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发动机的进化历程

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发动机的进化历程

本篇文章给大家谈谈《发动机的进化历程》对应的知识点,希望对各位有所帮助。

本文目录一览:

  • 1、汽车发动机的历史发展
  • 2、华泰汽车在发动机方面的发展历程?
  • 3、汽车发动机,电控系统的发展史经历了哪些阶段,他们分别是?
  • 4、斯巴鲁发动机发展历程是怎样的?
  • 5、航空发动机的发展史

汽车发动机的历史发展

发动机是汽车的动力源。汽车发动机大多是热能动力装置,简称热力机。热力机是借助工质的状态变化将燃料燃烧产生的热能转变为机械能。

1876年,德国人奥托(Nicolaus A. Otto)在大气压力式发动机的基础上发明了往复活塞式四冲程汽油机。由于采用了进气、压缩、做功和排气四个冲程,发动机的热效率从大气压力式发动机的11%提高到14%,而发动机的质量却降低了70%。

1892 年,德国工程师狄塞尔(Rudolf Diesel)发明了压燃式发动机(即柴油机),实现了内燃机历史上的第二次重大突破。由于采用高压缩比和膨胀比,热效率比当时其他发动机又提高了1 倍。

1926 年,瑞士人布希(A. Buchi)提出了废气涡轮增压理论,利用发动机排出的废气能量来驱动压气机,给发动机增压。50 年代后,废气涡轮增压技术开始在车用内燃机上逐渐得到应用,使发动机性能有很大提高,成为内燃机发展史上的第三次重大突破。

1956年,德国人汪克尔(Wankel)发明了转子式发动机,使发动机转速有较大幅度的提高。1964年,德国NSU公司首次将转子式发动机安装在轿车上。

1967 年德国博世(Bosch)公司首次推出由电子计算机控制的汽油喷射系统(Electronic Fuel Injection,EFI),开创了电控技术在汽车发动机上应用的历史。经过30年的发展,以电子计算机为核心的发动机管理系统(Engine Management System,EMS)已逐渐成为汽车(特别是轿车发动机)上的标准配置。由于电控技术的应用,发动机的污染物排放、噪声和燃油消耗大幅度地降低,改善了动力性能,成为内燃机发展史上第四次重大突破。

1967年,美国进行了一次氢气汽车行驶的公开表演,那辆氢气汽车在80公里时速下,每次充氢10分钟可运行121公里。该车有19个座位,由美国比林斯公司制造。1971年,第一台装有斯特林发动机(Strling)的公共汽车开始运行。1972年,日本本田技研工业在市场售出装有复合涡流控制燃烧(CVCC, Compound Vertex Controlled Combustion)的发动机的西维克(Civic)牌轿车,打响了稀薄气体燃烧发动机的第一炮。

1977年,在美国芝加哥召开了第一次国际电动汽车会议。会议期间,展出了各种电动汽车一百多辆。1978年,日本研究成功混合动力汽车。1979年8月,巴西制造出以酒精为燃料的汽车。巴西是现在世界上使用酒精汽车最多的国家。

1980年,日本研制成功液态氢气车。在后部装有保持液态氢低温和一定压力的特制贮存罐。该车用85公升的液氢,行驶了400公里,时速达135公里。

1980年,美国试制成功了一种锌氯电池电动汽车。

1980年,西班牙试研制成功一种太阳能汽车。

1980年,西德汉堡市西北伊策霍的一位工程师,发明了一种利用电石气(乙炔气)作动力的汽车。先将电石变成气体,然后用这种气体燃烧推动喷气式发动机来驱动汽车,其速度和安全性均不亚于汽油车,20公斤电石块可以使汽车至少行驶300公里。

1980年,美国加州大学的约翰.库伯和埃尔文.贝伦开始研究“烧铝”的电动汽车。

1983年,世界上第一辆装备柴油陶瓷发动机的汽车运行试验成功。所装发动机是日本京都陶瓷公司研制的,其主要零部件由陶瓷制成,省去了冷却系统,重量轻,节能效果显著,在同样条件下可比常规发动机多走30%的路程。

