4.4喷气发电机 教案 (2)
文档属性
| 名称 | 4.4喷气发电机 教案 (2) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 556.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2017-01-04 21:36:20 | ||
图片预览
文档简介
4.4喷气发电机
教案
【教学课题】
喷气发电机
【教学目标】
1.
知识目标
了解喷气发电机的发明过程、它的基本工作原理。
知道空气喷气发动机的类型、构造特点和类型。
知道火箭发动机和喷气发动机的差别怎样提高它的工作速度，知道多级火箭的构造和工作过程。
2.
能力目标
能够分析喷气发动机的优缺点以及适合于什么样的领域和复试内燃机的差异。
了解并能够知道火箭发动机的构造。
3.
情感态度与价值观
通过对喷气发动机的认识和了解激发学生钻研科学的兴趣，并能够积极的认识到火箭等一些航天事业当中机器的机密度的高要求。
【教学安排】
90分钟
【教学重难点】
重点：火箭发动机和喷气发动机的差别。
难点：喷气发电机的类型和工作原理
【教学方法】
教法：物理教学是以实验探究为基础的，重在启发思维，教会方法。本节课利用多媒体辅助教学、创设情景──观察──分析──猜想──实验探究──交流讨论──归纳总结相结合的教学方法。
学法：学生是课堂教学的主体，新课程理念更重视在教学过程中对学生的学法指导。本节课的教学过程中通过观察生活中的常见形变，巧用引导性提问，激发学生的积极性，让学生在轻松、自主、讨论的学习氛围中总结出本节的主要内容从而完成学习任务。
【教学用具】
投影仪、投影片
【教学内容】
一、喷气发动机的问世
第二次世界大战结束以前，都是采用的活塞式发动机来驱动螺旋桨传动的。因此，那时候飞机的速度非常的慢，为了提高飞机的飞行速度，提出问题：应该采取什么样的方式能够提高飞机的速度呢？
如果飞机的速度能够超过用活塞式发动机来驱动螺旋桨的飞机的最快速度，螺旋桨传动是所受阻力大大增加，效率锐减。而且，高空空气稀薄，活塞内燃机的燃料燃烧率降低，螺旋桨产生的牵引力也随之减小。
所以，为了提高飞行器的速度和高度，要发明一种自重小，功率大，在稀薄空气中，甚至在真空中能仍然产生很大推力的新型发动机——喷气发动机。
1、喷气发动机
喷气发动机是一种内燃式热机，燃料在燃室中燃烧，燃气向后喷射，从而推动物体向前做功。
2、工作原理
不需要活塞，燃料燃烧产生的燃气直接向后喷出，发动机利用喷出气体的反冲做功，推动飞行器前进。
3、喷气发动机的分类
空气喷气发动机——利用外界空气
火箭喷气发动机——自身携带氧化剂，工作时不需要空气。
2、空气喷气发动机
1、基本原理及其分类
空气喷气发动机是用气体从尾部高速喷出时所产生反冲的推力来推动机身前进的机械，以空气作为工作主要组元的一种喷气航空发动机。其特点是工作过程中须从大气中吸入燃烧所必需的氧气，因此不适宜在空气稀薄的高空飞行。
发动机工作时，空气进入燃烧室前先行压缩，然后进入燃烧室与雾化了的燃料混合燃烧，成为具有很大能量的高温燃气，以高速从喷口向外喷出，使发动机产生反作用推力。
2、涡轮喷气发动机
涡轮喷气发动机是用涡轮带动压气机给空气增压。根据压气机的不同又可以分为：
离心式涡轮喷气发动机：使用离心叶轮作为压气机。这种压气机很简单，适合用比较差的材料制作，所以在早期应用很多。但是这种压气机阻力很大，压缩比低，并且发动机直径也很大，所以现在已经不再使用这种压气机。
轴流式涡轮喷气发动机：使用扇叶作为压气机。这样的发动机克服了离心式发动机的缺点，因此具有很高的性能。缺点是制造工艺苛刻。现在的高空高速飞机依然在使用轴流式涡喷发动机。
