冲压发动机的优点是结构简单、重量轻,缺点是低速时不能启动,故不能单独使用。
冲压发动机按其适用的速度范围分,有亚音速、超音速和高超音速三种。亚音速冲压发
动机采用扩张形进气道和收敛形喷管,冲压增压比不超过1.89,热效率低;超音速冲压发动
机,采用多波系的超音速进气道,飞行速度在M 数1~6 之间;高超音速冲压发动机使用碳氢
燃料或液氢燃料,飞行M 数为5~16。
冲压发动机的推力,随飞行M 致的增加而迅速增加,耗油率则迅速降低。
六、火箭发动机
火箭发动机因自带氧化剂,所以其耗油率极高,优点是其推力不受飞行速度和高度的限
制。
§4.3 发动机的选择
选择发动机,是进行飞机总体方案设计的一个重要环节,目的就是要选定一种能够最有
效地满足飞机设计要求的发动机。能否选到最合适的发动机,对飞机的设计和研制工作具有
全局性的重大影响,所以必须重视。
本章第一节中,从飞机设计的角度出发,简要介绍了对发动机的基本要求,可供选择发
动机时参考。但是,应该看到,由于飞机的类型、用途和性能指标各不相同,对发动机的要
求差别很大,选择发动机时所要考虑的侧重点也很不相同。这也就是说,只有根据飞机的具
体设计要求,才能讨论选择发动机的问题。其次,在选择发动机时,还必须考虑到实际的技
术、经济等方面的客观条件。
在飞机总体方案设计的初始阶段,第一步是要根据在给定的飞机设计要求中所规定的飞
行速度和飞行高度,确定发动机的基本类型。
各类发动机的适用范围如图4.14 所示。
图4.14 各类发动机的适用范围
各类发动机的推力和耗油率特性分别示于图4.15 和图4.16。
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图4.15 各类发动机推力速度特性曲线 图4.16 各类发动机耗油率速度特性曲线
虽然通常根据飞机的设计要求和以上对各类发动机的基本特性和适用范围所做的分析,
可以初步选择发动机的类型。但这时的选择往往是很粗略的,而且有时很艰做出明确的选择。
例如,当前适用于直升机的有活塞式发动机和涡轮轴式发动机两大类,对于需用功率较大的
直升机,显然可以肯定,只能选用先进的涡轮轴发动机,但是对于小型直升机,就很难说选
哪一种发动机好了。这是因为,有时两种发动机性能比较相近,各有优缺点,究竟选用哪一
种好,就需要结合具体飞机的设计要求,做进一步的深入分析对比,才能正确地决定。
在飞机总体方案设计阶段,可能遇到的难于决定而需要进一步深入对比分析的情况主要
有以下几种。
一、活塞式发动机与涡轮螺旋桨发动机
这两种发动机都具有低速特性良好和耗油率低的共同特点,只是涡轮螺旋桨发动机适用
的速度更高一些。此外应考虑到当前大功率的活塞式发动机已很少见,因此,对于一些轻小
型飞机,包括一些农业飞机、体育运动飞机、空中摄影飞机、家用飞机(Homebuilt Aircraft)、
小型无人驾驶飞机(RPV)等,对飞行速度和飞行高度要求不高,特别强调轻便灵活、操纵使
用方便,显然选用活塞式发动机最好。而对于一些需用功率较大、速度高度要求稍高的民用
飞机,则可能选用涡轮螺旋桨发动机更好一些。当飞行速度进一步提高,飞行M 数大于0.5
以后,则只能选用涡轮螺旋桨发动机,对活塞式发动机就不必再考虑了。
二、涡轮螺旋桨发动机与高涵道比的涡轮风扇发动机
这两种发动机在一定的飞行高度和飞行速度范围内,耗油率均比较低,使用经济性较好。
因此,均可用于突出强调使用经济性的中、大型旅客机和运输机,只是相比之下,涡轮螺旋
桨发动能适用的速度要低一些。
由于涡轮螺旋桨发动机发展得较早一些,所以50 年代以后,许多大型的旅客机和运输机
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都使用了这种发动机。后来出现了涡轮风扇发动机,虽然其耗油率高一些,但由于能使飞机
的飞行速度进一步提高,所以很快地逐步代替了涡抡螺旋桨发动机,得到了广泛的应用。至
今,飞行M 数为0.8~0.85 左右的高亚音速飞机,大多数仍选用适当涵道比的涡轮风扇发动
机。
简单地说,普通涡轮螺旋桨发动机的优点是耗油率比较低,缺点是随飞行速度的提高,
螺旋桨的效率降低很快,因此产生了新的
螺旋桨风扇发动机方案。这种所谓的桨扇
发动机,保留了涡轮螺旋桨发动机耗油率
低的优点,同时又扩大了其飞行速度范围。
涡轮风扇发动机适用的速度较高,缺点是
耗油率高一些,其特性与涵道比的高低有
直接的关系。正在研制和发展的超高涵道
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