2025年大學(xué)《航空運動》專業(yè)題庫——航空器發(fā)動機節(jié)能技術(shù)考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題3分，共15分）1.發(fā)動機耗油率2.湍流損失3.稀薄燃燒4.葉尖間隙密封5.混合動力推進系統(tǒng)二、判斷題（每題2分，共10分，正確的劃“√”，錯誤的劃“×”）1.發(fā)動機的推力越大，其耗油率一定越高。（）2.提高燃燒室出口溫度是提升渦輪效率的有效途徑之一。（）3.使用復(fù)合材料制造發(fā)動機部件不能直接降低發(fā)動機的耗油率。（）4.可變循環(huán)發(fā)動機通過改變發(fā)動機的主要幾何參數(shù)來適應(yīng)不同的飛行狀態(tài)，以實現(xiàn)更高的整體效率。（）5.氫燃料在航空發(fā)動機中的應(yīng)用主要障礙是其能量密度較低。（）三、填空題（每空2分，共20分）1.發(fā)動機性能的主要評價指標(biāo)是______和______。2.降低發(fā)動機內(nèi)部流動損失的主要途徑包括減小______損失和______損失。3.為提高壓氣機效率，常采用______葉型和______等先進技術(shù)。4.渦輪冷卻技術(shù)是提升______效率的關(guān)鍵手段之一。5.目前航空發(fā)動機節(jié)能技術(shù)的研究熱點包括______、先進燃燒技術(shù)和______等。四、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述影響航空器發(fā)動機熱效率的主要因素。2.比較可調(diào)葉片壓氣機和固定葉片壓氣機在性能上的主要區(qū)別。3.簡述采用輕量化材料制造發(fā)動機部件對節(jié)能的益處。4.簡述氫燃料在航空發(fā)動機中應(yīng)用面臨的主要挑戰(zhàn)。五、論述題（每題10分，共20分）1.論述提高燃燒室效率對航空器發(fā)動機節(jié)能的意義，并簡述實現(xiàn)高效率燃燒技術(shù)的主要方向。2.結(jié)合你所了解的航空發(fā)動機技術(shù)發(fā)展趨勢，論述混合動力技術(shù)在未來航空運動領(lǐng)域應(yīng)用的潛力和前景。試卷答案一、名詞解釋1.發(fā)動機耗油率:指發(fā)動機產(chǎn)生單位推力所消耗的燃料質(zhì)量，常用單位為克/秒/千牛（g/s/kN），是衡量發(fā)動機經(jīng)濟性的核心指標(biāo)。*解析思路：考查基本概念。耗油率直接反映了發(fā)動機的燃油效率，耗油率越低，表示發(fā)動機越節(jié)能。題目要求解釋其定義、單位及意義。2.湍流損失:指發(fā)動機內(nèi)部高速氣流在流過葉片通道、燃燒室等部件時，由于氣流受到擾動、速度分布不均勻而造成的能量損失，通常表現(xiàn)為壓力損失和溫度升高。*解析思路：考查流體力學(xué)和熱力學(xué)在發(fā)動機內(nèi)的應(yīng)用。湍流是影響內(nèi)部流動損失的主要因素之一，理解其產(chǎn)生原因和表現(xiàn)形式是關(guān)鍵。3.稀薄燃燒:指將空氣與燃料的混合比例顯著提高（空氣量遠大于理論空燃比），從而在較低的溫度下進行燃燒的一種技術(shù)，旨在降低燃燒溫度以減少氮氧化合物（NOx）排放，并可能提高燃燒效率。*解析思路：考查先進燃燒技術(shù)概念。稀薄燃燒是現(xiàn)代發(fā)動機節(jié)能和環(huán)保技術(shù)的重要方向，理解其定義、原理（低溫燃燒）和目的（節(jié)能、環(huán)保）是核心。4.葉尖間隙密封:指在壓氣機或渦輪的葉輪（轉(zhuǎn)子）與機匣（定子）之間形成的環(huán)形間隙，以及采用各種密封結(jié)構(gòu)（如可調(diào)靜子葉片、迷宮密封等）來減少氣流通過該間隙泄漏的損失。*解析思路：考查發(fā)動機結(jié)構(gòu)和工作原理。葉尖間隙是發(fā)動機內(nèi)部主要的損失來源之一，葉尖間隙密封技術(shù)是降低此類損失的關(guān)鍵技術(shù)，題目要求解釋其定義、位置和作用。5.混合動力推進系統(tǒng):指將傳統(tǒng)航空發(fā)動機（或燃氣輪機）與電力驅(qū)動系統(tǒng)（如電動機、電池）相結(jié)合的推進系統(tǒng)，通過合理協(xié)調(diào)兩者工作，以實現(xiàn)更高的燃油經(jīng)濟性、更低的排放或更長的航程。