發(fā)動(dòng)機(jī)原理第五章

1、第五章第五章 航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)特性航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)特性（非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能）（非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能）戰(zhàn)斗機(jī)的飛行包線戰(zhàn)斗機(jī)的飛行包線 要使發(fā)動(dòng)機(jī)性能要使發(fā)動(dòng)機(jī)性能需要滿(mǎn)足飛機(jī)的需要滿(mǎn)足飛機(jī)的使用要求，必須使用要求，必須研究和分析發(fā)動(dòng)研究和分析發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)點(diǎn)以外機(jī)在設(shè)計(jì)點(diǎn)以外的性能，及發(fā)動(dòng)的性能，及發(fā)動(dòng)機(jī)特性。機(jī)特性。發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)特性發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)特性 發(fā)動(dòng)機(jī)性能發(fā)動(dòng)機(jī)性能 (F，sfc)等參數(shù)隨等參數(shù)隨油門(mén)位置、油門(mén)位置、飛行條件飛行條件(Ma0，H)以及以及大氣條件大氣條件的變化的變化關(guān)系稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)特性關(guān)系稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)特性 重要意義重要意義 飛機(jī)的飛行性能與發(fā)動(dòng)機(jī)特性飛機(jī)的飛行性能與發(fā)動(dòng)機(jī)特性密切

2、相關(guān)密切相關(guān) 右圖表示某一飛行高度發(fā)動(dòng)機(jī)可用推力右圖表示某一飛行高度發(fā)動(dòng)機(jī)可用推力與飛機(jī)需用推力隨飛行馬赫數(shù)的變化與飛機(jī)需用推力隨飛行馬赫數(shù)的變化v 交點(diǎn)決定最大飛行馬赫數(shù)交點(diǎn)決定最大飛行馬赫數(shù)v 差值決定飛機(jī)的加速度、爬升率等機(jī)動(dòng)性能差值決定飛機(jī)的加速度、爬升率等機(jī)動(dòng)性能 巡航飛行航程：巡航飛行航程：03 6 0 0ln ()ieCWKLsfcgW發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)特性發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)特性穩(wěn)態(tài)特性包括穩(wěn)態(tài)特性包括v節(jié)流特性（或稱(chēng)為油門(mén)特性）節(jié)流特性（或稱(chēng)為油門(mén)特性）v給定飛行條件和控制規(guī)律，給定飛行條件和控制規(guī)律，性能隨油門(mén)位置的變化性能隨油門(mén)位置的變化v速度特性速度特性v給定油門(mén)、控制規(guī)律和飛行高度，給

3、定油門(mén)、控制規(guī)律和飛行高度，性能隨飛行馬赫性能隨飛行馬赫數(shù)的變化數(shù)的變化v高度特性高度特性v給定油門(mén)、控制規(guī)律和飛行速度，給定油門(mén)、控制規(guī)律和飛行速度，性能隨飛行高度性能隨飛行高度的變化的變化獲得穩(wěn)態(tài)特性的方法：實(shí)驗(yàn)、理論計(jì)算獲得穩(wěn)態(tài)特性的方法：實(shí)驗(yàn)、理論計(jì)算典型軍用發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)典型軍用發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)最大狀態(tài)（全加力狀態(tài)）最大狀態(tài)（全加力狀態(tài)）Max.abv 對(duì)應(yīng)飛行條件下，加力推力最大對(duì)應(yīng)飛行條件下，加力推力最大 FMax.ab ， n=nMax ，Tt7=Tt7Max .ab，Tt4=Tt4Max v 連續(xù)工作時(shí)間受限制連續(xù)工作時(shí)間受限制 v 主要用于空中格斗主要用于空中格斗最小加力狀態(tài)

4、最小加力狀態(tài)v 對(duì)應(yīng)飛行條件下，加力燃燒室能維持穩(wěn)定燃燒的最低加力溫對(duì)應(yīng)飛行條件下，加力燃燒室能維持穩(wěn)定燃燒的最低加力溫度（或最小加力供油量）狀態(tài)度（或最小加力供油量）狀態(tài)部分加力狀態(tài)部分加力狀態(tài)v 加力溫度介乎于上述兩種狀態(tài)之間的狀態(tài)加力溫度介乎于上述兩種狀態(tài)之間的狀態(tài) 中間狀態(tài)中間狀態(tài)(Max，即不加力最大推力，即不加力最大推力)v 對(duì)應(yīng)飛行條件下，不加力推力最大對(duì)應(yīng)飛行條件下，不加力推力最大 FMax ， n=nMax ， Tt4 = Tt4Max v 連續(xù)工作時(shí)間連續(xù)工作時(shí)間受限制受限制v 主要用于快速起飛主要用于快速起飛爬升、機(jī)動(dòng)飛行爬升、機(jī)動(dòng)飛行v 第四代空中優(yōu)勢(shì)戰(zhàn)斗機(jī)超音巡航（第

