北航發(fā)動機原理課件

1、第二章第二章發(fā)動機部件工作原理發(fā)動機部件工作原理第二章第二章發(fā)動機部件工作原理發(fā)動機部件工作原理 第一節(jié)第一節(jié) 氣動熱力基礎氣動熱力基礎 第二節(jié)第二節(jié) 進氣道進氣道 第三節(jié)第三節(jié) 尾噴管尾噴管 第四節(jié)第四節(jié) 壓氣機壓氣機 第五節(jié)第五節(jié) 渦輪渦輪 第六節(jié)第六節(jié) 燃燒室燃燒室2022年4月22日2第一節(jié)第一節(jié) 氣動熱力基礎氣動熱力基礎2022年4月22日3第一節(jié)第一節(jié) 氣動熱力基礎氣動熱力基礎 1、連續(xù)方程、連續(xù)方程 2、能量方程、能量方程 3、音速、音速 4、馬赫數(shù)、馬赫數(shù) 5、滯止參數(shù)、滯止參數(shù)2022年4月22日4 6、變截面管流、變截面管流 7、臨界參數(shù)、臨界參數(shù) 8、速度系數(shù)、速度系數(shù)

2、9、密流函數(shù)、密流函數(shù) 10、激波、激波1、連續(xù)方程、連續(xù)方程2022年4月22日星期五222111vAvAqm2、能量方程、能量方程2022年4月22日6222121211()()()2qhhvvg zzW2221211()()2qhhvv2222111122hvhv2、能量方程、能量方程 同時可以看出，氣體在變截面流管中的流同時可以看出，氣體在變截面流管中的流動，氣流的速度與溫度同時變化。動，氣流的速度與溫度同時變化。 氣體加速，氣體加速，T降低降低 宏觀動能宏觀動能 內(nèi)部內(nèi)部儲能儲能 氣體減速，氣體減速，T升高升高 宏觀動能宏觀動能 內(nèi)部內(nèi)部儲能儲能2022年4月22日7constvTC

3、vhp2221212、能量方程、能量方程 示例示例1 以發(fā)動機的進氣道為例。以發(fā)動機的進氣道為例。 V0=0 T0=288.15K 進口速度進口速度124.3m/s 進口溫度進口溫度280.4K2022年4月22日82、能量方程、能量方程 示例示例2 以發(fā)動機的尾噴管為例。以發(fā)動機的尾噴管為例。 尾噴管進口速度尾噴管進口速度174m/s 進口溫度進口溫度507.6K 尾噴管出口速度尾噴管出口速度417m/s 出口溫度出口溫度442.6K2022年4月22日93、音速、音速 音速隨當?shù)販囟茸兓兓?，并不是定值音速隨當?shù)販囟茸兓兓?，并不是定?示例示例: T=15C c=340.3m/s20

4、22年4月22日10dpcRTd4、馬赫數(shù)、馬赫數(shù) Ma：氣體速度與當?shù)匾羲僦龋簹怏w速度與當?shù)匾羲僦?022年4月22日11avvMcRT22222221(1)1avvvMcRTRT 22vvconstcT宏觀氣體動能分子無規(guī)則運動動能4、馬赫數(shù)、馬赫數(shù)2022年4月22日12Ma=0.3 Ma=0.6？vTcMa0.64、馬赫數(shù)、馬赫數(shù)2022年4月22日1322222221(1)1avvvMcRTRT 22vvconstc T宏觀氣體動能分子無規(guī)則運動動能作業(yè)作業(yè)2022年4月22日星期五 （1）飛機的）飛機的Ma增加增加1倍，其空速是否也增倍，其空速是否也增加一倍？為什么？加一倍？為

5、什么？ （2）氣體在尾噴管中）氣體在尾噴管中Ma增加增加1倍，氣流速倍，氣流速度是否也增加度是否也增加1倍？為什么？倍？為什么？5、滯止參數(shù)、滯止參數(shù) 穩(wěn)態(tài)一維定常流動的能量方程：穩(wěn)態(tài)一維定常流動的能量方程： 定常流動中定常流動中v等熵地降為等熵地降為0的點，稱為駐點的點，稱為駐點、滯止點。、滯止點。2022年4月22日15constvh221constvhh2*2105、滯止參數(shù)、滯止參數(shù) 定比熱容的理想氣體：定比熱容的理想氣體： 帶入總焓的公式，可得到帶入總焓的公式，可得到2022年4月22日16phc T2*2pvTTconstc5、滯止參數(shù)、滯止參數(shù)2022年4月22日171pRc*2

