航空燃气涡轮动力装置自学考试大纲.docx

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航空燃气涡轮动力装置自学考试大纲

全国高等教育自学考试指导委员会

高等教育自学考试

航空燃气涡轮动力装置自学考试大纲

（含考核目标）

目录

Ⅰ.课程性质和目的要求

Ⅱ.课程考试内容与考核目标

第一章喷气发动机概述

·课程考试内容·

第一节喷气发动机概述

第二节燃气涡轮动力装置的一般介绍

第三节喷气发动机的推力

·考核目标·

一、考核知识点

二、考核要求

第二章基本部件的工作

·课程考试内容·

第一节进气道的工作

第二节压气机的工作

第三节燃烧室的工作

第四节涡轮的工作

第五节喷管的工作

·考核目标·

一、考核知识点

二、考核要求

第三章发动机性能

·课程考试内容·

第一节单转子发动机稳态及过渡状态的工作特性

第二节双转子发动机特点及过渡过程特征

第三节发动机的推力和经济性

第四节发动机环境污染简介

·考核目标·

一、考核知识点

二、考核要求

第四章民用机常用的发动机特点

·课程考试内容·

第一节涡轮风扇发动机

第二节涡桨及涡轴发动机

·考核目标·

一、考核知识点

二、考核要求

第五章燃气涡轮发动机的工作系统

·课程考试内容·

第一节典型发动机的燃油系统

第二节滑油系统及防火系统

第三节防冰系统

·考核目标·

一、考核知识点

二、考核要求

第六章发动机起动

·课程考试内容·

第一节起动系统

第二节典型发动机的地面起动

第三节冷转和空中起动

·考核目标·

一、考核知识点

二、考核要求

Ⅰ.课程性质和目的要求

一、课程性质

《航空燃气涡轮动力装置》是飞行技术本科专业的一门技术基础课。

本课程系统地介绍了燃气涡轮发动机主要部件的功用及工作，典型民用燃气涡轮发动机工作系统的功用及工作，燃气涡轮发动机的性能。

并介绍了涡扇、涡桨和涡轴发动机的工作特点及总体性能，以及典型民用燃气涡轮发动机的起动程序。

本课程是根据中国民航《CCAR-61部》对航线运输机驾驶员培养目标的要求而设置的。

通过本课程的学习，学生应了解航空涡轮动力装置的基本组成及工作，熟悉发动机性能，掌握操纵使用基础，为今后改装学习及航线飞行打下必要的理论基础。

二、课程的目的和要求

《航空燃气涡轮动力装置》是航线运输机驾驶员的必修课，为取得“航线运输驾驶执照”及从事航线飞行打下必要的理论基础。

通过本课程的学习应达到下列基本要求：

1.了解航空燃气涡轮动力装置的基本组成及工作。

2.熟悉发动机性能及大气条件对性能的影响。

3.熟悉发动机常见的不正常工作的原因、现象、危害，掌握预防及处置措施。

4.熟悉民航常用的燃气涡轮动力装置的特点及应用，理解发动机常见仪表指示参数的意义。

根据本课程特点，自学过程中应注意理论联系实际，理论指导实际。

以便

在确保在发动机安全工作的条件下，充分发挥发动机的潜力，满足飞机飞行性能的要求。

同时要注重分析、解决实际问题能力的培养。

Ⅱ.课程考试内容与考核目标

第一章喷气发动机概述

·学习目的和要求·

1.了解喷气发动机的定义及特点；

2.了解喷气发动机的分类及各类型的组成，工作及应用；

3.理解航线运输机对动力装置的要求；

4.理解冲压式、涡桨及高涵道涡扇发动机的特点及应用；

5.理解布来顿循环的组成及影响循环热效率的因素；

6.理解推力的定义、产生推力的原理；

7.熟悉推力的公式及推力的分布。

·课程考试内容·

第一节喷气发动机概述

航空喷气发动机是一种将燃料的热能转换成气体功能，使气体高速喷出，从而产生推力的动力装置。

它既是热力机，也是推进器，具有重量轻、速度性能好、应用广泛的优点。

第二节燃气涡轮动力装置的一般介绍

目前涡喷发动机和低涵道涡扇（带加力）发动机常用在超音速飞机上；高涵道涡扇发动机用在高亚音速大型民航机上；涡桨发动机常用在中低速支线民航机上；涡轴发动机常用在直升机和地面装置上。

