首页 要闻 喷气式航空发动机的诞生与发展

喷气式航空发动机的诞生与发展

随着人类社会的发展,活塞式发动机由于功率不足、高速性能不好等缺点,越来越不能满足人们的出行和战备需求。第二次世界大战后,活塞式发动机渐渐退出了民航和军机的主要舞台,仅在农林机、无人机、公务机等轻型飞机和直升机上还有应用。随之到来的便是航空发动机的第二个时代――喷气时代。

喷气式发动机是一种直接反作用的推进装置,低速的工质(空气和燃料)经过增压、燃烧后高速喷出,从而直接产生反作用力。与活塞式发动机相比,喷气式发动机在重量和高速性能方面远远优于前者。其实早在1913年,法国工程师雷因・洛兰就获得了世界第一项喷气式发动机专利,其工作原理为:空气由进气道进入,经供油系统后在燃烧室内燃烧,然后从推进喷管喷出产生推力。该原理与当今冲压喷气发动机十分相似,但受当时的材料工艺和制造水平所限而无法生产。

喷气式发动机的工作原理

直到1937~1938年间,英国人惠特尔(Whittle)和德国人奥海因(Ohain)分别在雷因・洛兰设计的发动机的基础上,增加了压气机的设计,实现了对进入进气道的空气进行增压,从而研制出了更加实用而高效的燃气涡轮发动机。这类发动机主要由进气装置、压气机、燃烧室、燃气涡轮和尾喷管组成。其工作原理为:空气自进气装置进入发动机后,经压气机压缩提高压力,之后进入燃烧室与喷入的航空煤油混合后燃烧,形成高温、高压的燃气,然后进入燃气涡轮中膨胀做功,带动涡轮高速旋转并输出驱动压气机和发动机其他附件所需的功率,而由燃气涡轮喷出的燃气则产生发动机的推力。

1939年8月27日,一架He-178装备了由奥海因改进设计的HeS3B发动机,成功进行了人类首次喷气飞行,就此宣告了喷气飞行时代的开始。这款HeS3B发动机是对奥海因最初设计的HeS1型发动机的改良,台架推力从265daN提高到了490daN。

第二次世界大战后,随着科学技术日新月异的发展,在惠特尔和奥海因成功的基础上,航空发动机中的燃气涡轮发动机家族迅速壮大,涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机、涡轮风扇发动机和桨扇发动机等相继出现,并凭借其远优于活塞式发动机的性能,至今依旧是推动航空器飞行的主力。另外,除了航空工业外,燃气轮机还被广泛应用于船舶和电力等行业,成为推动社会进步发展的重要引擎。

参考文献

1. 闫晓军. 典型航空发动机结构对比与分析[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2011;

2. 刘大响, 陈光. 航空发动机:飞机的心脏[M]. 北京: 航空工业出版社, 2003;

3. 刘长福, 邓明. 航空发动机结构分析[M]. 西安: 西北工业大学出版社, 2006.