6、112aTTMcRT2*2pvTTconstc5、滯止參數(shù)、滯止參數(shù) 等熵過程等熵過程2022年4月22日18pconstpRT1*2112appM11*2112aM*2112aTTM5、滯止參數(shù)、滯止參數(shù)例：環(huán)境溫度例：環(huán)境溫度15C、 音速音速C=340m/s 行走行走 1m/s Ma=0.003 T*=15.0005 C 自行車自行車 18km/h Ma=0.015 T*=15.0125 C 汽車汽車 108km/h Ma=0.088 T*=15.4482 C 客機客機 700km/h Ma=0.57 T*=33.7403 C 戰(zhàn)斗機戰(zhàn)斗機 Ma=2 T*=245.319 C 流星流星

7、10000km/h T*=3830.53 C2022年4月22日195、滯止參數(shù)、滯止參數(shù)2022年4月22日20風級風級名稱名稱(m/s)風級風級名稱名稱(m/s)0無風無風0.0-0.27勁風勁風13.9-17.11軟風軟風0.3-1.58大風大風17.2-20.72輕風輕風1.6-3.39烈風烈風20.8-24.43微風微風3.4-5.410狂風狂風24.5-28.44和風和風5.5-7.911暴風暴風28.5-32.65清風清風8.0-10.712臺風臺風32.66強風強風10.8-13.8發(fā)動機尾噴口發(fā)動機尾噴口速度：速度：100-1200m/s100-1200m/s小結小結 1、連

8、續(xù)方程、連續(xù)方程 2、能量方程、能量方程 3、音速、音速2022年4月22日21222111vAvAqmconstvTCvhp222121dpcRTd小結小結 4、馬赫數(shù)、馬赫數(shù) 5、滯止參數(shù)、滯止參數(shù)2022年4月22日22avvMcRT1*2112appM11*2112aM*2112aTTM6、變截面管流、變截面管流 一維定常絕能管流一維定常絕能管流 發(fā)動機內(nèi)部工質(zhì)是可壓縮氣體發(fā)動機內(nèi)部工質(zhì)是可壓縮氣體 可壓縮氣體高速流動時，存在神奇現(xiàn)象可壓縮氣體高速流動時，存在神奇現(xiàn)象2022年4月22日23V 低速氣體低速氣體 6、變截面管流、變截面管流 超聲速氣體進入變截面管道超聲速氣體進入變截面管

9、道2022年4月22日24 ？ V ？ V 6、變截面管流、變截面管流 通過速度變化率與面積變化率的關系理解通過速度變化率與面積變化率的關系理解 Ma1 dv與與dA同號（超音速）同號（超音速） dA0 dv0 dv02022年4月22日25vdvMAdAa) 1(26、變截面管流、變截面管流 通過速度變化率與面積變化率的關系理解通過速度變化率與面積變化率的關系理解 Ma1 dv與與dA異號（亞音速）異號（亞音速） dA0 dA0 dv02022年4月22日26vdvMAdAa) 1(26、變截面管流、變截面管流 超音速氣流舉例超音速氣流舉例2022年4月22日27進口出口相對變化面積（m2）

10、0.003520.002210.6278密度（kg/m3） 0.57131.45652.5494速度（m/s）497.17310.730.6250Ma1.931010.5179靜溫（K）164.71239.931.4567靜壓（Pa）270131003123.7135vA6、變截面管流、變截面管流 亞音速氣流亞音速氣流 亞音速亞音速 超音速超音速2022年4月22日28vAvAvA6、變截面管流、變截面管流 氣流速度與管道截面變化的關系氣流速度與管道截面變化的關系2022年4月22日29參數(shù)參數(shù)dA0Ma1Ma1VTMap6、變截面管流、變截面管流 思考題：如何設計亞音速進氣道？思考題：如何設

