第1章 绪论

1.1 航空动力系统的历史和发展

航空动力系统由飞行器上的发动机、进气和排气装置等组成，有的航空动力系统还包括螺旋桨，其中发动机是动力系统的主要组成部分，进气装置常称为进气道，排气装置常称为尾喷管。航空动力系统是飞行器的动力源，用于产生飞行器飞行所需要的推力或力矩，常被比喻为飞行器的心脏，是飞机性能的决定因素之一。航空动力系统通过控制系统控制发动机的工作状态来改变推力或功率，借此满足飞行器在不同飞行条件以及工作状况下的要求，发动机控制系统常被比喻为动力系统的神经中枢[1-9]。

航空发动机将燃料的热能或其他形式的能转变为机械能，它的性能是决定飞行器性能的主要因素之一。飞机的飞行速度、飞行高度、航程、载重量和机动作战能力的提高，在很大程度上取决于发动机的改进和发展。现代航空发动机具有推重比大，迎风面积小，起动、加速快，适应机动飞行，使用维修简便，工作可靠等优点。军用飞机发动机主要有用于战斗机/攻击机、教练机/轻型攻击机的发动机和巡航导弹、靶机及其他遥控飞行器用的短寿命发动机[2]。

不断提高飞机性能的要求，刺激着发动机技术的发展。到20世纪30—40年代，活塞式发动机技术已发展到很高的水平，但是它的进一步发展受到自身工作方式的严酷限制，不能满足进一步提高飞行速度的要求。因为飞机要求的功率随飞行速度的3次方增长，且活塞发动机重量也随功率的3次方增长，则发动机重量随飞行速度的9次方增长，当飞行速度超过某限值后，发动机的重量将使飞机不能承受[3]。20世纪40年代初，英国和德国先后发明了燃气涡轮发动机，在到21世纪初的短短的60多年，航空动力技术进步巨大，对航空工业的迅猛发展起到了关键性的作用，飞机每一个大的飞跃都与动力的更新换代密切相关[2]。自20世纪40年代至21世纪初，军用发动机大致经历了从涡喷到涡扇发动机的4次更新换代，其中第一代已全部退役；第二代除英、美外其他国家还在部分使用；第三和第四代为世界各国现役主战机种的动力装置。第四代发动机具有高推重比、小涵道比、高增压比、高涡轮进口温度、结构简单可靠、耐久性和可维护性好及低寿命期费用等特点。民用飞机的动力装置同样经历了从涡喷到涡扇发动机的发展过程，现在涡扇发动机已成为民用大型干线客机和新型支线客机的主要动力装置。目前，民用大涵道比涡扇发动机相比于早期的涡喷发动机，在性能、经济性、安全可靠性、噪声和污染排放等指标上均有了很大提高[4]。

今后，世界航空发动机技术将呈加速发展的态势，向高推重比、高速度、宽使用范围、高可靠性和适用性、低油耗、低噪声、低污染、低成本的方向发展[5]。