5、四代空中優(yōu)勢(shì)戰(zhàn)斗機(jī)超音巡航（Ma01.5）時(shí)發(fā)動(dòng)）時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)機(jī)工作狀態(tài) 額定額定/最大連續(xù)狀態(tài)最大連續(xù)狀態(tài)(Nom)v 推力推力=85-90% Fmax ， n nMax ， Tt4 Tt4 Max v 連續(xù)工作時(shí)間連續(xù)工作時(shí)間 t 3060min v 主要用于起飛主要用于起飛爬升、高速飛行爬升、高速飛行典型軍用發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)典型軍用發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)巡航狀態(tài)巡航狀態(tài)( Cru )v 推力推力=60% Fmax ， n =80-90% nMax， 且且Tt4和耗油率相對(duì)較低和耗油率相對(duì)較低 v 連續(xù)工作時(shí)間不受限制連續(xù)工作時(shí)間不受限制v 主要用于長(zhǎng)時(shí)間的亞音飛行主要用于長(zhǎng)時(shí)間的亞音飛行慢車(chē)狀

6、態(tài)慢車(chē)狀態(tài)( Idle )v 推力推力=35% Fmax ， n=3050% nMax ， Tt4 與是否可調(diào)和部件匹配與是否可調(diào)和部件匹配有關(guān)，除燃?xì)鉁囟韧?，還需注意有關(guān)，除燃?xì)鉁囟韧?，還需注意 渦輪葉片表面溫度（冷卻條件）渦輪葉片表面溫度（冷卻條件） v 主要用于下滑主要用于下滑進(jìn)場(chǎng)著陸進(jìn)場(chǎng)著陸 , 地面滑行，地面待機(jī)等地面滑行，地面待機(jī)等典型軍用發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)典型軍用發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài) 起飛狀態(tài)（含一發(fā)不工作起飛、增功率起飛、減功率起飛）起飛狀態(tài)（含一發(fā)不工作起飛、增功率起飛、減功率起飛）v Tt4最高，最高，n= nMax ，推力最大推力最大 最大爬升狀態(tài)最大爬升狀態(tài)v n nMax ，

7、Tt4 Tt4 Max，換算轉(zhuǎn)速最高，爬升末端推力要求換算轉(zhuǎn)速最高，爬升末端推力要求 最大巡航狀態(tài)最大巡航狀態(tài)v n 最大爬升狀態(tài)轉(zhuǎn)速最大爬升狀態(tài)轉(zhuǎn)速 ， Tt4 最大爬升狀態(tài)溫度最大爬升狀態(tài)溫度，爬升結(jié)束后，爬升結(jié)束后巡航初始段推力要求巡航初始段推力要求 最大連續(xù)狀態(tài)（最大連續(xù)狀態(tài)（OEI）v 一發(fā)不工作后長(zhǎng)時(shí)間大推力工作狀態(tài)一發(fā)不工作后長(zhǎng)時(shí)間大推力工作狀態(tài)v 換算轉(zhuǎn)速最高換算轉(zhuǎn)速最高典型民用發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)典型民用發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài) 巡航狀態(tài)巡航狀態(tài)( Cru )v Tt4和耗油率相對(duì)較低和耗油率相對(duì)較低 ，連續(xù)工作時(shí)間不受限制連續(xù)工作時(shí)間不受限制，主要用于長(zhǎng)時(shí)間，主要用于長(zhǎng)時(shí)間的亞音飛行的亞音

8、飛行 慢車(chē)狀態(tài)慢車(chē)狀態(tài)( Idle )v 推力推力=35% Fmax ， nL= 30% nLMax ， Tt4 可允許長(zhǎng)時(shí)間使用可允許長(zhǎng)時(shí)間使用v 主要用于地面滑行，地面待機(jī)等主要用于地面滑行，地面待機(jī)等 空中慢車(chē)狀態(tài)空中慢車(chē)狀態(tài)( Idle )v 推力和轉(zhuǎn)速高于地面慢車(chē)，用于下滑推力和轉(zhuǎn)速高于地面慢車(chē)，用于下滑進(jìn)場(chǎng)著陸進(jìn)場(chǎng)著陸 。典型民用發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)典型民用發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)第一節(jié)第一節(jié) 油門(mén)特性（節(jié)流特性）油門(mén)特性（節(jié)流特性）定義：給定飛行條件和控制規(guī)定義：給定飛行條件和控制規(guī)律下，發(fā)動(dòng)機(jī)推力、耗油率隨律下，發(fā)動(dòng)機(jī)推力、耗油率隨發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)位置的變化關(guān)系發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)位置的變化關(guān)系v由于油門(mén)位置

