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发动机课堂|你一定要知道的航空发动机发展及分类

2023-11-7 08:34| 发布者: lk18911 923 0

摘要: 点击上方蓝字↑↑↑,关注[航空知识]微信号请记住这两位伟大的航空先驱奥维尔·莱特(Orville Wright)威尔伯·莱特(Wilbur Wright)他们就是大名鼎鼎的莱特兄弟。早在1903年,莱特兄弟就制造出一架装有两个推进 ...
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请记住这两位伟大的航空先驱

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奥维尔·莱特(Orville Wright)

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威尔伯·莱特(Wilbur Wright)

他们就是大名鼎鼎的莱特兄弟。早在1903年,莱特兄弟就制造出一架装有两个推进式螺旋桨的双翼飞机。这架飞机采用了一台由他们自制的水冷直列4缸活塞发动机,功率约为9千瓦(12马力)。正是这台发动机,推动了人类史上首架重于空气的可持续且受控的飞机,拉开了现代航空的新篇章。

莱特兄弟飞行者一号的首次飞行。(摄于1903年12月17日,奥维尔担任驾驶员,威尔伯在翼尖处跟跑。)

在过去的一百多年里,人类所主要使用的航空发动机,基本上可分为活塞式发动机与空气喷气式发动机两大类。活塞式发动机具有耗油低、成本低、工作可靠等特点,在喷气式发动机发明之前的近半个世纪内,是唯一可用的航空飞行器的动力。

作为第一台飞上蓝天的航空发动机,活塞发动机对航空技术的发展做出了巨大的历史性贡献,功不可没。

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莱特兄弟自制的活塞发动机

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“飞行者一号”的发动机通过链条驱动两个螺旋桨转动

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“飞行者一号”发动机的内部结构,左侧金属飞轮用来降低发动机振动产生的影响。

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“飞行者一号发动机”工作示意图(红色为进气阀,绿色为电气部件,蓝色为排气阀)

由于发动机功率与飞行速度的三次方成正比,随着飞行速度的提高,要求发动机功率大大增加,从而使其重量和体积都随之迅速增加;另一方面,在接近声速时,螺旋桨的效率会急剧下降,也限制了飞行速度的提高。要进一步提高飞行速度,尤其要达到或超过声速,就必须采用新的动力装置。喷气式发动机可以产生很大的推力,而自身重量又较轻,从而大大提高了飞机的飞行速度。

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热喷射发动机时代亨利·科安德的Coanda 1910,可惜最终实验失败。

世界上第一架以喷气发动机为动力的德国亨克尔He-178飞机在1939年首次试飞时就达到了700km/h的飞行速度,已接近活塞发动机飞机的极限速度,宣告了一个新的航空时代的到来。

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He-178飞机设计图

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He-178飞机的复制品,现存于德国的罗斯托克-拉格机场。

非常珍贵的He-178试飞视频:

视频1:

视频2:

二战结束后,随着工业技术水平的提高和冷战的需要,美、苏、英、法等国家纷纷研制发展喷气式发动机,首先用于战斗机上,随后用于轰炸机、运输机和民航客机上,引发了一场航空工业的“喷气革命”。当然,这样的分类只是代表了航空发动机的过去和现状,属于“传统”的航空发动机。

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美国空军第一代喷气式轰炸机 B-45“龙卷风”

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第一款完全为货运设计的喷气式飞机——洛克希德C-141“运输星”

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第一款应用于国际班机航线的喷气式民航客机——德·哈维兰“彗星

随着新的航空百年的到来,一些非传统、新概念的航空发动机已经开始初露端倪,如脉冲爆震发动机、多核心机发动机、组合发动机,以及利用新能源的太阳能、燃料电池、微波电动发动机等。可以想象,等到第三个航空百年来临的时候,航空发动机的分类图必将得到极大的扩展和充实。

让我们看看未来的超级喷气式飞机是什么样的吧:

普惠F135涡扇发动机

阳光动力2号太阳能飞机

美国波音公司设计的氢燃料电池飞机

  • 文章来源于中国航空学会动力分会。

  • 主要内容来源于刘大响院士、陈光教授撰写的航空动力科普书《航空发动机:飞机的心脏》。

  • 加工编辑:天上十年@航空知识

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