11、計亞音速進氣道？ 亞音速客機在設計高度以亞音速客機在設計高度以Ma=0.8巡航，渦巡航，渦扇發(fā)動機的風扇進口扇發(fā)動機的風扇進口Ma要求要求0.55。2022年4月22日30前方氣流前方氣流Ma=0.8Ma=0.8Ma=0.55Ma=0.55進氣道進氣道？我只接受我只接受Ma=0.55氣流氣流6、變截面管流、變截面管流 思考題：如何設計亞音速進氣道？思考題：如何設計亞音速進氣道？ 亞音速客機在設計高度以亞音速客機在設計高度以Ma=0.8巡航，渦巡航，渦扇發(fā)動機的風扇進口扇發(fā)動機的風扇進口Ma要求要求0.55。2022年4月22日31前方氣流前方氣流Ma=0.8Ma=0.8Ma=0.55Ma=0.

12、55我只接受我只接受Ma=0.55氣流氣流6、變截面管流、變截面管流2022年4月22日32進氣道進氣道6、變截面管流、變截面管流2022年4月22日33壓氣機壓氣機6、變截面管流、變截面管流2022年4月22日34燃燒室燃燒室6、變截面管流、變截面管流 思考題：如何設計超音速進氣道？思考題：如何設計超音速進氣道？ 超音速戰(zhàn)機在設計高度以超音速戰(zhàn)機在設計高度以Ma=2巡航，渦扇巡航，渦扇發(fā)動機的風扇進口發(fā)動機的風扇進口Ma要求要求0.55。2022年4月22日35前方氣流前方氣流Ma=2Ma=2Ma=0.55Ma=0.55進氣道進氣道？我只接受我只接受Ma=0.55氣流氣流6、變截面管流、變截

13、面管流 思考題：如何設計超音速進氣道？思考題：如何設計超音速進氣道？ 超音速戰(zhàn)機在設計高度以超音速戰(zhàn)機在設計高度以Ma=2巡航，渦扇巡航，渦扇發(fā)動機的風扇進口發(fā)動機的風扇進口Ma要求要求0.55。2022年4月22日36前方氣流前方氣流Ma=2Ma=2Ma 1Ma 1我只接受我只接受Ma=0.55氣流氣流Ma=16、變截面管流、變截面管流 思考題：如何設計超音速進氣道？思考題：如何設計超音速進氣道？ 超音速戰(zhàn)機在設計高度以超音速戰(zhàn)機在設計高度以Ma=2巡航，渦扇巡航，渦扇發(fā)動機的風扇進口發(fā)動機的風扇進口Ma要求要求0.55。2022年4月22日37前方氣流前方氣流Ma=2Ma=2Ma=0.55

14、Ma=0.55我只接受我只接受Ma=0.55氣流氣流6、變截面管流、變截面管流 Ma=1時，時，dA=0 截面積取極值，稱為臨界截面積取極值，稱為臨界截面。截面。2022年4月22日38vdvMAdAa) 1(26、變截面管流、變截面管流 以收縮管道為例理解臨界截面以收縮管道為例理解臨界截面2022年4月22日39288.15K100000Pa進口總壓進口總壓 流量流量Ma靜溫靜溫速度速度出口靜壓出口靜壓10000000288.1501000001010001.0000.119287.33240.5431000001890009.1550.999240.917310.3421000001900

15、009.2031240.107310.65310000030000014.5311240.107310.65315847550000024.2191240.107310.653264125小結小結 在絕能管流中，氣體總溫永遠不變；在絕能管流中，氣體總溫永遠不變； 在絕能等熵流動中，總壓不變；若流動不在絕能等熵流動中，總壓不變；若流動不等熵，總壓下降等熵，總壓下降 在絕能流動中，若氣流速度發(fā)生變化，靜在絕能流動中，若氣流速度發(fā)生變化，靜溫和當?shù)匾羲僖矊l(fā)生變化溫和當?shù)匾羲僖矊l(fā)生變化 在收縮管道中，亞音速氣流最高可加速至在收縮管道中，亞音速氣流最高可加速至音速，超音速氣流最低可降至音速；音速，超