9、的變化改變對(duì)燃燒由于油門(mén)位置的變化改變對(duì)燃燒室的供油量室的供油量 節(jié)流特性，而燃燒節(jié)流特性，而燃燒室的供油量變化通常引起轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)室的供油量變化通常引起轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化，速變化，因此也稱(chēng)作為因此也稱(chēng)作為轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性節(jié)流特性（油門(mén)特性）節(jié)流特性（油門(mén)特性）幾何面積不可調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)典型節(jié)流特性幾何面積不可調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)典型節(jié)流特性問(wèn)題：發(fā)動(dòng)機(jī)的共同工作條件問(wèn)題：發(fā)動(dòng)機(jī)的共同工作條件？節(jié)流特性（油門(mén)特性）節(jié)流特性（油門(mén)特性）從共同工作線看發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下工作時(shí)：從共同工作線看發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下工作時(shí)：壓氣機(jī)參數(shù)變化壓氣機(jī)參數(shù)變化v 增壓比與轉(zhuǎn)速成正比，壓氣機(jī)功隨轉(zhuǎn)速下降而增壓比與轉(zhuǎn)速成正比，壓氣機(jī)功隨轉(zhuǎn)速下降而

10、減小減小v 隨轉(zhuǎn)速降低，增壓比下降使通過(guò)壓氣機(jī)后各部隨轉(zhuǎn)速降低，增壓比下降使通過(guò)壓氣機(jī)后各部件的氣流總壓均下降件的氣流總壓均下降v 在中等轉(zhuǎn)速工作效率較高，低轉(zhuǎn)速工作時(shí)壓氣在中等轉(zhuǎn)速工作效率較高，低轉(zhuǎn)速工作時(shí)壓氣機(jī)效率將嚴(yán)重下降機(jī)效率將嚴(yán)重下降q( 2)變化變化v 空氣流量與空氣流量與q( 2)成正比成正比v 轉(zhuǎn)速越低，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量越小轉(zhuǎn)速越低，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量越小渦輪參數(shù)變化渦輪參數(shù)變化v 高轉(zhuǎn)速工作時(shí)，增壓比較高，如果噴管進(jìn)口氣高轉(zhuǎn)速工作時(shí)，增壓比較高，如果噴管進(jìn)口氣流總壓足以使噴管處于臨界或超臨界狀態(tài)，渦流總壓足以使噴管處于臨界或超臨界狀態(tài)，渦輪膨脹比和效率基本不變輪膨脹比和

11、效率基本不變v 轉(zhuǎn)速降到一定，噴管進(jìn)口壓力降低使噴管進(jìn)入轉(zhuǎn)速降到一定，噴管進(jìn)口壓力降低使噴管進(jìn)入亞臨界后，亞臨界后，渦輪膨脹比才隨轉(zhuǎn)速降低而下降渦輪膨脹比才隨轉(zhuǎn)速降低而下降v 轉(zhuǎn)速降到較低時(shí)轉(zhuǎn)速降到較低時(shí)渦輪效率開(kāi)始下降渦輪效率開(kāi)始下降v 會(huì)導(dǎo)致什么結(jié)果會(huì)導(dǎo)致什么結(jié)果?2188()()TTkkTnbnbA qconstA q 渦輪前溫度渦輪前溫度v 當(dāng)轉(zhuǎn)速?gòu)淖畲筠D(zhuǎn)速開(kāi)始降低時(shí)當(dāng)轉(zhuǎn)速?gòu)淖畲筠D(zhuǎn)速開(kāi)始降低時(shí), 壓氣機(jī)增壓比減小，壓氣機(jī)功壓氣機(jī)增壓比減小，壓氣機(jī)功減小，功平衡關(guān)系減小，功平衡關(guān)系渦輪前溫度應(yīng)下降；渦輪前溫度應(yīng)下降；v 當(dāng)轉(zhuǎn)速降低到一定時(shí)當(dāng)轉(zhuǎn)速降低到一定時(shí),由于各部件偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)較遠(yuǎn)由于