1984年,前苏联研制出一种双重燃料汽车。当汽车发动时,首先使用汽油,然后专用天然气。

1984年,美国美孚石油公司的阿莫柯比化学公司,研制出了一种叫杜隆塑料的合成材料,该公司采用这一塑料成功地制造出了世界上第一台全塑料汽车发动机,其重量只有84公斤。美国的洛拉T-616GT型汽车用的就是这种全塑发动机。

1984年,澳大利亚工程师沙里许研制成功了一种OCP发动机。

1985年,澳大利亚彼兰丁研制出一种安全可靠、启动灵活、高速而又不冒烟的蒸汽机汽车。

1986年,日本的三洋电气公司研制成功首辆太阳能电池汽车。

1994年,英国的戴维.伯恩发明了另一种风力汽车,并已投入批量生产。

华泰汽车在发动机方面的发展历程?

发展历史2000年——华泰汽车荣成工厂成立。2001年——华泰吉田四驱越野车bai投产。2002年——华泰与韩国现代签订合作协议;华泰延边工厂成立。2003年——华泰特拉卡在山东荣成下线;华泰格林柏德大型客车、康迪中型客车在吉林延边下线。2004年——华泰旗下的SUV产品成为市场增长最快的车型,特拉卡被选为中国维和部队指挥用车;华泰汽车掀起“圆你大学梦”全国大学生扶困行动,席卷全国31个省、市、自治区。2005年——华泰引进韩国现代经典的SUV车型“圣达菲”;华泰特拉卡当选“2005年车市总评榜最受欢迎柴油SUV”。2006年——华泰圣达菲投放中国市场,荣获“2006年CCTV年度SUV车型”;欧意德动力总成基地开工建设;华泰汽车的SUV产品荣获中国汽车风云榜最受消费者喜爱的SUV大奖。2007年——华泰汽车荣获中国长春汽车节汽车奥斯卡“十大消费者信赖的品牌”称号,SUV产品被评选为“最受欢迎节能柴油车”。2008年——华泰汽车年产1 5万台节能环保轿车的鄂尔多斯生产工厂奠基;华泰控股下设的年产30万台柴油发动机、自动变速器的欧意德动力公司进入设备安装调试阶段;华泰汽车自主开发的首款中高档轿车完成产品试验试制;华泰成功研制出欧意德发动机和自动变速器。2009年——华泰圣达菲C9、华泰特拉卡T9上市;欧意德轿车柴油发动机及自动变速器正式下线;华泰汽车被选为政府采购最佳节能环保公务车品牌,华泰圣达菲成为政府采购自主品牌越野车首选车型。2010年——华泰汽车自主研发的轿车柴油发动机和自动变速器成功下线;华泰B11携手英特尔,开创搭载英特尔车载IVI信息系统配置的先河;华泰首款中高级轿车华泰B11于2010年8月16日在荣成工厂下线;华泰B11于2010年12月28日在北京国家会议中心正式上市。2011年——4月19日,华泰宝利格在上海国际车展首次发布;12月21日,华泰宝利格在广州车展全新上市。2012年——华泰汽车集团总部喜迁新址,高高矗立的华泰汽车大厦在北京立水桥交通枢纽旁形成一道新的风景线;华泰汽车营销全面发力:华泰宝利格威海试驾、圣达菲柴能无双争霸赛、宝利格新车真人演练水下脱困、SUV价值体验营、大型汽车团购会、“798概念”营销、圣达菲“征服中国最具价值SUV领地”等各种活动精彩推出;华泰汽车首家推出“整车5年或15万公里”超长保修,开国内车企先河;华泰汽车新车型推出呈现井喷之势:B11青花瓷版、尊享版、圣达菲飓风版、进口动力版,宝利格智汇版、宝利格爱国版、宝利格智尊版,B21等车型相继问世;8月服务创新常态化,华泰汽车启动“全心服务月”活动,给所有华泰汽车终端用户送去健康畅行服务;华泰汽车又向宋庆龄基金会捐赠10辆总计价值120万元的华泰特拉卡2.4L手动版。2013年——1月,华泰汽车集团总部及产业基地项目合作签约仪式在天津举行;3月,华泰汽车与伊朗赛帕汽车集团在京签订战略合作框架协议。赛帕计划引进华泰宝利格、B21(已正式命名为路盛E70)在伊朗CKD生产和销售,并利用赛帕全球国际网络销售华泰产品;6月,华泰汽车售后服务再升级,下调旗下4000余种备件价格,备件最高降幅40%;7月,华泰汽车与北京国安战略合作发布会在京举行,发布会上,华泰汽车赞助的全新国安球衣正式亮相;8月,华泰汽车、旅游卫视携手制作的大型专题记录片《华泰汽车中国商道之旅》正式开拍,重走徽浙粤晋四大传统商帮发源地,开启这段被岁月尘封的商道之旅,并力图找到中国新商道的精神与力量;华泰汽车赞助第七届贡献中国高峰会,公司董事张宏亮与200余位各界商业精英、社会名流、政府官员共谈“融合”之道。