16、音速氣流最低可降至音速； 臨界截面只能是管道的最小截面，氣流只臨界截面只能是管道的最小截面，氣流只能在最小截面處達到音速。能在最小截面處達到音速。2022年4月22日407、臨界參數(shù)、臨界參數(shù) 假設氣體在管道中作等熵加速流動，那么假設氣體在管道中作等熵加速流動，那么隨著氣體速度的增加，當?shù)匾羲俨粩嘞陆惦S著氣體速度的增加，當?shù)匾羲俨粩嘞陆?022年4月22日41212pc TvconstcRT7、臨界參數(shù)、臨界參數(shù) 對于一維絕能流動對于一維絕能流動 將將 帶入上式帶入上式2022年4月22日42*221hvh2*12ppc Tvc T1pRc*21121RTRTvconst22*121cvRT7

17、、臨界參數(shù)、臨界參數(shù)2022年4月22日43*21crRTc22*121crcrccRTvc crcrvc22*121cvRT8、速度系數(shù)、速度系數(shù) 分析下面的絕能流動方程分析下面的絕能流動方程 氣流速度與當?shù)匾羲俣荚谧兓瘹饬魉俣扰c當?shù)匾羲俣荚谧兓?不易計算不易計算Ma 定義氣流速度與臨界音速之比為速度系數(shù)定義氣流速度與臨界音速之比為速度系數(shù),其與其與Ma有單值對應關系有單值對應關系2022年4月22日4422pvc Tconstcrvc8、速度系數(shù)、速度系數(shù) 區(qū)別區(qū)別 與與Ma的關系的關系2022年4月22日45臨界速度氣流速度速度系數(shù) 當?shù)匾羲贇饬魉俣锐R赫數(shù) 2222222222crcrc

18、rccvvMacccc*221crRTc2cRT8、速度系數(shù)、速度系數(shù) 與與Ma的關系的關系2022年4月22日4622212112aaMM22221111aM8、速度系數(shù)、速度系數(shù) Ma=0 =0 Ma=1 =1 Ma1 1 1 Ma= 2022年4月22日47max12.412222221122111122aaaaaMMMMM118、速度系數(shù)、速度系數(shù) 思考題：在絕能流動中，如果氣流速度增思考題：在絕能流動中，如果氣流速度增加加2倍，那么下面的論述是否正確？倍，那么下面的論述是否正確？ （1）Ma增加增加2倍倍 （2）增加兩倍增加兩倍2022年4月22日489、密流函數(shù)、密流函數(shù) 在流量公

19、式中，在流量公式中，、V隨隨A的變化而變化，的變化而變化，qm難以計算難以計算 引入新定義：引入新定義：密流：通過單位面積的流量密流：通過單位面積的流量.2022年4月22日49vAqmvAqm密流9、密流函數(shù)、密流函數(shù) 密流函數(shù)（流量函數(shù)、無量綱密流）密流函數(shù)（流量函數(shù)、無量綱密流）所研究截面密流與對應的臨界截面密流之比所研究截面密流與對應的臨界截面密流之比 流量：流量： 面積：面積： 密流：密流： 密流函數(shù)：密流函數(shù)：2022年4月22日50( )crcrvqc321mmmqqq231AAA231)()()(vvv)()()(231qqq9、密流函數(shù)、密流函數(shù) 密流函數(shù)密流函數(shù)2022年4

20、月22日51( )crcrcrAvqcA1121111( )()(1)21q11*2111*21crRTvc9、密流函數(shù)、密流函數(shù) 與與 的關系的關系2022年4月22日52)(q0)(0q1)(1q1)(1q1()1q0)(maxq9、密流函數(shù)、密流函數(shù) 對于一維絕能流管：對于一維絕能流管： 若氣流為亞音速，隨著流速增加，密流增加；若氣流為亞音速，隨著流速增加，密流增加； 若氣流若氣流 為超聲速，隨著流速增加，密流減小。為超聲速，隨著流速增加，密流減小。 用密流函數(shù)表示流量公式：用密流函數(shù)表示流量公式：2022年4月22日53)(*AqTpKqm9、密流函數(shù)、密流函數(shù) 以上公式的推導：以上公式的推導： 2022年4月22日54()( )()mcrcrcrcrcrcrvqvAcAqcAc 1*1*2()1crpRT*2(1)crRTc)(*AqTpKqm112()1KR k9、密流函數(shù)、密流函數(shù) 臨界截面臨界截面 Ma=1，=1，q()=12022年4月22日55)(*AqTpKqm*mcrpqKAT9、密流函數(shù)、密流函數(shù) 思考題：思考題： 亞音速氣流在收縮管道中等熵加速，并在亞音速氣流在收縮管