*解析思路：考查新型推進技術(shù)概念。混合動力是未來航空發(fā)展的重要方向，理解其基本構(gòu)成（發(fā)動機+電力系統(tǒng)）和優(yōu)勢（節(jié)能、環(huán)保）是關(guān)鍵。二、判斷題1.×*解析思路：發(fā)動機耗油率是衡量經(jīng)濟性的指標(biāo)，而推力是衡量能力的指標(biāo)?，F(xiàn)代發(fā)動機技術(shù)追求的是在滿足所需推力的前提下，盡可能降低耗油率。高推力發(fā)動機（如大型客機發(fā)動機）往往通過增加結(jié)構(gòu)和重量來實現(xiàn)，其單位推力耗油率可能并不高，甚至低于一些小功率發(fā)動機。因此，兩者沒有必然的正比關(guān)系。2.√*解析思路：根據(jù)熱力學(xué)原理，提高燃燒溫度可以在理想情況下提高熱效率（根據(jù)卡諾定理，理論上效率與最高溫度成正比）?，F(xiàn)代發(fā)動機通過優(yōu)化燃燒室設(shè)計和采用富氧燃燒等方式，努力提高燃燒溫度，同時配合先進的渦輪技術(shù)來承受更高的溫度，從而提升效率。3.×*解析思路：雖然復(fù)合材料密度低，但通過優(yōu)化設(shè)計和結(jié)構(gòu)布局，可以顯著減輕發(fā)動機的總體重量。根據(jù)功=力×距離（或推力×航程=功），在相同推力和相同航程下，更輕的發(fā)動機需要做的功更少，如果發(fā)動機效率不變或提升，則總的能量消耗（燃油）會減少。因此，輕量化材料的應(yīng)用是發(fā)動機節(jié)能的重要途徑之一。4.√*解析思路：可變循環(huán)發(fā)動機的核心特點就是能夠根據(jù)飛行狀態(tài)（如起飛、爬升、巡航、著陸）自動或人工調(diào)整發(fā)動機的關(guān)鍵幾何參數(shù)（如壓氣機和渦輪的葉片角度、可調(diào)靜子葉片位置等），以始終工作在對應(yīng)狀態(tài)下的最高效率點，從而實現(xiàn)整體燃油效率的提升。5.×*解析思路：氫氣雖然燃燒熱值高，但其密度遠低于傳統(tǒng)航空煤油。在相同體積或重量下，氫的能量密度非常低，這意味著需要攜帶巨大的儲氫系統(tǒng)才能提供與燃油相當(dāng)?shù)暮匠?。目前的主要挑?zhàn)是儲氫技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施，而非能量密度本身。題目表述相反。三、填空題1.推力，耗油率*解析思路：考查發(fā)動機性能的基本評價指標(biāo)。推力是發(fā)動機的主要輸出，耗油率是衡量其經(jīng)濟性的指標(biāo)，兩者是評價發(fā)動機性能最核心的兩個方面。2.摩擦，耗散*解析思路：考查流體力學(xué)和能量損失類型。發(fā)動機內(nèi)部氣流流動伴隨著摩擦阻力和流體耗散（如激波、渦流等），這些都會將機械能或內(nèi)能轉(zhuǎn)化為不可用的熱能，造成性能損失。3.先進葉型，可調(diào)靜子葉片*解析思路：考查壓氣機技術(shù)。提高壓氣機效率的關(guān)鍵在于減少流動損失和沖擊損失。采用更優(yōu)化的葉型（如低損失葉型）和可調(diào)靜子葉片（根據(jù)流量和壓力變化調(diào)整角度，減小損失）是兩種重要的技術(shù)手段。4.渦輪，總壓*解析思路：考查渦輪技術(shù)和熱力學(xué)。渦輪效率直接關(guān)系到從熱氣體中提取功的能力。提高渦輪效率需要降低內(nèi)部損失，而冷卻技術(shù)是減少渦輪高溫部件（尤其是葉根和葉尖）的熱負(fù)荷、允許提高進口溫度或運行在更高效率區(qū)間（在相同溫度下）的關(guān)鍵。提高效率通常意味著提高總壓比和總溫比。5.新材料，先進熱管理*解析思路：考查當(dāng)前研究熱點。發(fā)動機節(jié)能技術(shù)的未來發(fā)展方向包括更輕、更強、耐更高溫度的材料應(yīng)用，以及更有效的熱量回收和管理技術(shù)（如先進冷卻、熱電轉(zhuǎn)換等）。四、簡答題1.影響航空器發(fā)動機熱效率的主要因素包括：燃燒過程的完善程度（燃燒損失、未燃碳氫化合物排放）、氣流通過發(fā)動機各部件的流動損失（摩擦損失、湍流損失、沖擊損失、泄漏損失等）、熱量損失（冷卻損失、散熱損失）以及循環(huán)參數(shù)的選擇（如總壓比、總溫比）。