行的过程中，航空推进系统依靠空气沿飞机飞行的相反方向加速流动，从而为航天器提供一个反作用的推力。
航空发动机的分类方法有很多。按照工作原理来分，可分为直接反作用推进发动机和间接反作用推进发动机。直接反作用推进发动机的工作原理为依靠发动机直接将空气加速，从而产生反作用力而产生推力。间接反作用推进发动机需要依靠螺旋桨、旋翼等专用的推进装置来产生推力。直接反作用推进发动机包括冲压式发动机、涡轮喷气式发动机、涡轮风扇式发动机。间接反作用推进发动机包括活塞式发动机、涡轮螺旋桨式发动机、涡轮轴式发动机和桨扇发动机。
按照发动机的工作原理和基本构造，又可分为活塞式发动机和喷气式发动机。活塞式发动机主要依靠活塞做往复运动来使燃料的化学能转化为热能，从而为飞机提供动力。活塞式发动机由活塞、气缸、进排气门、进排气阀、连杆和曲轴组成。按照气缸的排列形式，可分为直列式发动机和星列式发动机，直列式发动机有V形和水平对置形。按照冷却原理，可分为气冷式和液冷式。按照供油方式，可分为汽化器式和直接注射式。活塞发动机的进气、压缩、燃烧和排气在同时空间内不同的时间内进行。现代航空活塞式发动机多为水平对置形、直接注油的气冷式发动机。活塞式发动机最早诞生于1903年。莱特兄弟在其制作的第一架飞机上采用了活塞式发动机。该型发动机全重7.7公斤，功率只有8.8千瓦，功重比为0.13千瓦/千克。经过第一次世界大战的飞速发展，活塞式发动机的功率已经提高到313千瓦，功重比达到0.77千瓦/千克。活塞式发动机的发展提高了作战飞机的性能，使作战飞机的时速从100公里升至200公里。活塞式发动机的代表型号有第二次世界大战期间英国的梅林式发动机，该型发动机装备于飓风、野马和喷火式战斗机上；美国普惠公司的黄蜂发动机，该型发动机曾装备于美国陆军B24型轰炸机。第二次世界大战结束后，活塞式发动机逐渐退出一线。人类进入喷气时代。目前，活塞式发动机只装备于一些民用飞机和对速度要求不高的飞机，如无人机。
喷气式发动机是20世纪50年代逐渐进入到应用领域的。早在第二次世界大战期间，一些国家就曾经发明了喷气式发动机。1937年的英国和1939年的德国将涡轮喷气式发动机成功的运用到了E28/29飞机和He178飞机上，从此开辟了人类的喷气时代。按照工作原理来分，喷气式发动机可分为冲压式喷气发动机和燃气涡轮式发动机。
冲压式喷气发动机没有压气机和涡轮，工作是直接依靠高速迎面的气流流入发动机来实现增压。它由进气道、燃烧室和尾喷管组成。冲压式发动机的构造简单、适于高速飞行，飞行速度达到3马赫以上后经济适用。缺点是本身没有自行启动能力，需要其它的辅助推进装置。冲压式喷气发动机通常应用于导弹和靶机，不在一线军用飞机上使用。
燃气涡轮发动机是装有压气机和涡轮的发动机，它由压气机、进气道、燃烧装置、涡轮和尾喷管组成。燃气涡轮发动机有涡轮喷气式发动机、涡轮风扇式发动机、涡轮螺旋桨式发动机、涡轮轴发动机和桨扇发动机五种。涡轮喷气式发动机和涡轮风扇式发动机主要用于战斗机。涡轮喷气式发动机是最早的战斗机发动机，它的的进气、压缩、燃烧和排气可以在同一时间的不同空间内完成。按照压气形式，可分为离心式和轴流式。按照转子数量，可分为单转子和双转子。涡轮风扇发动机的转子可以达到3个。垂直起降飞机多采用推力升力喷管转向发动机。战斗机发动机的代表型号有美国的F100、F404、F414、F119，欧洲的RB199、EJ2000、法国的M53、M88、俄罗斯的RD33、AL31LF、AL41LF。这些发动机装备于F15、F16、F18、F35、苏27、米格29等一线飞机。涡轮螺旋桨式发动机主要用于大型运输机。涡轮轴式发动机主要用于军用直升机。