12、各部件偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)較遠(yuǎn),各部件效各部件效率嚴(yán)重降低率嚴(yán)重降低, 尾噴管進(jìn)入亞臨界狀態(tài)，渦輪膨脹比隨轉(zhuǎn)速降低尾噴管進(jìn)入亞臨界狀態(tài)，渦輪膨脹比隨轉(zhuǎn)速降低而下降，這時(shí)只有保持較高的渦輪前溫度才能維持功率平衡而下降，這時(shí)只有保持較高的渦輪前溫度才能維持功率平衡關(guān)系，因此在轉(zhuǎn)速降低到一定時(shí)渦輪前溫度回升。關(guān)系，因此在轉(zhuǎn)速降低到一定時(shí)渦輪前溫度回升。 推力變化推力變化v 因隨轉(zhuǎn)速降低，空氣流量減少、排氣速度降低，所以推力隨因隨轉(zhuǎn)速降低，空氣流量減少、排氣速度降低，所以推力隨轉(zhuǎn)速下降而迅速降低轉(zhuǎn)速下降而迅速降低 耗油率變化耗油率變化v 當(dāng)轉(zhuǎn)速?gòu)淖畲筠D(zhuǎn)速開(kāi)始降低時(shí)當(dāng)轉(zhuǎn)速?gòu)淖畲筠D(zhuǎn)速開(kāi)始降低時(shí), 由于壓氣機(jī)增壓比

13、還比較高且由于壓氣機(jī)增壓比還比較高且效率較高效率較高, 渦輪前溫度降低，耗油率有所下降；渦輪前溫度降低，耗油率有所下降；v 當(dāng)轉(zhuǎn)速降低到一定時(shí)，由于各部件偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)較遠(yuǎn)，效率當(dāng)轉(zhuǎn)速降低到一定時(shí)，由于各部件偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)較遠(yuǎn)，效率降低降低,，壓氣機(jī)增壓比大大降低，壓氣機(jī)增壓比大大降低， 循環(huán)熱效率降低循環(huán)熱效率降低, 耗油率隨耗油率隨之上升。之上升。 耗油率隨轉(zhuǎn)速降低呈先減小后上升的變化耗油率隨轉(zhuǎn)速降低呈先減小后上升的變化 喘振裕度的變化喘振裕度的變化 轉(zhuǎn)速降低引起壓氣機(jī)喘振裕度下降，轉(zhuǎn)速降低引起壓氣機(jī)喘振裕度下降，必須防喘必須防喘防喘措施對(duì)節(jié)流特性的影響防喘措施對(duì)節(jié)流特性的影響尾噴管臨界截面積

14、尾噴管臨界截面積A8可調(diào)可調(diào) 單軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)單軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī) 當(dāng)保持轉(zhuǎn)速不變，調(diào)大當(dāng)保持轉(zhuǎn)速不變，調(diào)大A8 共同工作點(diǎn)沿等相似轉(zhuǎn)速線下移共同工作點(diǎn)沿等相似轉(zhuǎn)速線下移（為什么？）（為什么？） SM 增壓比增壓比 渦輪前溫度渦輪前溫度 排氣速度排氣速度 推力推力 燃油流量的變化取決于空氣流量燃油流量的變化取決于空氣流量 和渦輪前溫度的組合變化和渦輪前溫度的組合變化 防喘措施防喘措施對(duì)節(jié)流特性的影響對(duì)節(jié)流特性的影響壓氣機(jī)中間級(jí)放氣壓氣機(jī)中間級(jí)放氣放氣使放氣使 SM 被放掉的氣體被放掉的氣體:消耗了壓縮功消耗了壓縮功不參與渦輪作功不參與渦輪作功v 單位渦輪功需單位渦輪功需 v 需渦輪前溫度需渦輪前溫度

15、增壓比增壓比 排氣燃?xì)饬髁颗艢馊細(xì)饬髁?推力推力 耗油率耗油率 防喘措施防喘措施對(duì)節(jié)流特性的影響對(duì)節(jié)流特性的影響可調(diào)壓氣機(jī)靜子葉片可調(diào)壓氣機(jī)靜子葉片角度角度 調(diào)節(jié)角度使調(diào)節(jié)角度使v SM v空氣流量空氣流量 v增壓比增壓比 推力推力 耗油率變化取決于匹配效率和增耗油率變化取決于匹配效率和增壓比變化的綜合結(jié)果壓比變化的綜合結(jié)果 復(fù)燃加力發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流（油門(mén)）特性復(fù)燃加力發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流（油門(mén)）特性推力推力耗油率耗油率轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速中間狀中間狀態(tài)態(tài)最小加力狀態(tài)最小加力狀態(tài)中間狀態(tài)中間狀態(tài)最大加力狀態(tài)最大加力狀態(tài)最小加力狀態(tài)最小加力狀態(tài)最大加力狀態(tài)最大加力狀態(tài)1-最大加力最大加力2-最小加力最小加力3-中間中間4-