*解析思路：考查熱力學(xué)和發(fā)動機原理的綜合理解。要求列出影響效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并簡要說明其影響。核心在于理解能量在轉(zhuǎn)換過程中各種形式的損失。2.可調(diào)葉片壓氣機通過改變靜子葉片的角度來適應(yīng)不同的運行工況（如流量變化），從而在整個工作范圍內(nèi)都能保持較高的氣流角匹配和較低的損失。固定葉片壓氣機則其葉片角度固定，只能在設(shè)計點附近獲得較高效率，在偏離設(shè)計點時效率會顯著下降。因此，可調(diào)葉片壓氣機具有更寬的穩(wěn)定工作范圍和更高的平均效率，但結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，成本更高。*解析思路：考查壓氣機分類和原理比較。要求指出兩者的結(jié)構(gòu)區(qū)別（葉片角度是否可調(diào)）及其帶來的性能差異（效率、工作范圍）。3.采用輕量化材料制造發(fā)動機部件對節(jié)能的益處主要體現(xiàn)在：減少發(fā)動機的轉(zhuǎn)動慣量和結(jié)構(gòu)重量，從而降低啟動加速所需的能量；減輕飛機整體重量，在相同飛行任務(wù)下，可以減少飛行所需的總能量；提高發(fā)動機的推重比，可能允許使用更小、更輕的發(fā)動機實現(xiàn)相同推力，進一步降低重量和油耗。*解析思路：考查結(jié)構(gòu)材料與節(jié)能的關(guān)系。要求從發(fā)動機本身和飛機整體兩個層面闡述輕量化材料帶來的節(jié)能效果。4.氫燃料在航空發(fā)動機中應(yīng)用面臨的主要挑戰(zhàn)包括：氫氣的極低密度導(dǎo)致需要巨大的儲氫系統(tǒng)，增加飛機重量和復(fù)雜性；氫氣的高易燃易爆性對發(fā)動機的設(shè)計、制造、測試和維護提出了極高的安全要求；現(xiàn)有的航空煤油供應(yīng)鏈難以直接適應(yīng)氫燃料的應(yīng)用，需要建立全新的加注和儲運體系；氫燃料在發(fā)動機內(nèi)的燃燒特性（如火焰速度、著火極限）與煤油不同，需要對發(fā)動機燃燒室等部件進行重大適應(yīng)性改造。*解析思路：考查新能源技術(shù)的挑戰(zhàn)。要求列舉氫燃料作為航空燃料的主要技術(shù)難點和工程障礙。五、論述題1.提高燃燒室效率對航空器發(fā)動機節(jié)能具有極其重要的意義，因為燃燒室是發(fā)動機中將燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的核心部件，其效率直接決定了進入渦輪做功的熱氣總能量和溫度。更高的燃燒效率意味著可以用更少的燃料產(chǎn)生相同或更多的熱量，從而顯著降低發(fā)動機的耗油率，提高經(jīng)濟性。實現(xiàn)高效率燃燒技術(shù)的主要方向包括：采用先進的燃燒穩(wěn)定技術(shù)（如分路燃燒、富氧燃燒、微爆燃燒等）以維持穩(wěn)定、低損失的高空燃比或稀薄燃燒；優(yōu)化燃燒室結(jié)構(gòu)（如減少表面積、采用多級燃燒等）以減少熱損失和流動損失；精確控制燃料噴射和氣流組織，以實現(xiàn)更均勻、更完全的燃燒。*解析思路：首先闡述燃燒效率的核心作用（決定熱能產(chǎn)生和油耗），然后論述提高效率的必要性。最后重點論述實現(xiàn)高效率燃燒的主要技術(shù)途徑，要求覆蓋到燃燒原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制策略等多個方面。2.混合動力技術(shù)（如渦輪電聯(lián)合動力、混合動力螺旋槳/噴氣發(fā)動機）在未來航空運動領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力和前景。其潛力體現(xiàn)在：通過電機輔助，可以在起飛、爬升等高功率需求階段提供額外推力，顯著提升性能，同時發(fā)動機可以工作在更經(jīng)濟的巡航狀態(tài)；在低功率需求時（如巡航、滑行），甚至可以由電機單獨驅(qū)動，大幅降低油耗和排放；具備更高的可靠性和冗余度，例如在發(fā)動機出現(xiàn)故障時，電機仍可提供部分動力；可能更容易集成先進技術(shù)（如電驅(qū)動風(fēng)扇）。前景方面，隨著電池能量密度、功率密度和成本的