燃气涡轮发动机的主要指标：
1、推力：推力是指发动机为飞机提供的动力，发动机的推力为F，其计算公式F＝m/g（v2-v1）。其中，m为空气质量流量，g为重力加速度，v2为排气速度，v1为进气速度。
2、推重比：推重比指飞机在海平面静止条件下最大推力和飞机重量的比值。这是发动机重要的指标，关系到飞机的载重量和机动性。对于直接反作用力的发动机，采用推重比表示。对于间接反作用力的喷气式发动机，用功重比来表示，单位为千瓦/十牛。
3、耗油率：耗油率是飞机发动机的一项经济指标。表示发动机每小时燃油流量与推力和功率的比值。对于直接反作用发动机，用千克/（牛.小时）表示，对于间接反作用推力发动机，采用千克/(千瓦.小时)来表示。
4、增压比：增压比指发动机压气机出口总压和进口总压的比值。这一指标影响发动机做功的能力和耗油率。
5、涡轮进口温度：指一级涡轮导向器进口截面处的燃气温度，提高涡轮进口温压度，有利于提高发动机功率，降低耗油量。
6、函道比：该项指标专门指涡轮风扇式发动机。其它的燃气涡轮发动机没有这一指标。函道比指涡轮风扇发动机外函道和内函道的空气流量之比，又称流量比。这一指标对发动机的耗油量和推重比有很大的关系。不同用途的飞机，函道比不同。一般来说，大型的军用飞机如军用运输机，函道比达到4-8，战斗机的函道比一般小于1，最小可达0.2-0.3。
航空发动机是军用飞机推进系统的核心部件，经过漫长的发展，航空发动机已经发展了多个种类。航空发动机与燃油系统、起动系统、点火系统、防护系统、润滑系统一同构成了军用飞机的航空推进系统。
航空发动机是为飞机提供升力和推力的推进装置，种类繁多、形式多样。众所周知，推进系统若想产生推力，就必须有能源和工质。可利用的能源有化学能、太阳能、核能。目前，航空推进系统使用的能源主要为化学能，依靠的工质主要为空气。航空发动机的工作的依据是牛顿的作用力和反作用力相等的原理。在飞机飞行的过程中，航空推进系统依靠空气沿飞机飞行的相反方向加速流动，从而为航天器提供一个反作用的推力。
航空发动机的分类方法有很多。按照工作原理来分，可分为直接反作用推进发动机和间接反作用推进发动机。直接反作用推进发动机的工作原理为依靠发动机直接将空气加速，从而产生反作用力而产生推力。间接反作用推进发动机需要依靠螺旋桨、旋翼等专用的推进装置来产生推力。直接反作用推进发动机包括冲压式发动机、涡轮喷气式发动机、涡轮风扇式发动机。间接反作用推进发动机包括活塞式发动机、涡轮螺旋桨式发动机、涡轮轴式发动机和桨扇发动机。
按照发动机的工作原理和基本构造，又可分为活塞式发动机和喷气式发动机。活塞式发动机主要依靠活塞做往复运动来使燃料的化学能转化为热能，从而为飞机提供动力。活塞式发动机由活塞、气缸、进排气门、进排气阀、连杆和曲轴组成。按照气缸的排列形式，可分为直列式发动机和星列式发动机，直列式发动机有V形和水平对置形。按照冷却原理，可分为气冷式和液冷式。按照供油方式，可分为汽化器式和直接注射式。活塞发动机的进气、压缩、燃烧和排气在同时空间内不同的时间内进行。现代航空活塞式发动机多为水平对置形、直接注油的气冷式发动机。活塞式发动机最早诞生于1903年。莱特兄弟在其制作的第一架飞机上采用了活塞式发动机。该型发动机全重7.7公斤，功率只有8.8千瓦，功重比为0.13千瓦/千克。经过第一次世界大战的飞速发展，活塞式发动机的功率已经提高到313千瓦，功重比达到0.77千瓦/千克。活塞式发动机的发展提高了作战飞机的性能，使作战飞机的时速从100公里升至200公里。活塞式发动机的代表型号有第二次世界大战期间英国的梅林式发动机，该型发动机装备于飓风、野马和喷火式战斗机上；美国普惠公司的黄蜂发动机，该型发动机曾装备于美国陆军B24型轰炸机。第二次世界大战结束后，活塞式发动机逐渐退出一线。人类进入喷气时代。目前，活塞式发动机只装备于一些民用飞机和对速度要求不高的飞机，如无人机。