16、最大連續(xù)最大連續(xù)5-亞音巡航亞音巡航6-慢車(chē)慢車(chē)油門(mén)位置：最大加力油門(mén)位置：最大加力最小加力最小加力中間中間 慢車(chē)慢車(chē)其中：其中：最大加力最大加力最小加力最小加力中間，主機(jī)工作狀態(tài)不變中間，主機(jī)工作狀態(tài)不變 從最小加力狀態(tài)從最小加力狀態(tài)2中間狀態(tài)中間狀態(tài)3（最大不加力），推力和耗油率（最大不加力），推力和耗油率的變化有不連續(xù)的突躍的變化有不連續(xù)的突躍v 加力燃燒室供油量不能太少，存在加力燃燒室供油量不能太少，存在有一個(gè)維持穩(wěn)定燃燒的最低加力溫有一個(gè)維持穩(wěn)定燃燒的最低加力溫度，該溫度要比不加力的中間狀態(tài)度，該溫度要比不加力的中間狀態(tài)渦輪的排氣溫度高，排氣速度大，渦輪的排氣溫度高，排氣速度大，故推

17、力和耗油率不連續(xù)故推力和耗油率不連續(xù)v 從飛機(jī)的飛行角度，期望推力的突從飛機(jī)的飛行角度，期望推力的突躍變化越小越好躍變化越小越好1-最大加力最大加力2-最小加力最小加力3-中間中間4-最大連續(xù)最大連續(xù)5-亞音巡航亞音巡航6-慢車(chē)慢車(chē)復(fù)燃加力發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流（油門(mén)）特性復(fù)燃加力發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流（油門(mén)）特性雙軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流特性特點(diǎn)雙軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流特性特點(diǎn)節(jié)流時(shí)，節(jié)流時(shí)，n1、n2同時(shí)降低同時(shí)降低 n1比比n2下降更迅速下降更迅速v 高、低壓壓氣機(jī)增壓比均高、低壓壓氣機(jī)增壓比均下降下降v 當(dāng)轉(zhuǎn)速降低到尾噴管當(dāng)轉(zhuǎn)速降低到尾噴管q( 8)1時(shí)，時(shí)， TL先減小先減小 TH仍保持不變?nèi)员３植蛔?因分離損失相對(duì)單軸

18、小，因分離損失相對(duì)單軸小，節(jié)流過(guò)程中節(jié)流過(guò)程中壓氣機(jī)效率更高壓氣機(jī)效率更高耗油率更低耗油率更低v 特性變化趨勢(shì)基本與渦特性變化趨勢(shì)基本與渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)相同噴發(fā)動(dòng)機(jī)相同 涵道比隨轉(zhuǎn)速降低而增涵道比隨轉(zhuǎn)速降低而增大大 隨轉(zhuǎn)速下降轉(zhuǎn)差率增大，隨轉(zhuǎn)速下降轉(zhuǎn)差率增大，有利于低轉(zhuǎn)速條件下的有利于低轉(zhuǎn)速條件下的防喘防喘 問(wèn)題：?jiǎn)栴}：v 和雙軸渦噴比，轉(zhuǎn)差率增和雙軸渦噴比，轉(zhuǎn)差率增大的變化趨勢(shì)更快還是更大的變化趨勢(shì)更快還是更慢？慢？渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流特性渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流特性第二節(jié)第二節(jié) 速度特性速度特性定義定義在給定飛行高度、發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)位置在給定飛行高度、發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)位置（工作狀態(tài)）和控制規(guī)律的條件下，（工作狀態(tài)）和控制

19、規(guī)律的條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)推力，耗油率隨飛行發(fā)動(dòng)機(jī)推力，耗油率隨飛行Ma0的變化關(guān)系的變化關(guān)系一、不加力狀態(tài)速度特性一、不加力狀態(tài)速度特性 渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的典型速度特性渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的典型速度特性v推力先升后降推力先升后降(馬鞍形馬鞍形)v耗油率單調(diào)增加耗油率單調(diào)增加 特性線變化原因分析特性線變化原因分析v假定采用控制規(guī)律假定采用控制規(guī)律 n = nd， Tt4 = Tt4dA8隨飛行馬赫數(shù)如何變化？隨飛行馬赫數(shù)如何變化？推力推力 = wa Fs 流量變化流量變化 Wa Pt4=P0 ii cb 隨隨Ma的增加特別是超音速時(shí)，速度沖的增加特別是超音速時(shí)，速度沖壓比壓比 i增加使發(fā)動(dòng)機(jī)總增壓比呈迅速上增加使發(fā)

