發(fā)動機部件計算公式

1、附錄 1 發(fā)動機部件計算公式1 基礎知識1)空氣、燃氣的焓、熵公式見附錄2。2)氣動函數(shù) q() 、() 、 （ ）、 f () 計算公式見附錄3。2 變循環(huán)發(fā)動機各部件的計算公式2.1 進氣道已知：發(fā)動機飛行高度H 、飛行馬赫數(shù)Ma 。計算過程1）計算標準大氣條件下環(huán)境壓力p0 （靜壓），環(huán)境溫度T0 （靜溫）。當高度 H11km 時：p01.013251H5.255344.308T0288.156.5H(2.1)其中，高度 H 的單位為 km ，溫度的單位為K ，壓力的單位為 bar。2）進氣道進口的總溫總壓：T0T011Ma 22（2.2）1p0p011 Ma22: 氣體絕熱指數(shù)，純空氣

2、=1.4 ，燃氣=1.33 。3）計算進氣道總壓恢復系數(shù)：M H：i1.01(2.3)M H：1.00.075(M H1.351i1)4）計算進氣道出口總溫總壓:T1T0(2.4)p1p0i2.2 壓氣機雙涵道變循環(huán)發(fā)動機中三個壓氣機部件，分別是風扇、 CDFS 和高壓壓氣機，這三個壓氣機部件采用同一種計算方法。已知壓氣機進口總溫 Tin* 、總壓 Pin * 、壓氣機的壓比函數(shù)值 zz 、物理轉速 n 、壓氣機導葉角度 。計算過程1）計算壓氣機換算轉速：ncorTin* ,d(2.5)nTin*其中，風扇： T *=288.15，CDFS ：T *=428.56862609,高壓壓氣機 :

3、T *473.603961。in ,din ,din, dT *為壓氣機進口總溫。in2）計算壓氣機增壓比、效率和換算流量壓氣機的增壓比prc 、效率c 和換算流量 Wc分別是其換算轉速和壓比函數(shù)值及導葉角的函數(shù)。prcprc ( ncor , zz, )c(ncor , zz,)（ 2.6）WcW (ncor , zz,)壓氣機 增壓比、效率和換算流量的求法如下：（ 1）附錄 4 分別給出了風扇、CDFS, 高壓壓氣機的特性數(shù)據(jù)。利用線性插值法計算出壓氣機的換算轉速為ncor 、壓比函數(shù)值為zz時的特性圖上的增壓比 pr、效率c ,mapc ,map和換算流量 Wc,map 。（ 2）將（

4、1）求的特性圖上的增壓比prc, map 、效率c,map 和換算流量 Wc, map 代入（2.7）修正后得到壓氣機的增壓比、效率和換算流量：prcCpr ( prc,map1)(1k pr)1100WcCWWc ,map (1kw)(2.7)100cCc,map (1k 2)100kpr、kw、k分別是增壓比、效率和換算流量的修正系數(shù)。風扇、CDFS 、高壓壓氣機kpr、kw、k這三個值 均分別取 1， 1， 0.01； CDFS 導葉角變化范圍： -535 ，C pr2.3894風扇和高壓壓氣機的導葉角變化范圍：-515 ；風扇：CW =0.4950， CDFS:C1.0684C pr0

5、.3059C pr0.9119CW0.1500 ，高壓壓氣機：CW0.38462 。C1.0999C1.07193）計算壓氣機出口參數(shù)壓氣機出口總壓：pout*pin*prc ;計算進口熵： in(Tin* ) ，進口焓： hin h(Tin* ) ;RM1， R是氣體常數(shù) ;壓氣機出口理想熵：out , eiinln prc ，這里M由壓氣機出口理想熵out,ei(Tout*,ei ) ，計算壓氣機出口理想總溫： Tout*, ei ;計算壓氣機出口理想焓：hout , eih(Tout* , ei ) ;根據(jù)公式chout ,eihin 計算壓氣機出口焓 h ;houtouthin由壓氣機

6、出口焓houth(Tout* ) 求壓氣機出口總溫：Tout* ;計算壓氣機流量：WaTin* ,dpin*(2.8)Wcpin* ,dTin*其中，風扇：pin*, d =1.01325，CDFS ： pin*,d = 3.5464,高壓壓氣機 : pin,*d4.8860；計算壓氣機功和功率：lchout hin(2.9)N cWa lc2.3 主燃燒室已知主燃燒室進口總溫T3in* 、總壓 p3in* 、空氣流量 Wa3in 、主燃燒室出口溫度T4* 。計算過程1）根據(jù)公式fbh4h3求出主燃燒室出口油氣比，其中，h3 和 h4 分別主燃燒室b H uh3進出口焓，燃燒效率b =0.99

