航空发动机原理与构造_白冰如石日昕著.pdf

本书是航空类高等职业院校航空机电设备维修专业通用课程航空发动机原理与构造的教材，是西安航空职业技术学院航空维修工程系在国家示范院校建设中，重点专业课程体系改革与建设的专业通用课程教材建设的成果之一。该教材主要由四部分组成:工程热力学与燃气涡轮发动机基础知识;发动机主要部件组成、工作原理与结构分析;发动机的燃油、起动的滑油系统组成与功用及其他常见航空发动机。由于本教材在现代航空发动机的原理、构造及性能分析方面概念清晰，基本理论部分的教学深度要求适当;既在发动机和其主要系统的结构方面除强调其典型性和先进性外，更注重它们的实际应用。因此，使得该教材成为一本深入浅出，通用性很强的好教材。该书除供高等职业院校飞机与航空发动机维修专业的学生使用外，还是本科院校相关专业师生很好的参考书。航空技术的发展是伴随着航空发动机技术的发展而发展的，航空发动机技术是一个国家工业发展水平的体现，号称“工业之花”。人类在航空领域中取得的每一次重大的革命性进展，无不与航空发动机技术的突破和进步相关。飞机的需求和发展又促使发动机向更高水平迈进，两者相得益彰，促进了整个航空事业的蓬勃发展，已成为一个国家科技水平、军事实力和综合国力的重要标志之一。航空发动机不仅仅是飞机的动力，其应用范围已由空中拓展到地面，如许多电厂和油田使用航空发动机进行发电从陆地拓展到海洋，如航空发动机可作为导弹驱逐舰的动力装置;从传统飞行器拓展到导弹，如海湾战争后被普遍重视的巡航导弹，其采用的动力装置就是航空发动机。随着燃气涡轮发动机的应用范围不断扩大，与航空燃气涡轮发动机相关的专业也越来越多，如飞行器设计、民航维修工程、巡航导弹工程等。许多非航空发动机设计专业需要开设航空燃气涡轮发动机原理与结构课程。但是这些专业的教学要求与航空发动机设计专业的要求相差甚多:不要求掌握很深的专业基础理论，而要求很宽的知识面和建立正确的基本概念;而往往这些专业没有系统学过发动机设计专业的专业基础课程，能够给出的教学学时也非常有限。因此，从多年的教学实践中感到迫切需要一种综合性的、简约性的、系统介绍航空燃气涡轮发动机原理与结构的教材，以适应广泛的、与航空燃气涡轮发动机有关的专业的教学需要。本教材在总结多年教学经验的基础上，根据航空发动机制造、修理与维护企业，地面燃气涡轮发动机、导弹用发动机使用与维护等单位对从业人员知识结构的客观要求和高职学生教学的需要编写。本教材全面介绍航空燃气涡轮发动机的基本概念、工作原理和基本构造，发动机主要部件和工作系统的基本概念、工作原理和构造。力图从最少的专业基础知识出发，深入浅出地介绍有关航空发动机的基本知识，希望使读者用比较短的时间理解航空燃气涡轮发动机的基本规律、基本要求，理解发动机主要性能参数及其影响因素，掌握航空发动机的组成和结构，为所从事的专业技术工作服务。教材的内容比发动机设计专业的原理、构造课程要浅，比航空发动机概论课程要深;但是知识面比发动机设计专业的原理、构造课程要系统全面。教材采用发动机原理与构造整合的思路框架，从实际需要出发，尽可能较少地涉及发动机设计专业课程所必须的基础知识，简明扼要地讲授工程热力学、气体动力学、传热学的相关内容，在适当的深度和范围选用发动机原理的内容。教材在发动机构造方面力求反映当前航空发动机技术的最新进展。教材以军用航空发动机为主，兼顾民用航空发动机、直升机以及巡航导弹上使用的航空发动机，在内容和架构上不仅满足非航空发动机设计专业的教学需要，也满足航空院所、陆军航空兵、二炮部队和民用航空运输企业人员培训的要求。广泛适用于飞行器设计、使用与维护，航空发动机制造、修理与维护，地面燃气轮机和弹用燃气轮机使用与维护等与航空发动机有关的非航空发动机专业教学使用，也可供广大与航空发动机相关行业的从业人员作为参考。该教材是国家软科学研究计划项目 高等职业教育“工学四合”人才培养模式创新与实践(项目编号 2010GXSH5D263)资助教材。