20、動(dòng)機(jī)總增壓比呈迅速上升趨勢(shì)升趨勢(shì) wa隨飛行隨飛行Ma增加而加大增加而加大 壓氣機(jī)增壓比變化壓氣機(jī)增壓比變化v 隨飛行隨飛行Ma增加，壓氣機(jī)對(duì)氣流的增加，壓氣機(jī)對(duì)氣流的增壓作用越來(lái)越?。槭裁?？），增壓作用越來(lái)越?。槭裁?？），而速度沖壓作用迅速增大，當(dāng)飛行而速度沖壓作用迅速增大，當(dāng)飛行器以超音速器以超音速3倍以上飛行時(shí)，靠速倍以上飛行時(shí)，靠速度沖壓即可使循環(huán)增壓比達(dá)到很高，度沖壓即可使循環(huán)增壓比達(dá)到很高，因此發(fā)展高超聲速飛行器動(dòng)力因此發(fā)展高超聲速飛行器動(dòng)力沖沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)壓發(fā)動(dòng)機(jī)v 高超音速飛行器（高超音速飛行器（Ma0010）的動(dòng)力的動(dòng)力 渦輪渦輪沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)單位推力變化原因單

21、位推力變化原因 隨隨Ma0的增加，的增加，Tt2增加，增加，使壓氣機(jī)出口溫度使壓氣機(jī)出口溫度Tt3增加，增加，在保持在保持Tt4的控制規(guī)律下循環(huán)的控制規(guī)律下循環(huán)加熱量不斷減小加熱量不斷減小，循環(huán)功減小。，循環(huán)功減小。當(dāng)加熱量小到僅夠克服流動(dòng)損當(dāng)加熱量小到僅夠克服流動(dòng)損失時(shí)，單位推力等于零失時(shí)，單位推力等于零Fs隨隨Ma0的增加單調(diào)減小的增加單調(diào)減小C0Ma0CC9推力推力 = Wa Fs 兩者綜合作用引起兩者綜合作用引起 推力呈先升后降推力呈先升后降 推力最大對(duì)應(yīng)于：推力最大對(duì)應(yīng)于： Ma0 1. 5 2.2 因單位推力隨飛行因單位推力隨飛行Ma0單調(diào)下降，導(dǎo)致單調(diào)下降，導(dǎo)致耗油率單調(diào)增加耗油

22、率單調(diào)增加3600sfsfcF總效率總效率 耗油率隨耗油率隨Ma0單調(diào)增單調(diào)增加，并不意味經(jīng)濟(jì)性加，并不意味經(jīng)濟(jì)性變差，變差，在飛行在飛行Ma0變變化時(shí)只能用總效率評(píng)化時(shí)只能用總效率評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)性?xún)r(jià)經(jīng)濟(jì)性 總效率隨總效率隨飛行飛行Ma0先先增后降增后降 (為什么為什么?)對(duì)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī) Ma0=2.53時(shí)時(shí) 0max循環(huán)熱效率隨循環(huán)熱效率隨Ma0變化變化當(dāng)當(dāng)Ma0增加時(shí)增加時(shí)v 速度沖壓比的增大使熱力循環(huán)的速度沖壓比的增大使熱力循環(huán)的總增壓程度加大，有利于熱效率總增壓程度加大，有利于熱效率t增加；增加；v 另一方面使加熱量減少，而沿流另一方面使加熱量減少，而沿流程的流動(dòng)損失并未按比例減少

23、，程的流動(dòng)損失并未按比例減少，使得排熱損失在加熱量中所占比使得排熱損失在加熱量中所占比例加大，熱效率例加大，熱效率t下降。下降。綜合兩方面因素綜合兩方面因素v 低低Ma0時(shí)，加熱量大，有利因素時(shí)，加熱量大，有利因素起主要作用，熱效率起主要作用，熱效率t隨隨Ma0增加增加而增加；而增加；v 高高M(jìn)a0時(shí)不利因素起主要作用，時(shí)不利因素起主要作用，t隨隨Ma0增加而降低增加而降低 推進(jìn)效率和總效率隨推進(jìn)效率和總效率隨M0變化變化隨著隨著Ma0增加，增加，C9/C0下降，下降，推進(jìn)效率推進(jìn)效率p隨之增加隨之增加 0決定于決定于t和和p的變化的變化渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)在高飛行渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)在高飛行M數(shù)下獲得高