压气机、燃烧室和涡轮组成燃气发生器，是燃气涡轮发动机的核心。

发动机工作系统有燃油系统、滑油系统、防冰系统、防火系统和起动系统等，是发动机的有机组成部分。

航空喷气发动机的工作循环采用布来顿循环，也叫等压加热循环，由绝热压缩、等压加热、绝热膨胀和等压放热四个热力过程组成。

影响循环热效率的因素是发动机的增压比。

增压比越高，热能的利用率提高，热效率越高，但发动机喘振的倾向也越大。

第三节喷气发动机的推力

发动机推力是作用在发动机工作面上所有气体压力的轴向合力。

流过发动机的空气流量越大，速度增量越大，发动机推力也越大。

在涡扇发动机的主要机件中，风扇和压力机是产生正推力最大的部件，涡轮是产生负推力最大的部件。

·考核目标·

一、考核知识点

1.喷气发动机的定义及特点；

2.喷气发动机的分类及各类型的组成，工作及应用；

3.航线运输机对动力装置的要求；

4.冲压式、涡桨及高涵道涡扇特点及应用；

5.布来顿循环组成及影响循环热效率的因素；

6.推力的定义、产生推力的原理；

7.推力的公式及分布。

二、考核要求

1．识记喷气发动机的定义及特点；

2．识记发动机的分类及各类型的组成，工作及应用；

3．领会航线运输机对动力装置的要求；

4．领会冲压式、涡桨及高涵道涡扇特点及应用；

5．理解布来顿循环组成及影响循环热效率的因素；

6．理解推力的定义、产生推力的原理；

7．熟悉推力的公式及分布。

第二章基本部件的工作

·学习目的和要求·

1．了解喷气发动机基本部件的构造；

2．了解喷气发动机基本部件的类型；

3．理解喷气发动机基本部件的工作原理；

4．理解喷气发动机基本部件的参数意义；

5．掌握压气机喘振、燃烧室熄火、涡轮叶片断裂的定义、现象、危害、预防措施及使用中的注意事项；

6．掌握反推装置的功用及使用注意事项。

·课程考试内容·

第一节进气道的工作

进气道的作用是将外部空气整流，以尽可能小的流动损失引入发动机，满足发动机工作的需要。

进气道分亚音速进气道和超音速进气道。

目前，民航机上的发动机普遍采用亚音速进气道。

动力装置对进气道的基本要求有：

流动损失小；外阻小；出口流场均匀；工作可靠，有效防尘、防冰。

速度冲压是指当飞行速度大于压气机进口气流速度时，气流在进气道中流速减小，压力、温度升高的现象。

速度冲压的大小用冲压比π*冲来描述，飞行速度升高、大气温度降低、流动损失减小都将使π*冲增加。

进气道中的流动损失有：

摩擦损失、气流分离损失和激波损失。

当飞机起飞或存在侧滑时，进气道气流分离损失较大。

超音速进气道常用于飞行M＞1.5的超音速飞机上。

它是通过采用多激波代替一道正激波，将超音速气流以尽可能小的总压损失和激波阻力转变成亚音速气流，顺利引入发动机。

超音速进气道分为：

内压式、外压式和混合式。

目前使用最广泛的是混合式超音速进气道。

第二节压气机的工作

压气机的作用是提高空气的压力，便于燃烧和膨胀，提高热能的利用率，改善发动机经济性。

同时压气机增压的空气还为飞机空调、增压系统，飞机除冰和发动机防冰，涡轮冷却提供可靠气源。

压气机分为离心式、轴流式和混合式三种类型。

目前大型民航机的发动机普遍采用轴流式压气机，中、小功率的涡桨、涡轴发动机普遍采用混合式压气机。

轴流式压气机是利用扩散增压原理提高空气压力的。

叶轮和整流环通通都为扩散形，在叶轮中气体压力提高是相对动能减小的结果，在整流环中气体压力的提高是绝对动能减小的结果。

从本质上讲，气体压力提高是叶轮对气体作功的缘故。

流量系数

是指叶轮进口气流轴向分速Ca与叶轮圆周速u的比值。

流量系数

和气流冲角i都可用来描述叶轮进口气流相对速度的方向。

大型民航机上的燃气涡轮发动机，为了提高压气机增压比，压气机级数较多。

各级压气机具有叶片高度逐渐减小，叶片弦长逐渐减小和叶片数目逐渐增多的特点。