2、涡轮风扇发动机
涡轮风扇发动机（亦称涡扇发动机、涡轮扇发动机）是航空发动机的一种，由涡轮喷气发动机发展而成，略有不同。
涡轮风扇发动机主要特点是其首级压缩扇叶的面积大很多，除了作为压缩空气的用途之外，同时也具有螺旋桨的作用，能将部分吸入的空气通过喷气发动机的外围向后推。另外，为了避免喷出高温气体而损失能量，所以采取办法降低燃气的温度和喷气速度。
涡轮风扇发动机的优缺点：
优点：
1.耗油率低，经济性好。
2.推力大。主要原因是空气流量大，涵道比一般在0.6~1.5范围内，如果外涵道加力燃烧，推力会增加更多。
3.喷气速率降低，噪音小。
缺点：
发动机直径较粗，使得迎风面积加大，增加飞行时的阻力。
3、冲压式喷气发动机
冲压式喷气发动机原理：冲压发动机是利用高速气流在速度改变下产生的压力改变，达到气体压缩的目的原理来运作，工作原理同样包括空气压缩，空气与燃油混合燃烧，燃气膨胀喷出三个基本过程。结构上，有所改进，没有压气机和涡轮那样的转动部件，结构简单。
组成部分：进气道，燃烧室，尾喷管，燃油供给系统和自动调节系统。
（1）冲压式喷气发动机的特点：
冲压发动机本身没有活动的部分，气流从前端进气口进入发动机之后，利用涵道截面积的变化，让高速气流降低速度，并且提高气体压力。压缩过后的气体进入燃烧室，与燃料混合之后燃烧。由于冲压发动机维持运作的一个重要条件就是高速气流源源不决的从前方进入，因此发动机无法在低速或者是静止下继续运作，只能在一定的速度以上才可以产生推力。为了让冲压发动机加速到适合的工作速度，必须有其他的辅助动力系统自静止或者是低速下提高飞行速度，然后才点燃冲压发动机。
（2）冲压发动机适合的工作环境：
在2马赫与以上的速度，最低启动速度也大约是此界线，随着速度逐渐增加，气体的冲压效应在3马赫时效率会大幅压过涡轮喷气发动机，而此时的涡轮喷气发动机受限于超温往往已经无法运作了，但是冲压发动机在燃烧的阶段，进气气流的速度仍然需要经过激波减速在音速以下，否则燃烧过程将无法维持。
二、火箭喷气发动机
1、工作原理
火箭推进剂（包括燃烧剂和氧化剂）在燃烧室中发生化学反应，产生高温高压烟气，由冲量原理和牛顿第三定律可知，火箭发动机靠排出高温高速尾气来获得推力，从而获得加速度和速度。
2、化学火箭发动机分类
液体火箭发动机：主要推进剂①氧化剂包括液氧O2
液氟F2
硝酸HNO3过氧化氢H2O2
四氧化二氮N2O4
②燃烧剂包括液氢H2
航空煤油
肼及其衍生物N2H4(CH3)2N2H2
混胺
固体火箭发动机：聚氨酯、聚丁二烯、端羟基聚丁二烯、硝酸酯增塑聚醚等
固液火箭发动机：固态药柱燃烧剂、液态氧化剂
4、液体火箭发动机组成：
5、固体火箭发动机组成：
6、固液火箭发动机组成：
7、三种化学火箭的优缺点
液体火箭
两种液体推进剂由喷注器注入燃烧室并燃烧
燃烧效率可达99%；易于控制混合比；可节流
对泵的性能要求极高，设计花费很大；燃烧室壁热通量巨大,对冷却要求高
固体火箭
固态燃烧剂和氧化剂按一定比例混合做成药柱
结构简单，通常没有活动部件，推力变动程序可以预置在推进剂中
一旦点燃，在耗尽推进剂前很难熄灭；不能及时节流;易引起爆炸
固液火箭
固态燃烧剂做成药柱形式，而液态氧化剂由喷注器喷入燃烧室
结构简单；安全；可以节流和中途关机
某些氧化剂属于单组员推进剂，可能爆炸；固体推进剂的机械问题可能阻塞喷管
【课程小结】
1、喷气发动机是一种内燃式热机，燃料在燃室中燃烧，燃气向后喷射，从而推动物体向前做功。
2、喷气发动机的分类：
空气喷气发动机——利用外界空气
火箭喷气发动机——自身携带氧化剂，工作时不需要空气。
教案
【教学课题】
喷气发电机
【教学目标】
1.