7、，燃油熱值 H u =42900000；2）燃油流量 W fWa 3f b ；3）出口總壓p4*p3in*b ，主燃燒室總壓恢復系數(shù)b =0.98 。2.4 渦輪2.4.1 已知：渦輪進口總溫Tin* 、總壓 pin* 、渦輪的壓比函數(shù)值zz、物理轉速 n 、渦輪導葉角度。計算過程1）求渦輪換算轉速T *ncornin ,d（2.10）Tin*其中，高壓渦輪： Tin* ,d =1850，低壓渦輪： Tin* ,d = 1.5405e+003。渦輪的增壓比prc 、效率c 和換算流量 Wc分別是其換算轉速和壓比函數(shù)值及導葉角的函數(shù)。prcprc (ncor , zz, )c(ncor , zz

8、, )（2.11 ）WcW (ncor , zz, )2）渦輪的 增壓比、效率和換算流量的求法如下：（ 1） 附錄 4 分別給出了高壓渦輪、低壓渦輪的特性數(shù)據(jù)。利用線性插值法計算出渦輪的換算轉速為ncor 、壓比函數(shù)值為 zz時的特性圖上的增壓比prc,map 、效率c, map 和換算流量 Wc, map 。（ 2）將（ 1）求的特性圖上的增壓比prc,map 、效率c,map 和換算流量 Wc, map 代入（2.12）修正后得到渦輪的增壓比、效率和換算流量：prcC pr ( prc,map1)(1k pr) 1100WcCWWc, map (1kw)(2.12)100C c,map (

9、1k2)c100kpr、kw、k 分別是渦輪增壓比、效率和換算流量的修正系數(shù)。高壓渦輪、低壓渦輪kpr、kw、k這三個值均分別取1 ， 1 ， 0.01； 高、低壓 渦輪導葉角變化范圍：C pc1.5342C pr0.7902-515； 高壓渦輪： CW13.2121 ,低壓渦輪：CW0.3881 。C1.0121C1.00613）根據(jù)渦輪換算流量計算渦輪流量：WgTin* ,d pin*Wpin*Tin*,d其中，高壓渦輪： pin*,d =28.7297，低壓渦輪： pin,d*=11.3371。4）渦輪出口總壓pout*pin* / prc ;5）渦輪出口總溫Tout*根據(jù)下面公式（2.

10、14）求出。Cp / RTout*prc11Tin* / （ 2.13）（ 2.14 ）其 中 ： 高 壓 渦 輪 平 均 等 壓 比 熱 CP1.2988e+003， 低 壓 渦 輪 平 均 等 壓 比 熱CP1.2745e+003，R 為氣體常數(shù)。6）求渦輪進口焓hinh(Tin* , fb ) ，其中 fb 為渦輪進口油氣比；7）求渦輪出口焓houth(Tout* , fb ) ；8）渦輪功和功率：lThinhout（2.15）NTWg lT m其中，m =0.99為渦輪機械效率 .2.5 涵道已知涵道進口總溫Tin*、總壓p*in 、流量Wa ,in、總壓恢復系數(shù)duct 。計算過程T

11、out*Tin*p*outp*induct ,其中總壓恢復系數(shù)duct0.98。Wa ,outWa ,in2.6前混合器，選擇活門，副外涵道建模圖1包含模式選擇活門、副外涵道及CDFS涵道，高壓壓氣機等。圖 1 變循環(huán)發(fā)動機局部簡圖圖中數(shù)字序號表示發(fā)動機各截面參數(shù)定義的下腳標已知混合器兩股參混氣流參混前的總溫、總壓，副外涵、CDFS涵道出口面積和CDFS涵道出口流量。計算過程在已經(jīng)給定副外涵、CDFS涵道出口面積的情況下，1） CDFS 涵道氣流根據(jù)流量公式Wg 125kmp125*A125q( 125 ) 求出 q( 125 ) 和125 ，其T125*中CDFS 涵道出口面積A125 =

12、608.4252， p125*為 CDFS涵道出口總壓， T125* 為 CDFS涵道出口總溫，氣動函數(shù)q( )的定義及流量系數(shù)km 的取值見附錄；2）由 p125p125*( 125 ) 求出 CDFS涵道出口靜壓p125 ；3）由前混合器靜壓平衡 p225p125 和 p225p225*（ 225），求出 （ 225）和225 ， p225*為副外涵道出口總壓；*4）由流量公式Wg 225kmp225A225q( 225 ) 計算出副外涵道出口的流量。其中副外涵T225*面積（選擇活門面積）A225 =1.8395e+003， T225* 為副外涵出口總溫，km 為流量系數(shù)見附錄；5）由下