24、總效率數(shù)下獲得高總效率在在Ma0=2.53的范圍內(nèi)，渦的范圍內(nèi)，渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)合適噴發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)合適 渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的總效率又如何變化？渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的總效率又如何變化？9021pCC0tp v渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)不加力條件下的速度特性渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)不加力條件下的速度特性v 設(shè)計(jì)涵道比設(shè)計(jì)涵道比Bd不同不同, 推力變化趨勢(shì)不同推力變化趨勢(shì)不同v 小小Bd設(shè)計(jì)（小于設(shè)計(jì)（小于1），推力隨），推力隨Ma0增加呈增加呈“馬鞍馬鞍”形變化，與形變化，與渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)速度變化趨勢(shì)相類(lèi)似渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)速度變化趨勢(shì)相類(lèi)似v 大大Bd設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)，推力隨推力隨Ma0增加呈下降趨勢(shì)增加呈下降趨勢(shì)v 設(shè)計(jì)涵道比設(shè)計(jì)涵道比Bd越大，耗油率隨越大，耗

25、油率隨Ma0增加上升越劇烈增加上升越劇烈 原因原因: 隨隨Ma0增加增加, 涵道比增大涵道比增大,導(dǎo)致單位推力嚴(yán)重下降導(dǎo)致單位推力嚴(yán)重下降 不同設(shè)計(jì)涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性不同設(shè)計(jì)涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性p 低速條件下，大涵道比設(shè)計(jì)的低速條件下，大涵道比設(shè)計(jì)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)推力大，耗油率低渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)推力大，耗油率低p 設(shè)計(jì)涵道比越大，高速條件下設(shè)計(jì)涵道比越大，高速條件下發(fā)動(dòng)機(jī)的相對(duì)推力（發(fā)動(dòng)機(jī)的相對(duì)推力（F/F起飛起飛）越小越小 p隨飛行速度增加渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)涵道隨飛行速度增加渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)涵道比迅速加大比迅速加大，氣流的排氣速度，氣流的排氣速度C9渦扇渦扇遠(yuǎn)低于遠(yuǎn)低于C9渦噴渦噴，單位推力迅，單位推力迅

26、速減小，導(dǎo)致推力小、耗油率高。速減小，導(dǎo)致推力小、耗油率高。高速條件下渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特高速條件下渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性不如渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)性不如渦噴發(fā)動(dòng)機(jī) p 大涵道比的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)隨著大涵道比的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)隨著Ma0增加，推力一直下降增加，推力一直下降p Bd越大，推力下降越快越大，推力下降越快大涵道比設(shè)計(jì)的不加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)在亞音速飛行范圍內(nèi)優(yōu)大涵道比設(shè)計(jì)的不加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)在亞音速飛行范圍內(nèi)優(yōu)良性能，使它成為現(xiàn)代民航機(jī)和運(yùn)輸機(jī)的主要?jiǎng)恿ρb置良性能，使它成為現(xiàn)代民航機(jī)和運(yùn)輸機(jī)的主要?jiǎng)恿ρb置大涵道比設(shè)計(jì)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)不適用于高速飛行飛機(jī)大涵道比設(shè)計(jì)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)不適用于高速飛行飛機(jī)二、復(fù)燃加力發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性二、復(fù)

27、燃加力發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性在任何飛行速度下，加力在任何飛行速度下，加力推力與不加力推力比（簡(jiǎn)推力與不加力推力比（簡(jiǎn)稱(chēng)加力比）大于稱(chēng)加力比）大于1加力使推力達(dá)到峰值所對(duì)加力使推力達(dá)到峰值所對(duì)應(yīng)的飛行馬赫數(shù)更高應(yīng)的飛行馬赫數(shù)更高加力溫度越高，上述特點(diǎn)加力溫度越高，上述特點(diǎn)越顯著越顯著加力使耗油率增加，經(jīng)濟(jì)加力使耗油率增加，經(jīng)濟(jì)性變差，但隨飛行速度提性變差，但隨飛行速度提高，加力和不加力耗油率高，加力和不加力耗油率的差距減小。的差距減小。原因？原因？751abttFTFFTv 復(fù)燃加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性復(fù)燃加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性（設(shè)計(jì)涵道比設(shè)計(jì)涵道比1） 內(nèi)外涵兩股氣流在渦輪后的混合器摻內(nèi)外涵兩股氣流在渦