汽车发动机,电控系统的发展史经历了哪些阶段,他们分别是?

大概可分为四个阶段,第一个阶段为1971年以前电子点火装置的使用,第二个阶段为1974年~1982年,以集成电路和16位以下的微处理器在汽车上使用,第三个阶段为1982年~1990年,微处理器在汽车上应用日趋可靠和成熟,并向智能化方向发展第四个阶段为从2005年开始进入汽车电子技术,有通信系统,多路传输系统等开始应用

斯巴鲁发动机发展历程是怎样的?

EA系列

第一代水平对置发动机EA系列,1966年问世,装配在了首次亮相的 斯巴鲁 1000车型上。但毕竟是相仿保时捷,斯巴鲁工程师们尚未摸透水平对置引擎的属性,EA没有帮助斯巴鲁立即取得良好的市场声望,但却为后来的EJ系列埋打下了技术基础。

斯巴鲁EA系列发动机

EJ系列

第二代水平对置发动机EJ系列, 首款推出的型号是EJ20,于1989年问世并应用在第一代力狮车型上,EJ20旗下包括自然吸气、涡轮增压与双涡轮增压三种发动机规格,并且拥有SOHC(单顶置凸轮轴)与DOHC(双顶置凸轮轴)两种不同的配气机构。甚至有部分车型还采用AVCS(主动式气门)设计,令其在搭配DOHC时依然能获得充沛的低扭水平。而在EJ20系列下众多引擎中,深入人心的是EJ20G与EJ207两款发动机。EJ系列包括EJ15、EJ16、EJ18、EJ20、EJ22、EJ25六个型号,被斯巴鲁各车型广泛使用,成为了一代名机。在IMPREZA WRX STI推出第十代后,斯巴鲁将其发展出了独立的WRX车系,从此与IMPREZA分道扬镳,而在初代WRX STi上,继续使用了EJ207/EJ257。而BRZ GT300和WRX STi赛车沿用EJ207基础上开发的竞技化版本。2014款 翼豹WRX STI搭载EJ25,峰值407牛米。

斯巴鲁EJ系列发动机

FB系列

第三代水平对置发动机FB系列,于2010年推出,在EJ型发动机的基本架构研发,对燃烧室结构、驱动链条、进排气进行重新设计,燃效比提高了10%。FB的重量相比旧的EJ系列发动机有一定程度的降低,活塞和连杆均实现了约20%的轻量化,其他大多数部件也经过了轻量化设计。FB20并没有加入缸内直喷技术。FB有FB20、FB25两种机型,对应排量分别是2.0L、2.5L。FB系列包括FB16、FB20、FB25三个型号。与EJ系列不同的是,FB系列放弃之前一味追求性能与动力的设计理念,更多考虑其平顺性与经济性的表现。FB20发动机应用在XV等车型上。