知识目标
了解喷气发电机的发明过程、它的基本工作原理。
知道空气喷气发动机的类型、构造特点和类型。
知道火箭发动机和喷气发动机的差别怎样提高它的工作速度，知道多级火箭的构造和工作过程。
2.
能力目标
能够分析喷气发动机的优缺点以及适合于什么样的领域和复试内燃机的差异。
了解并能够知道火箭发动机的构造。
3.
情感态度与价值观
通过对喷气发动机的认识和了解激发学生钻研科学的兴趣，并能够积极的认识到火箭等一些航天事业当中机器的机密度的高要求。
【教学安排】
90分钟
【教学重难点】
重点：火箭发动机和喷气发动机的差别。
难点：喷气发电机的类型和工作原理
【教学方法】
教法：物理教学是以实验探究为基础的，重在启发思维，教会方法。本节课利用多媒体辅助教学、创设情景──观察──分析──猜想──实验探究──交流讨论──归纳总结相结合的教学方法。
学法：学生是课堂教学的主体，新课程理念更重视在教学过程中对学生的学法指导。本节课的教学过程中通过观察生活中的常见形变，巧用引导性提问，激发学生的积极性，让学生在轻松、自主、讨论的学习氛围中总结出本节的主要内容从而完成学习任务。
【教学用具】
投影仪、投影片
【教学内容】
一、喷气发动机的问世
第二次世界大战结束以前，都是采用的活塞式发动机来驱动螺旋桨传动的。因此，那时候飞机的速度非常的慢，为了提高飞机的飞行速度，提出问题：应该采取什么样的方式能够提高飞机的速度呢？
如果飞机的速度能够超过用活塞式发动机来驱动螺旋桨的飞机的最快速度，螺旋桨传动是所受阻力大大增加，效率锐减。而且，高空空气稀薄，活塞内燃机的燃料燃烧率降低，螺旋桨产生的牵引力也随之减小。
所以，为了提高飞行器的速度和高度，要发明一种自重小，功率大，在稀薄空气中，甚至在真空中能仍然产生很大推力的新型发动机——喷气发动机。
1、喷气发动机
喷气发动机是一种内燃式热机，燃料在燃室中燃烧，燃气向后喷射，从而推动物体向前做功。
2、工作原理
不需要活塞，燃料燃烧产生的燃气直接向后喷出，发动机利用喷出气体的反冲做功，推动飞行器前进。
3、喷气发动机的分类
空气喷气发动机——利用外界空气
火箭喷气发动机——自身携带氧化剂，工作时不需要空气。
2、空气喷气发动机
1、基本原理及其分类
空气喷气发动机是用气体从尾部高速喷出时所产生反冲的推力来推动机身前进的机械，以空气作为工作主要组元的一种喷气航空发动机。其特点是工作过程中须从大气中吸入燃烧所必需的氧气，因此不适宜在空气稀薄的高空飞行。
发动机工作时，空气进入燃烧室前先行压缩，然后进入燃烧室与雾化了的燃料混合燃烧，成为具有很大能量的高温燃气，以高速从喷口向外喷出，使发动机产生反作用推力。
2、涡轮喷气发动机
涡轮喷气发动机是用涡轮带动压气机给空气增压。根据压气机的不同又可以分为：
离心式涡轮喷气发动机：使用离心叶轮作为压气机。这种压气机很简单，适合用比较差的材料制作，所以在早期应用很多。但是这种压气机阻力很大，压缩比低，并且发动机直径也很大，所以现在已经不再使用这种压气机。
轴流式涡轮喷气发动机：使用扇叶作为压气机。这样的发动机克服了离心式发动机的缺点，因此具有很高的性能。缺点是制造工艺苛刻。现在的高空高速飞机依然在使用轴流式涡喷发动机。
2、涡轮风扇发动机
涡轮风扇发动机（亦称涡扇发动机、涡轮扇发动机）是航空发动机的一种，由涡轮喷气发动机发展而成，略有不同。