是西安航空职业技术学院航空维修工程系在国家示范院校建设和重点专业课程体系改革与建设中，专业通用课程教材建设的成果之一。本书由西安航空职业技术学院白冰如、石日昕主编，马康民教授主审。具体分工为西安航空职业技术学院石日昕编写第一章、第二章、第三章、第四章，白冰如编写第五章、第十章、第十一章、第十二章、第十三章，刘志武编写第九章，马康民编写绪论，空军工程大学杨帆编写第六章、第七章，陈鑫编写第八章。全书由白冰如统稿。由于编写航空类高职院校教材的经验有限，加之时间较紧，内容处理和编写方法还有值得商榷之处，使得本教材难免有许多不足之处，希望使用教材的老师和同学提出宝贵意见，以便再版时修改完善。编者2011 年 8 月 20 日绪论/1第一章燃气涡轮发动机热工气动基础/61 1热力学基本概念/61 2热力学第一定律/171 3热力过程/211 4热力学第二定律/251 5气体动力学基本方程/301 6气流的滞止参数及气动函数/331 7膨胀波和激波/381 8一维定常管流/39第二章燃气涡轮发动机基础知识/482 1喷气发动机的分类和基本工作原理/482 2发动机的推力和效率/552 3发动机的理想循环和实际循环/592 4发动机的性能评定指标/642 5不加力发动机单位推力和耗油率与工作过程参数的关系/66第三章进气系统的工作原理与构造/703 1概述/703 2进气道的工作原理/723 3进气道的构造/77第四章压气机的工作原理与构造/894 1概述/894 2轴流式压气机的工作原理/904 3轴流式压气机的构造/974 4压气机防喘、消喘系统/1184 5防冰装置/1204 6封气装置/1274 7离心式压气机/128第五章燃烧室的工作原理与构造/1355 1燃烧室的工作原理/1355 2燃烧的基本知识/1365 3燃烧室的工作原理/1395 4燃烧室的构造/1445 5加力燃烧室的工作原理/1565 6加力燃烧室的构造/159第六章涡轮的工作原理与构造/1706 1涡轮工作原理/1716 2涡轮构造/1746 3涡轮的冷却/197第七章排气系统的工作原理与构造/2087 1喷管的工作原理/2087 2喷管的构造/2137 3其他形式的喷管/2257 4气动噪声及消音措施/229第八章涡轮喷气发动机/2338 1各部件的共同工作/2338 2发动机特性/2398 3发动机通用特性和台架性能换算/2458 4双转子涡轮喷气发动机/2478 5加力涡轮喷气发动机/252第九章涡轮风扇发动机/2559 1基本工作原理和性能特点/2559 2部件特点/2579 3涡轮风扇发动机的调节规律/2609 4涡轮风扇发动机的特性/261第十章涡轮风扇发动机总体结构/26310 1转子的连结/26310 2转子的支承/27110 3发动机受力分析/28310 4静子承力系统/28510 5发动机在飞机上的安装/28810 6附件传动装置/292第十一章航空发动机工作系统/30411 1航空发动机控制系统/30411 2航空发动机起动系统/31911 3滑油系统/321第十二章涡轮轴发动机/35512 1基本工作原理和性能特点/35612 2部件特点/35812 3各部件的共同工作及调节规律/36112 4涡轮轴发动机特性/364第十三章涡轮螺桨发动机/36713 1基本工作原理和性能特点/36713 2各部件共同工作和调节规律/37013 3涡轮螺桨发动机特性/371参考文献/373绪论为了使任课教师和学生明确本门课程的地位、教学目的和要求，以便更好地搞好该课程的教学工作。此处与大家讨论三个问题。一、本课程是航空机电设备维修专业示范建设中重点整合的专业通用课程之一2007 年 8 月，西安航空职业技术学院被教育部、财政部确定为国家示范院校建设立项单位，同时航空机电设备维修专业也被确定为中央财政重点支持建设的项目之一。其中航空机电设备维修专业课程体系改革是项目建设的重点和难点，也是研究经费投入较大的几个子项目之一。