斯巴鲁EJ系列发动机

FA系列

FA系列发动机由斯巴鲁与丰田共同打造,但更像是FB系列的衍生品,产于2011年,FA20分自然吸气、涡轮整压两个型号,其中FA20/4U-GS(2.0自吸)最初搭载在86/BRZ身上。2017年,推出FA24 DIT(DIT即Direct Injection Turbo/缸内直喷涡轮增压系统),排量是2.4L,FA24与FB25发动机的缸径一样,都是94mm,在涡轮增压器的推动下扭力却增了大了141牛米,达到了376牛米。FA24 DIT的涡轮增压器布置在发动机的底部,起到了降低重心的作用。它还采用了水冷式EGR废气再循环技术,除了能降低尾气中氮氧化物的含量,还能提高发动机燃烧效率。2019款Ascent及新86/BRZ都装备FA24 DIT发动机。

斯巴鲁FA20发动机斯巴鲁FA24 DIT发动机

斯巴鲁发动机荣获美国权威杂志《Ward's Auto World》评选的“全球十佳发动机”的获奖记录

EJ25型2.5升四缸涡轮增压发动机,获评2004年度“全球十佳发动机”

FA20型2.0升四缸发动机,获评2010、2013年度“全球十佳发动机”

@2019

航空发动机的发展史

活塞式发动机时期

早期液冷发动机居主导地位。19世纪末,在内燃机开始用于汽车的同时,人们即联想到把内燃机用到飞机上去作为飞机飞行的动力源,并着手这方面的试验。

1903年,美国莱特兄弟把一台4缸、水平直列式水冷发动机改装之后,成功地用到他们的飞行者一号飞机上进行飞行试验。这台发动机只发出8.95 kW的功率,重量却有81 kg,功重比为0.11kW/daN。发动机通过两根自行车上那样的链条,带动两个直径为2.6m的木制螺旋桨。首次飞行的留空时间只有12s,飞行距离为36.6m。但它是人类历史上第一次有动力、载人、持续、稳定、可操作的重于空气飞行器的成功飞行。

在飞机用于战争目的的推动下,航空特别是在欧洲开始蓬勃发展,法国在当时处于领先地位。美国虽然发明了动力飞机并且制造了第一架军用飞机,但在参战时连一架可用的新式飞机都没有。在前线的美国航空中队的6287架飞机中有4791架是法国飞机,如装备伊斯潘诺-西扎V型液冷发动机的斯佩德战斗机。这种发动机的功率已达130~220kW, 推重比为0.7kW/daN左右。飞机速度超过200km/h,升限6650m。

当时,飞机的飞行速度还比较小,气冷发动机冷却困难。为了冷却,发动机裸露在外,阻力又较大。因此,大多数飞机特别是战斗机采用的是液冷式发动机。期间,1908年由法国塞甘兄弟发明旋转汽缸气冷星型发动机曾风行一时。这种曲轴固定而汽缸旋转的发动机终因功率的增大受到限制,在固定汽缸的气冷星型发动机的冷却问题解决之后退出了历史舞台。

在两次世界大战之间,在活塞式发动机领域出现几项重要的发明:发动机整流罩既减小了飞机阻力,又解决了气冷发动机的冷却困难问题,甚至可以的设计两排或四排汽缸的发动机,为增加功率创造了条件;废气涡轮增压器提高了高空条件下的进气压力,改善了发动机的高空性能;变距螺旋桨可增加螺旋桨的效率和发动机的功率输出;内充金属钠的冷却排气门解决了排气门的过热问题;向汽缸内喷水和甲醇的混合液可在短时内增加功率三分之一;高辛烷值燃料提高了燃油的抗爆性,使汽缸内燃烧前压力由2~3逐步增加到5~6,甚至8~9,既提高了升功率,又降低了耗油率。

从20世纪20年代中期开始,气冷发动机发展迅速,但液冷发动机仍有一席之地在此期间,在整流罩解决了阻力和冷却问题后,气冷星型发动机由于有刚性大,重量轻,可靠性、维修性和生存性好,功率增长潜力大等优点而得到迅速发展,并开始在大型轰炸机、运输机和对地攻击机上取代液冷发动机。在20世纪20年代中期,美国莱特公司和普·惠公司先后发展出单排的旋风和飓风以及黄蜂和大黄蜂发动机,最大功率超过400kW,功重比超过1kW/daN。到第二次世界大战爆发时,由于双排气冷星型发动机的研制成功,发动机功率已提高到600~820kW。此时,螺旋桨战斗机的飞行速度已超过500km/h,飞行高度达10000m。