涡轮风扇发动机主要特点是其首级压缩扇叶的面积大很多，除了作为压缩空气的用途之外，同时也具有螺旋桨的作用，能将部分吸入的空气通过喷气发动机的外围向后推。另外，为了避免喷出高温气体而损失能量，所以采取办法降低燃气的温度和喷气速度。
涡轮风扇发动机的优缺点：
优点：
1.耗油率低，经济性好。
2.推力大。主要原因是空气流量大，涵道比一般在0.6~1.5范围内，如果外涵道加力燃烧，推力会增加更多。
3.喷气速率降低，噪音小。
缺点：
发动机直径较粗，使得迎风面积加大，增加飞行时的阻力。
3、冲压式喷气发动机
冲压式喷气发动机原理：冲压发动机是利用高速气流在速度改变下产生的压力改变，达到气体压缩的目的原理来运作，工作原理同样包括空气压缩，空气与燃油混合燃烧，燃气膨胀喷出三个基本过程。结构上，有所改进，没有压气机和涡轮那样的转动部件，结构简单。
组成部分：进气道，燃烧室，尾喷管，燃油供给系统和自动调节系统。
（1）冲压式喷气发动机的特点：
冲压发动机本身没有活动的部分，气流从前端进气口进入发动机之后，利用涵道截面积的变化，让高速气流降低速度，并且提高气体压力。压缩过后的气体进入燃烧室，与燃料混合之后燃烧。由于冲压发动机维持运作的一个重要条件就是高速气流源源不决的从前方进入，因此发动机无法在低速或者是静止下继续运作，只能在一定的速度以上才可以产生推力。为了让冲压发动机加速到适合的工作速度，必须有其他的辅助动力系统自静止或者是低速下提高飞行速度，然后才点燃冲压发动机。
（2）冲压发动机适合的工作环境：
在2马赫与以上的速度，最低启动速度也大约是此界线，随着速度逐渐增加，气体的冲压效应在3马赫时效率会大幅压过涡轮喷气发动机，而此时的涡轮喷气发动机受限于超温往往已经无法运作了，但是冲压发动机在燃烧的阶段，进气气流的速度仍然需要经过激波减速在音速以下，否则燃烧过程将无法维持。
二、火箭喷气发动机
1、工作原理
火箭推进剂（包括燃烧剂和氧化剂）在燃烧室中发生化学反应，产生高温高压烟气，由冲量原理和牛顿第三定律可知，火箭发动机靠排出高温高速尾气来获得推力，从而获得加速度和速度。
2、化学火箭发动机分类
液体火箭发动机：主要推进剂①氧化剂包括液氧O2
液氟F2
硝酸HNO3过氧化氢H2O2
四氧化二氮N2O4
②燃烧剂包括液氢H2
航空煤油
肼及其衍生物N2H4(CH3)2N2H2
混胺
固体火箭发动机：聚氨酯、聚丁二烯、端羟基聚丁二烯、硝酸酯增塑聚醚等
固液火箭发动机：固态药柱燃烧剂、液态氧化剂
4、液体火箭发动机组成：
5、固体火箭发动机组成：
6、固液火箭发动机组成：
7、三种化学火箭的优缺点
液体火箭
两种液体推进剂由喷注器注入燃烧室并燃烧
燃烧效率可达99%；易于控制混合比；可节流
对泵的性能要求极高，设计花费很大；燃烧室壁热通量巨大,对冷却要求高
固体火箭
固态燃烧剂和氧化剂按一定比例混合做成药柱
结构简单，通常没有活动部件，推力变动程序可以预置在推进剂中
一旦点燃，在耗尽推进剂前很难熄灭；不能及时节流;易引起爆炸
固液火箭
固态燃烧剂做成药柱形式，而液态氧化剂由喷注器喷入燃烧室
结构简单；安全；可以节流和中途关机
某些氧化剂属于单组员推进剂，可能爆炸；固体推进剂的机械问题可能阻塞喷管
【课程小结】
1、喷气发动机是一种内燃式热机，燃料在燃室中燃烧，燃气向后喷射，从而推动物体向前做功。
2、喷气发动机的分类：
空气喷气发动机——利用外界空气
火箭喷气发动机——自身携带氧化剂，工作时不需要空气。