13、列公式 （ 2.16）求出前混合器出口總溫T *、總壓 p*、流量 W。T*是由（2.16）1515g1515的第二個公式求出的。Wg 225Wg 125Wg15Wg 225 h225Wg125h125Wg15h15p225* f (225 ) A225P125*f ( 125 ) A125p15* f ( 15)( A225A125 )（ 2.16）Wg15kmp15*A15q(15 )T15*其中： AAA，h 為前混合器出口焓，h為前混合器 CDFS 涵道出口焓， h 為1522512515125225前混合器副外涵出口焓，Wg 225 為前混合器副外涵出口流量，Wg125 為前混合器C

14、DFS 涵道出口流量，氣動函數(shù)f () 、 q() 的定義見附錄。121提示 ： f ( ) / q()z() ，參考附錄 3。12.7 后混合器已知混合器兩股參混氣流參混前的總溫、總壓、流量、面積。2.7.2 計算過程1）內涵氣流根據(jù)流量公式Wg 61kmp61*A61q( 61 ) 求出 q( 61) 和61 ，其中內涵出口T61*面積 A61= 5.3061e+003， p61* 為內涵出口總壓，T61* 為內涵出口總溫；2）外涵氣流根據(jù)流量公式Wg 62kmp62*A62q(62 ) 求出 q(62)和62 ，其中外涵出T62*口面積 A62 = 2.3212e+004， p62* 為

15、外涵出口總壓， T62*為外涵出口總溫；3）計算內涵靜壓 p61 p61*( 61) ，計算外涵靜壓p62 p62*( 62)；4）由下列公式（2.17）求出混合器出口總溫T6* 、總壓 p6* 、流量 Wg 6 。 T6* 是由（ 2.17）的第二個公式求出的。Wg 61 Wg62Wg 6Wg 61h61Wg 62h62Wg 6h6p61* f (61 ) A61P62*f ( 62 ) A62 p6* f ( 6 )( A61 A62 )（2.17 ）Wg 6kmp6*A6 q(6 )T6*其中： A6A61 A62 ， h6 為后混合器出口焓，h61 為后混合器內涵出口焓，h62 為后混

16、合器外涵出口焓，Wg 61 為后混合器內涵出口流量，Wg62 為后混合器外涵出口流量，氣動函數(shù)f ( ) 、 q() 的定義見附錄。注：必要時，后混合器出口總面積A62.8518e+004保持不變，內涵出口面積A61 ，外涵出口面積A62 可以微調。2.8 加力燃燒室P*P*66out6inT *T *（2.18 ）6 out6inWg6 outWg 6in其中 P6in*、 P6out*分別為進出口總壓，T6in* 、 T6out*分別為進出口總溫，Wg* 6in 、 Wg*6out 分別為進出口流量，6 =1為總壓恢復系數(shù)。2.9 尾噴管本文采用拉瓦爾（收斂-擴張）尾噴管（如圖2所示）進行

17、計算。798圖2拉瓦爾尾噴管示意圖提示：在拉瓦爾尾噴管中，任意截面總溫、總壓、流量均不變，則由流量公式可以得到：q( ) Aconst因此在已知任意截面的面積或者，就可以求出該截面的參數(shù)。拉瓦爾尾噴管有三種工作狀態(tài)：臨界、亞臨界和超臨界。當處于臨界時，尾噴管喉部Ma 1 ，喉部之后氣流變?yōu)槌羲贇饬鳎矅姽艹隹陟o壓與大氣壓相等（完全膨脹）；處于超臨界時，喉部 Ma 1，此時尾噴管出口面積會自動改變（增大）使尾噴管出口靜壓與大氣壓相等， 使尾噴管變?yōu)榕R界狀態(tài)，但尾噴管出口面積有最大限制，當?shù)竭_最大限制值時，尾噴管出口靜壓不能與大氣壓相等，則通過q() Aconst 重新計算出口參數(shù)；處于亞臨界時

18、，喉部 Ma1，喉部之后不能加速到超音速。已知尾噴管進口總溫Tin* 、總壓 pin* 、流量 Wg 、大氣環(huán)境壓力p0 （大氣環(huán)境壓力p0 見進氣道中公式（ 2.1）。計算過程1）計算尾噴管喉道面積A8 ，出口面積A9 。假設尾噴管始終處于臨界或超臨界狀態(tài)，即速度系數(shù)8 =1。（1）由流量公式 Wg 8kmp8*A8q( 8 ) 計算出 A8 ；T8*（2） p9p0 ，計算出(9 )p9 / p9* ，并求出 9 ；（3）由流量公式 Wg 9kmp9*A9 q( 9 ) 計算出 A ；T9*9（4）判斷 A9ar （這里 ar3），如果是，則 A93A8 ，利用流量公式重新計算9 。A82）計算尾噴管出口靜溫T9