飛機與發動機應怎樣進行匹配設計？

01-16

不同的航空發動機總是對應匹配不同的飛機，他們之間的匹配設計關係都包括哪些內容？（軍用民用）

………………補充了一些………………

飛機設計時主要就是它在一定重量下想飛多高，飛多快，就是飛行高度和飛行速度。所以它需要一定推力和推重比的發動機。而推力和推重比是發動機的兩個指標。

飛機還有航程，這就要求發動機的特定耗油率，而耗油率是發動機的第三個指標。

飛機還有可靠性，壽命，維修性等，這也對應發動機的可靠性，壽命，維修性指標。

飛行包線：縱坐標飛行高度，橫坐標飛行速度，

飛行高度和飛行速度有一定聯繫，所以飛行包線是類似一個長方形。

發動機就在飛行包線里最常用高度，速度找個點，以此為設計點，然後以推力，耗油率，推重比（也就是控制發動機重量）為指標進行總體氣動設計，確定發動機流量，壓氣機壓比效率穩定裕度，燃燒室總溫，渦輪膨脹比效率，還有進氣道靜壓增壓比總壓損失，噴管膨脹比總壓損失。

然後每個部件分別進行設計，壓氣機和渦輪需要互相匹配，它們兩個轉速相同，功率相同，流量相同(不考慮燃油流量的話)。他們與燃燒室匹配，即流量，總溫的匹配，不能超溫，否則渦輪受不了。

這樣三大部件匹配好了，就是核心機搞好了，即燃氣發生器。

匹配進氣道和尾噴管，主要就是流量和速度的匹配，進氣道要滿足氣流無損失進入，以及把氣流減速到壓氣機能承受的特定速度；尾噴管要滿足把燃氣流出，以及把燃氣加速到設計速度的目標。

進氣道由飛行高度速度及壓氣機進氣速度為條件設計，尾噴管由渦輪出口總溫總壓和排氣速度及大氣壓為條件設計。

這是傳統渦噴發動機。

對於渦扇發動機還得確定涵道比，風扇壓比效率，低壓渦輪膨脹比效率。

對於氣膜冷卻渦輪，還得確定從壓氣機的抽氣量。

對於軍用發動機還得確定加力燃燒室總溫。

由於戰機飛行包線比民機大得多（就是飛行高度和飛行速度變化範圍大得多），為了儘可能適應整個包線，發展到現在的變循環發動機，就是至少兩個設計點，發動機可以主要通過改變涵道比，轉速，燃燒室總溫等等來在兩個設計點間切換，以更加省油，從而增加飛機航程。

其實傳統的帶加力燃燒室的渦噴渦扇發動機也能算是變循環，就是緊急情況下持續時間很短的變循環。

目前唯一試飛成功的變循環發動機是當年GE的F120發動機，它可以在渦扇和近似渦噴兩個設計點間切換（涵道比切換），由於結構較傳統發動機更加複雜，軍方擔心它的可靠性，所以競標時輸給了PW的F119，但是它是目前下一代發動機的發展趨勢。

哈哈，謝邀^_^

謝謝邀請。但作為學生對這個問題不會有太深的理解，且飛機與發動機的匹配問題可能飛行器設計專業的同學考慮的要更多一些，因此我也只能就我的理解簡單的回答一下，或許會有一些錯漏之處。

發動機/飛機一體化設計是以飛機性能要求為約束條件，以完成任務所對應的最小飛機起飛總重為最優目標（來源於航發原的課堂筆記）。個人理解，航空發動機與飛機的匹配大致可以從三個方面來看：性能匹配，結構匹配和控制。

首先看性能匹配，如果只從匹配這個角度來看的話，就是發動機的性能要滿足飛行任務剖面。簡單來講，例如民機就是能滿足起飛——（加速）爬升——巡航——（減速）下滑——著陸等需求，對於航空發動機來講主要著眼於推力/推重比/功率和耗油率上（以及由此帶來的設計點和各設計參數的選取，展開來講的話，請看@warrior310同學的回答）。除此以外，如果是軍機的話，為了滿足作戰的需求，對發動機的穩定工作裕度要求要高於民機。而至於壽命、維修性等指標個人理解更傾向於發動機設計時本身就要滿足的設計要求，而非與飛機進行的匹配。

結構方面則要求飛機的氣動中心與飛機整體的重心盡量重合，從而盡量減小力矩。這就對發動機的重量有一定的要求，有時由於發動機的設計問題導致氣動中心和重心相距較遠還需要額外加配重。此外，發動機的體積（一般來講要求的是外徑）也需要與飛機的設計相匹配，當發動機的懸掛位置較低時，外徑較大的發動機的底部可能接觸地面，這時就得修改發動機的外罩形狀，導致阻力增加。

控制方面我接觸的很少，只知道發動機控制系統的研發周期與發動機的所以其餘部件的研發周期是同等量級的，可見其重要性。

當然除此以外發動機與飛機的匹配問題需要考慮的方面還有很多，但限於知識面我也只能回答到這裡，期待已經參加過設計工作的前輩們的回答。

謝謝.

主要考慮的因素包括飛行速度,航空器重量,體積,功率,溫度,效率.

其中最主要的是飛行速度,這決定了氣體流入發動機的速度.低於音速,接近音速,和超音速對於發動機入口幾何設計還有發動機燃燒以及旁通的設計會有很大的不同.

低旁通類型的(旁通部分空氣不參與燃燒)噴氣式一般適合軍用,高旁通的用與民用,因為高旁通對燃油效率有幫助.

另外,老飛機和一些低速的直升機甚至會用活塞式發動機.

大概說下吧:

軍用飛機：

1）按飛機的飛行速度範圍來選發動機。根據飛機設計要求規定的使用飛行包線，主要是最大飛行速度選擇合適的發動機類型。例如，對最大飛機M數為2.0左右的戰鬥機，一般選用帶加力的渦扇發動機。

2）按飛機的主要使用任務來選發動機。對軍用轟炸機或運輸機，主要使用任務為超音速或亞聲速巡航。對戰鬥機，既要亞聲速或超聲速巡航飛行，也要進行跨聲速/超聲速機動空戰，因此，要根據空戰和巡航的高度速度範圍，挑選合適的發動機。例如選用渦扇發動機，對於突出航程、作戰半徑及巡航性能的飛機，可以選涵道比稍大一些的發動機，對於突出機動性或飛行最大速度的飛機可選涵道比稍小一些的發動機。

3）對軍用運輸飛機設計，當確定飛機重量、性能及發動機推力時，發動機的數量就比較好確定。對戰鬥機，主要依靠飛機起飛重量與推重比的要求及使用維護、安全性要求來確定單發或雙發的設計方案。

民用飛機：

1）飛機的飛行速度。飛機正常飛行馬赫數在0.6以下，以螺旋槳驅動的推進效率較高。當馬赫數大於0.6時，多採用渦噴和渦扇或槳扇發動機。

2）燃料的燃油消耗率。

3）發動機的重量。

4）相對尺寸。

5）發動機成本。看飛機成本。

6）維護和修理。比如渦槳一般比活塞發動機翻修壽命長。

7）環境要求。一般渦槳飛機比活塞飛機雜訊低，震動小，渦扇比槳扇、渦噴發動機雜訊要低。污染方面，噴氣推進的比螺旋槳肯定要大很多。舒適性上面，渦扇發動機比其他類型的發動機都要好得多。

這種問題直接看馬丁利那本航空發動機設計就好。當然，真正的一體化設計涉及的內容比那上面的多。單就性能匹配而言，那本書講得算是比較詳細了。