在第二次世纪大战期间,气冷星型发动机继续向大功率方向发展。其中比较著名的有普·惠公司的双排双黄蜂((R-2800)和四排巨黄蜂(R-4360)。前者在1939年7月1日定型,开始时功率为1230kW, 共发展出5个系列几十个改型,最后功率达到2088kW,用于大量的军民用飞机和直升机。单单为P-47战斗机就生产了24000台R-2800发动机,其中P-47 J的最大速度达805km/h。虽然有争议,但据说这是第二次世界大战中飞得最快的战斗机。这种发动机在航空史上占有特殊的地位。在航空博物馆或航空展览会上,R-2800总是放置在中央位置。甚至有的航空史书上说,如果没有R-2800发动机,在第二次世界大战中盟国的取胜要困难得多。后者有四排28个汽缸,排量为71.5L,功率为2200~3000kW, 是世界上功率最大的活塞式发动机,用于一些大型轰炸机和运输机。1941年,围绕六台R-4360发动机设计的B-36轰炸机是少数推进式飞机之一,但未投入使用。

莱特公司的R-2600和R-3350发动机也是很有名的双排气冷星型发动机。前者在1939推出,功率为1120kW,用于第一架载买票旅客飞越大西洋的波音公司快帆314型四发水上飞机以及一些较小的鱼雷机、轰炸机和攻击机。后者在1941年投入使用,开始时功率为2088kW,主要用于著名的B-29空中堡垒战略轰炸机。R-3350在战后发展出一种重要改型--涡轮组合发动机。发动机的排气驱动三个沿周向均布的废气涡轮,每个涡轮在最大状态下可发出150kW的功率。这样,R-3350的功率提高到2535kW,耗油率低达0.23kg/(kW·h)。1946年9月,装两台R-3350涡轮组合发动机的P2V1海王星飞机创造了18090km的空中不加油的飞行距离世界纪录。液冷发动机与气冷发动机之间的竞争在第二次世界大战中仍在继续。液冷发动机虽然有许多缺点,但它的迎风面积小,对高速战斗机特别有利。而且,战斗机的飞行高度高,受地面火力的威胁小,液冷发动机易损的弱点不突出。所以,它在许多战斗机上得到应用。例如,美国在这次大战中生产量最大的5种战斗机中有4种采用液冷发动机。其中,值得一提的是英国罗-罗公司的梅林发动机。它在1935年11月在飓风战斗机上首次飞行时,功率达到708kW;1936年在喷火战斗机上飞行时,功率提高到783kW。

这两种飞机都是第二次世界大战期间有名的战斗机,速度分别达到624km/h和750km/h。梅林发动机的功率在战争末期达到1238kW,甚至创造过1491kW的纪录。美国派克公司按专利生产了梅林发动机,用于改装P-51野马战斗机,使一种平常的飞机变成战时最优秀的战斗机。野马战斗机采用一种不常见的五叶螺旋桨,安装梅林发动机后,最大速度达到760km/h,飞行高度为15000m。除具有当时最快的速度外,野马战斗机的另一个突出的优点是有惊人的远航能力,它可以把盟军的轰炸机一直护送到柏林。到战争结束时,野马战斗机在空战中共击落敌机4950架,居欧洲战场的首位。而在远东和太平洋战场上,则是由于装备了气冷发动机的F6F地狱猫战斗机的参战,才结束了日本零式战斗机的霸主地位。航空史学界把野马飞机看作螺旋桨战斗机的顶峰之作。

在第二次世界大战开始之后和战后的最主要的技术进展有直接注油、涡轮组合发动机和低压点火。

在两次世界大战的推动下,发动机的性能提高很快,单机功率从不到10 kW增加到2500 kW左右,功率重量比从0.11 kW/daN 提高到1.5 kW/daN左右,升功率从每升排量几千瓦增加到四五十千瓦,耗油率从约0.50 kg/(kW·h)降低到0.23~0.27 kg/(kW·h)。翻修寿命从几十小时延长到2000~3000h。到第二次世界大战结束时,活塞式发动机已经发展得相当成熟,以它为动力的螺旋桨飞机的飞行速度从16km/h提高到近800 km/h,飞行高度达到15000 m。可以说,活塞式发动机已经达到其发展的顶峰。