压气机性能参数有：

压气机增压比π*K，压气机功Lk，压气机效率ηk和压气机功率NK。

影响压气机功率NK的因素有：

空气流量、压气机增压比、压气机效率和压气机进口气体总温。

压气机喘振是由于压气机进口空气流量的骤然减小而引起的气流沿压气机轴向发生低频高振幅的振荡现象。

是压气机最主要的不稳定工作状态，将对压气机和发动机的工作造成严重危害。

压气机喘振的发生是由于当压气机工作状态严重偏离了设计状态而引起的叶轮叶背严重气流分离诱发的。

在压气机工作中，当叶轮进口流量系数大于设计值过多时，最终将引起压气机通道堵塞，使压气机进入“涡轮”状态；当流量系数小于设计值过多时，最终将引起压气机喘振。

实际飞行中，引起压气机喘振的因素很多，主要有：

当发动机转速低于设计值过多或压气机总温过高时，将诱发压气机前“喘”后“涡”；当压气机进口空气流量骤然减小时，将引起整台压气机前后级都喘振。

发动机结构上的防喘措施主要有：

压气机中间级放气，可调静子叶片和采用双（三）转子结构。

其中可调静子叶片和双（三）转子结构还可以提高压气机效率，改善发动机经济性。

飞行员应熟悉压气机喘振的现象、危害，引起喘振的条件，掌握飞行使用中防止喘振的措施。

第三节燃烧室的工作

燃烧室的作用是组织燃料与空气稳定燃烧，产生高温、高压燃气，便于气体膨胀作功。

在满足不熄火和不烧坏涡轮机体的基本前提下，要求燃烧室点火可靠，燃烧稳定、完全，总压损失小，排气污染小，以及出口温度场分布均匀。

燃气涡轮发动机燃烧室的基本工作特点是：

①燃烧是在高速气流中进行的；②燃烧室出口温度受到涡轮叶片材料强度限制。

燃烧室通过内装火焰筒采用“先燃烧、后冷却”的方法，既满足了正常混合气的燃烧，又保证了涡轮工作的安全。

通过扩压器减速和安装旋流器的方法，有效降低了气流轴向速度，从而在主流区靠近回流边界区域形成一局部低速区，便于形成稳定的火焰前锋。

同时通过改进燃油喷嘴，提高燃油雾化质量，提高火焰传播速度，也有助于火焰稳定。

燃烧室可分为单管、联管和环形三种类型。

单管和联管燃烧室需要传焰管传焰和均压。

目前大型民航机动力装置广泛采用环形燃烧室。

燃烧室熄火的根本原因是燃烧区混合气余气系数超出稳定燃烧范围。

影响稳定燃烧范围的因素有燃烧进口气流速度和混合气初温、初压。

实际飞行中，飞行高度和发动机转速直接影响燃烧室稳定燃烧范围。

飞行高度升高，稳定燃烧范围变窄；发动机转速越高，稳定燃烧范围变宽。

所以，高空小转速状态发动机最容易熄火。

飞行员应熟悉燃烧室熄火的原因和飞行条件对稳定燃烧范围的影响，掌握飞行使用中防止燃烧室熄火的措施。

第四节涡轮的工作

涡轮的作用是使高温、高压燃气膨胀，将部分热能转变成涡轮机械功，带动压气机和发动机附件工作。

涡轮导向器和涡轮叶轮通通都为收敛形，便于燃气膨胀。

高温、高压燃气流经涡轮叶轮时，由于气流相对速度增加，方向发生了转折，气流对叶轮施加的反作用力在圆周方向上的分力推动叶轮转动。

涡轮中的能量损失有：

流动损失、漏气损失、机械损失和散热损失。

涡轮参数主要有：

涡轮前温度T3*，涡轮功LT，涡轮效率ηT，涡轮落压比πT*和涡轮功率NT。

影响涡轮功率的因素有：

燃气流量，涡轮前温度，涡轮落压比和涡轮效率。

涡轮叶片的工作条件极其恶劣，要承受很高的热负荷、巨大的离心力和燃气交变应力。

涡轮叶片断裂的根本原因是作用在涡轮叶片上的内部应力超过了材料强度极限，使叶片产生裂纹，进而断裂。

在发动机设计、制造方面，可通过采用高强度耐热合金，改进叶片制造工艺和加强涡轮叶片冷却等措施，提高涡轮叶片的强度。

涡轮叶片断裂是涡轮最主要的故障，飞行员应熟悉涡轮叶片的工作条件，掌握飞行使用中防止涡轮叶片断裂的措施。

第五节喷管的工作

喷管的作用是使气体继续膨胀，将气体的热能转变成动能，高速喷出，使发动机获得尽可能大的推力。

亚音速喷管的状态有：

亚临界、临界和