项目组在负责人马康民教授的带领下，制定了详尽的、切实可行的调研计划和课程体系改革研究方案。项目组先后调研了西安飞机工业(集团)有限责任公司、中国人民解放军第 5702 工厂、中航工业 5716 厂、西安航空发动机(集团)有限公司、厦门太古发动机服务有限公司等航空企业的岗位设置和人才需求，分析了空军工程大学工程学院、成都航空职业技术学院、西安航空技术高等专科学校、长沙航空职业技术学院等兄弟院校相关专业的课程设置，经过广泛地分析和研讨，运用现代高等职业教育理念和方法，结合本专业的特点和要求，提出了以培养学生真正维修能力为目标的课程体系重构指导思想。继而，运用系统分析的理论和方法，开展了大量的研究工作。确立了飞机修理技术、航空发动机修理技术、飞机维护、飞机及发动机附件修理技术和航空电气设备与维修为专业核心课程;按照专业通用课程支持核心课程;专业基础课程支持专业通用课程;公共文化课程支持专业基础课程的思路，重构了航空机电设备维修专业的课程体系。为了进一步完善新的课程体系，我们还对专业通用课程、专业基础课程、公共文化课程进行了补充、完善和整合，重新编写了与新课程体系配套的教材。并将研究成果贯彻在学院 2009 级航空机电设备维修专业教学计划中。表 1航空机电设备维修专业课程体系课程层次课程名称备注专业核心课程1飞机维护2飞机修理技术3航空发动机修理技术4飞机与发动机附件修理技术5航空电气设备与维修新编 5 门专业核心课程的教材。即:飞机维护 飞机修理技术 航空发动机修理技术飞机及发动机附件修理技术 航空电气设备与维修1专业通用课程1航空工程与技术概论2航空材料及应用3飞机原理与构造4航空发动机原理与构造5航空维护技术基础6无损检测及在航空维修中的应用7专业英语新编 航空材料及应用 和 航空工程与技术概论 教材整合工程热力学、航空发动机原理、航空发动机构造三门课为航空发动机原理与构造一门课程，重编教材整合空气动力学、飞行原理和飞机构造三门课为飞机原理与构造一门课程，重编教材专业基础课机械制图与航空识图、机械设计基础、液压与气动技术、机械制造技术、公差与技术测量、电工电子技术机械制图课增加航空识图内容变更为机械制图与航空识图公共文化课思想道德修养与法律基础、形势与政策、应用文写作、计算机应用基础、高等数学、毛泽东思想和中国特色社会主义理论体系概论、体育、英语等新增应用文写作课程，提高学生的公文写作能力本项目研究制定的航空机电设备维修专业新的课程体系具有鲜明的职业教育特色。15 门专业核心课程，在航空职业教育中属于首创。从表1 可见，5 门专业核心课程，即飞机修理技术、航空发动机修理技术、飞机维护、飞机及发动机附件修理技术和航空电气设备与维修是根据飞机与发动机高等职业教育要求，落实本专业人才培养方案，满足飞机维护、飞机修理、航空发动机修理、航空电气设备与维修及飞机及发动机附件修理中对应的 11 个工作岗位的需求开设的课程。这 5 门课程填补了航空职业教育的空白，在国内属于首创。27 门专业通用课程及其配套教材，对航空类职业院校相关专业具有很好的辐射作用。新课程体系中有 7 门专业通用课程，其中飞机原理与构造是原来空气动力学、飞行原理和飞机构造三门课整合的结果;航空发动机原理与构造是原来工程热力学、航空发动机原理、航空发动机构造三门课程整合的结果;航空工程与技术概论是原来航空航天概论课程整合的结果。这都充分体现了“理论够用、重在应用、强调技能培养”的高等职业教育理念，加强了飞机和发动机修理中需要的内容，而大幅度删减了飞机和发动机设计方面的内容。因为，本专业毕业生不搞飞机与发动机设计工作。充分体现了构建课程体系时，专业通用课程2必须大力支持专业核心课程的宗旨。上述三门课程的教材及我们编写的航空材料及应用，可以供航空类职业教育院校相关专业使用，很好的发挥了重点示范专业的辐射作用。3 在按照系统理论和方法指定的新课程体系中，优化和重构的专业基础课和文化基础课，有力的支持了本专业的全面建设。新制定的 6 门专业基础课程，即机械制图与航空识图、