喷气时代的活塞式发动机

在第二次世界大战结束后,由于涡轮喷气发动机的发明而开创了喷气时代,活塞式发动机逐步退出主要航空领域,但功率小于370 kW的水平对缸活塞式发动机发动机仍广泛应用在轻型低速飞机和直升机上,如行政机、农林机、勘探机、体育运动机、私人飞机和各种无人机,旋转活塞发动机在无人机上崭露头角,而且美国NASA还正在发展用航空煤油的新型二冲程柴油机供下一代小型通用飞机使用。

美国NASA已经实施了一项通用航空推进计划,为未来安全舒适、操作简便和价格低廉的通用轻型飞机提供动力技术。这种轻型飞机大致是4~6座的,飞行速度在365 km/h左右。一个方案是用涡轮风扇发动机,用它的飞机稍大,有6个座位,速度偏高。另一个方案是用狄塞尔循环活塞式发动机,用它的飞机有4个座位,速度偏低。对发动机的要求为: 功率为150 kW; 耗油率0.22 kg/(kW·h); 满足未来的排放要求; 制造和维修成本降低一半。到2000年,该计划已经进行了500h以上的发动机地面试验,功率达到130 kW,耗油率0.23 kg/(kW·h)。

燃气涡轮发动机时期

第二个时期从第二次世界大战结束至今。60年来,航空燃气涡轮发动机取代了活塞式发动机,开创了喷气时代,居航空动力的主导地位。在技术发展的推动下(见表1),涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、桨扇发动机和涡轮轴发动机在不同时期在不同的飞行领域内发挥着各自的作用,使航空器性能跨上一个又一个新的台阶。

涡喷/涡扇发动机

英国的惠特尔和德国的奥海因分别在1937年7月14日和1937年9月研制成功离心式涡轮喷气发动机WU和HeS3B。前者推力为530daN,但1941年5月15日首次试飞的格罗斯特公司E28/39飞机装的是其改进型W1B,推力为540daN,推重比2.20。后者推力为490daN,推重比1.38,于1939年8月27日率先装在亨克尔公司的He-178飞机上试飞成功。这是世界上第一架试飞成功的喷气式飞机,开创了喷气推进新时代和航空事业的新纪元。

世界上第一台实用的涡轮喷气发动机是德国的尤莫-004,1940年10月开始台架试车,1941年12月推力达到980daN,1942年7月18日装在梅塞施米特Me-262飞机上试飞成功。自1944年9月至1945年5月,Me-262共击落盟军飞机613架,自己损失200架(包括非战斗损失)。英国的第一种实用涡轮喷气发动机是1943年4月罗·罗公司推出的威兰德,推力为755daN,推重比2.0。该发动机当年投入生产后即装备流星战斗机,于1944年5月交给英国空军使用。该机曾在英吉利海峡上空成功地拦截了德国的V-1导弹。

战后,美、苏、法通过买专利,或借助从德国取得的资料和人员,陆续发展了本国第一代涡轮喷气发动机。其中,美国通用电气公司的J47轴流式涡喷发动机和苏联克里莫夫设计局的RD-45离心式涡喷发动机的推力都在2650daN左右,推重比为2~3,它们分别在1949年和1948年装在F-86和米格-15战斗机上服役。这两种飞机在朝鲜战争期间展开了你死我活的空战。 20世纪50年代初,加力燃烧室的采用使发动机在短时间内能够大幅度提高推力,为飞机突破声障提供足够的推力。典型的发动机有美国的J57和苏联的RD-9B,它们的加力推力分别为7000daN和3250daN,推重比各为3.5和4.5。它们分别装在超声速的单发F-100和双发米格-19战斗机上。