喷气式发动机是20世纪50年代逐渐进入到应用领域的。早在第二次世界大战期间，一些国家就曾经发明了喷气式发动机。1937年的英国和1939年的德国将涡轮喷气式发动机成功的运用到了E28/29飞机和He178飞机上，从此开辟了人类的喷气时代。按照工作原理来分，喷气式发动机可分为冲压式喷气发动机和燃气涡轮式发动机。
冲压式喷气发动机没有压气机和涡轮，工作是直接依靠高速迎面的气流流入发动机来实现增压。它由进气道、燃烧室和尾喷管组成。冲压式发动机的构造简单、适于高速飞行，飞行速度达到3马赫以上后经济适用。缺点是本身没有自行启动能力，需要其它的辅助推进装置。冲压式喷气发动机通常应用于导弹和靶机，不在一线军用飞机上使用。
燃气涡轮发动机是装有压气机和涡轮的发动机，它由压气机、进气道、燃烧装置、涡轮和尾喷管组成。燃气涡轮发动机有涡轮喷气式发动机、涡轮风扇式发动机、涡轮螺旋桨式发动机、涡轮轴发动机和桨扇发动机五种。涡轮喷气式发动机和涡轮风扇式发动机主要用于战斗机。涡轮喷气式发动机是最早的战斗机发动机，它的的进气、压缩、燃烧和排气可以在同一时间的不同空间内完成。按照压气形式，可分为离心式和轴流式。按照转子数量，可分为单转子和双转子。涡轮风扇发动机的转子可以达到3个。垂直起降飞机多采用推力升力喷管转向发动机。战斗机发动机的代表型号有美国的F100、F404、F414、F119，欧洲的RB199、EJ2000、法国的M53、M88、俄罗斯的RD33、AL31LF、AL41LF。这些发动机装备于F15、F16、F18、F35、苏27、米格29等一线飞机。涡轮螺旋桨式发动机主要用于大型运输机。涡轮轴式发动机主要用于军用直升机。
燃气涡轮发动机的主要指标：
1、推力：推力是指发动机为飞机提供的动力，发动机的推力为F，其计算公式F＝m/g（v2-v1）。其中，m为空气质量流量，g为重力加速度，v2为排气速度，v1为进气速度。
2、推重比：推重比指飞机在海平面静止条件下最大推力和飞机重量的比值。这是发动机重要的指标，关系到飞机的载重量和机动性。对于直接反作用力的发动机，采用推重比表示。对于间接反作用力的喷气式发动机，用功重比来表示，单位为千瓦/十牛。
3、耗油率：耗油率是飞机发动机的一项经济指标。表示发动机每小时燃油流量与推力和功率的比值。对于直接反作用发动机，用千克/（牛.小时）表示，对于间接反作用推力发动机，采用千克/(千瓦.小时)来表示。
4、增压比：增压比指发动机压气机出口总压和进口总压的比值。这一指标影响发动机做功的能力和耗油率。
5、涡轮进口温度：指一级涡轮导向器进口截面处的燃气温度，提高涡轮进口温压度，有利于提高发动机功率，降低耗油量。
6、函道比：该项指标专门指涡轮风扇式发动机。其它的燃气涡轮发动机没有这一指标。函道比指涡轮风扇发动机外函道和内函道的空气流量之比，又称流量比。这一指标对发动机的耗油量和推重比有很大的关系。不同用途的飞机，函道比不同。一般来说，大型的军用飞机如军用运输机，函道比达到4-8，战斗机的函道比一般小于1，最小可达0.2-0.3。