在50年代末和60年代初,各国研制了适合M2以上飞机的一批涡喷发动机,如J79、J75、埃汶、奥林帕斯、阿塔9C、R-11和R-13,推重比已达5~6。在60年代中期还发展出用于M3一级飞机的J58和R-31涡喷发动机。到70年代初,用于协和超声速客机的奥林帕斯593涡喷发动机定型,最大推力达到17000daN。从此再没有重要的涡喷发动机问世。

涡扇发动机的发展源于第二次世界大战。世界上第一台运转的涡轮风扇发动机是德国戴姆勒-奔驰研制的DB670(或109-007),于1943年4月在实验台上达到840千克推力,但因技术困难及战争原因没能获得进一步发展。世界上第一种批量生产的涡扇发动机是1959年定型的英国康维,推力为5730daN,用于VC-10、DC-8和波音707客机。涵道比有0.3和0.6两种,耗油率比同时期的涡喷发动机低10%~20%。1960年,美国在JT3C涡喷发动机的基础上改型研制成功JT3D涡扇发动机,推力超过7700daN,涵道比1.4,用于波音707和DC-8客机以及军用运输机。

以后,涡扇发动机向低涵道比的军用加力发动机和高涵道比的民用发动机的两个方向发展。在低涵道比军用加力涡扇发动机方面,20世纪60年代,英、美在民用涡扇发动机的基础上研制出斯贝-MK202和TF30,分别用于英国购买的鬼怪F-4M/K战斗机和美国的F111(后又用于F-14战斗机)。它们的推重比与同时期的涡喷发动机差不多,但中间耗油率低,使飞机航程大大增加。在70~80年代,各国研制出推重比8一级的涡扇发动机,如美国的F!00、F404、F110,西欧三国的RB199,前苏联的RD-33和AL-31F。它们装备在一线的第三代战斗机,如F-15、F-16、F-18、狂风、米格-29和苏-27。推重比10一级的涡扇发动机已研制成功,即将投入服役。它们包括美国的F-22/F119、西欧的EFA2000/EJ200和法国的阵风/M88。其中,F-22/F119具有第四代战斗机代表性特征--超声速巡航、短距起落、超机动性和隐身能力。超声速垂直起飞短距着陆的JSF动力装置F136正在研制之中,预计将于2010~2012年投入服役。

自20世纪70年代第一代推力在20000daN以上的高涵道比(4~6)涡扇发动机投入使用以来,开创了大型宽体客机的新时代。后来,又发展出推力小于20000daN的不同推力级的高涵道比涡扇发动机,广泛用于各种干线和支线客机。10000~15000daN推力级的CFM56系列已生产13000多台,并创造了机上寿命超过30000h的记录。民用涡扇发动机依然投入使用以来,已使巡航耗油率降低一半,噪声下降20dB, CO、UHC、NOX分别减少70%、90%、45%。90年代中期装备波音777投入使用的第二代高涵道比(6~9)涡扇发动机的推力超过35000daN。其中,通用电气公司GE90-115B在2003年2月创造了56900daN的发动机推力世界纪录。普·惠公司正在研制新一代涡扇发动机PW8000,这种齿轮传动涡扇发动机,推力为11 000~16 000daN,涵道比11,耗油率下降9%。

涡桨/涡轴发动机

第一台涡轮螺旋桨发动机为匈牙利于1937年设计、1940年试运转的 Jendrassik Cs-1。该机原计划用于本国Varga RMI-1 X/H型双引擎侦察/轰炸机但该机项目被取消。1942年,英国开始研制本国第一台涡桨发动机罗尔斯-罗伊斯 RB.50 Trent。该机于1944年6月首次运转,经过633小时试车后于1945年9月20日安装在一台格罗斯特“流星”战斗机上,并做了298小时飞行实验。以后,英国、美国和前苏联陆续研制出多种涡桨发动机,如达特、T56、AI-20和AI-24。这些涡桨发动机的耗油率低,起飞推力大,装备了一些重要的运输机和轰炸机。美国在1956年服役的涡桨发动机T56/501,装于C-130运输机、P3-C侦察机和E-2C预警机。它的功率范围为2580~4414 kW ,有多个军民用系列,已生产了17000多台,出口到50多个国家和地区,是世界上生产数量最多的涡桨发动机之一,至今还在生产。前苏联的HK-12M的最达功率达11000kW,用于图-95熊式轰炸机、安-22军用运输机和图-114民用运输机。终因螺旋桨在吸收功率、尺寸和飞行速度方面的限制,在大型飞机上涡轮螺旋桨发动机逐步被涡轮风扇发动机所取代,但在中小型运输机和通用飞机上仍有一席之地。其中加拿大普·惠公司的PT6A发动机是典型代表,40年来,这个功率范围为350~1100kW的发动机系列已发展出30多个改型,用于144个国家的近百种飞机,共生产了30000多台。美国在90年代在T56和T406的基础上研制出新一代高速支线飞机用的AE2100是当前最先进的涡桨发动机,功率范围为2983~5966 kW,其起飞耗油率特低,为0.249 kg/(kW·h)。

在20世纪80年代后期,掀起了一阵性能上介于涡桨发动机和涡扇发动机之间的桨扇发动机热。一些著名的发动机公司都在不同程度上进行了预计和试验,其中通用电气公司的无涵道风扇(UDF)GE36曾进行了飞行试验。

从1950年法国透博梅卡公司研制出206 kW的阿都斯特Ⅰ型涡轴发动机并装备美国的S52-5直升机上首飞成功以后,涡轮轴发动机在直升机领域逐步取代活塞式发动机而成为最主要的动力形式。半个世纪以来,涡轴发动机已成功低发展出四代,功重比已从2kW/daN提高到6.8~7.1 kW/daN。第三代涡轴发动机是20世纪70年代设计,80年代投产的产品。主要代表机型有马基拉、T700-GE-701A和TV3-117VM,装备AS322超美洲豹、UH-60A、AH-64A、米-24和卡-52。第四代涡轴发动机是20世纪80年代末90年代初开始研制的新一代发动机,代表机型有英、法联合研制的RTM322、美国的T800-LHT-800、德法英联合研制的MTR390和俄罗斯的TVD1500,用于NH-90、EH-101、WAH-64、RAH-66科曼奇、PAH-2/HAP/HAC虎和卡-52。世界上最大的涡轮轴发动机是乌克兰的D-136,起飞功率为7500 kW,装两台发动机的米-26直升机可运载20 t的货物。以T406涡轮轴发动机为动力的倾转旋翼机V-22突破常规旋翼机400 km/h的飞行速度上限,一下子提高到638 km/h。

航空燃气涡轮发动机问世以后的60年来在技术上取得的重大进步可用下列数字表明:

服役的战斗机发动机推重比从2提高到7~9,已经定型并即将投入使用的达9~10。民用大涵道比涡扇发动机的最大推力已超过50000 daN,巡航耗油率从50年代涡喷发动机1.0 kg/(daN·h)下降到0.55 kg/(daN·h), 噪声已下降20dB,CO、UHC和NOx分别下降70%、90%和45%。

服役的直升机用涡轴发动机的功重比从2kW/daN提高到4.6~6.1 kW/daN,已经定型并即将投入使用的达6.8~7.1 kW/daN。

发动机可靠性和耐久性倍增,军用发动机空中停车率一般为0.2~0.4/1 000发动机飞行小时,民用发动机为0.002~0.02/1 000发动机飞行小时。战斗机发动机整机定型要求通过4300~6000TAC循环试验,相当于平时使用10多年,热端零件寿命达到2 000h;民用发动机热端部件寿命,为7000~10000 h,整机的机上寿命达到15000~20 000 h,也相当使用10年左右。

总之,航空涡轮发动机已经发展得相当成熟,为各种航空器的发展作出了重要贡献,其中包M3一级的战斗/侦察机,具有超声速巡航、隐身、短距起落和超机动能力的战斗机、亚声速垂直起落战斗机、满足180min 双发干线客机延长航程(ETOPS)要求的宽体客机、有效载重大20t的巨型直升机和速度超过600km/h的倾转旋翼机。同时,还为各种航空改型轻型地面燃气轮机打下基础。

关于《发动机的进化历程》的介绍到此就结束了。

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文章名称:《发动机的进化历程》
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