28、輪后的混合器摻混而后進(jìn)入加力燃燒室，點(diǎn)火復(fù)燃混而后進(jìn)入加力燃燒室，點(diǎn)火復(fù)燃, 提高排氣速度增加推力。因?yàn)榛旌掀魈岣吲艢馑俣仍黾油屏ΑＲ驗(yàn)榛旌掀鞒隹跍囟容^渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)低，含氧量較出口溫度較渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)低，含氧量較渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)高，因此渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)高，因此加力比更大加力比更大l 高速下兩種狀態(tài)耗油率相當(dāng)？高速下兩種狀態(tài)耗油率相當(dāng)？l 與渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)相比較：與渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)相比較：l 加力比更大，有利于提高飛機(jī)機(jī)動(dòng)性加力比更大，有利于提高飛機(jī)機(jī)動(dòng)性l 亞音速飛行條件下不加力耗油率較低，亞音速飛行條件下不加力耗油率較低，有利于增加作戰(zhàn)半徑有利于增加作戰(zhàn)半徑761abttFTFFT小涵道比設(shè)計(jì)的復(fù)燃加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)適用于

29、超音速戰(zhàn)斗機(jī)小涵道比設(shè)計(jì)的復(fù)燃加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)適用于超音速戰(zhàn)斗機(jī)二、復(fù)燃加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性二、復(fù)燃加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性圖有問(wèn)題需修改第三節(jié)第三節(jié) 高度特性高度特性定義：定義：在給定發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)桿、控制規(guī)在給定發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)桿、控制規(guī)律、飛行律、飛行Ma0條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)推條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)推力，耗油率隨飛行高度的變化力，耗油率隨飛行高度的變化關(guān)系稱(chēng)為高度特性關(guān)系稱(chēng)為高度特性 高度變化引起大氣壓力、氣高度變化引起大氣壓力、氣溫以及密度發(fā)生變化溫以及密度發(fā)生變化發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口參數(shù)變化動(dòng)機(jī)進(jìn)口參數(shù)變化 11公里以下，隨高度增加，公里以下，隨高度增加，三者均下降，且氣壓和密三者均下降，且氣壓和密度下降更快度下降

30、更快 11公里以上氣溫基本不變，公里以上氣溫基本不變，但氣壓和密度仍隨高度增但氣壓和密度仍隨高度增加而迅速下降加而迅速下降 特性線變化原因分析特性線變化原因分析v 假定采用控制規(guī)律假定采用控制規(guī)律 n = nd， Tt4 = Tt4d隨高度增加大氣條件的變化隨高度增加大氣條件的變化高度增加高度增加，大氣壓力和密度下大氣壓力和密度下降，成為決定降，成為決定Wa變化的決定變化的決定性因素：性因素：空氣流量顯著減小空氣流量顯著減小 推力推力 決定了飛機(jī)的升限決定了飛機(jī)的升限 H 11km： 隨高度增加，氣溫降低，發(fā)動(dòng)機(jī)共隨高度增加，氣溫降低，發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作點(diǎn)沿工作線上移，增壓比增同工作點(diǎn)沿工作線上移

31、，增壓比增加，排氣速度增加，加，排氣速度增加，單位推力增加單位推力增加 耗油率耗油率 H 11km，特別是高亞音速或超音速，特別是高亞音速或超音速飛行時(shí)：飛行時(shí)： 隨高度增加，氣溫不變，發(fā)動(dòng)機(jī)共隨高度增加，氣溫不變，發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作點(diǎn)不再移動(dòng)，單位推力不變同工作點(diǎn)不再移動(dòng)，單位推力不變 耗油率基本不變耗油率基本不變H11km耗油率最低耗油率最低典型高度特性典型高度特性F = Wa Fssfc= 3600 f / Fs飛機(jī)巡航高度通常為飛機(jī)巡航高度通常為11公里上下公里上下v 渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)高度特性的變化規(guī)律與渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)高度特性的變化規(guī)律與渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)相同，即：渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)相同，即：v 推力隨高度增加而下降推力隨高度增加而下降v H11Kmv 耗油率不變耗油率不變 隨高度（隨高度（ 0 , NT 0 max22/2/ 60()30()30idleZTCZTmCZTmCnZnTdJMMMdtdJMMdtMNndnJ nNNdtntJdnN附件等加速增加渦輪功增加渦輪功提高剩余功率提高剩余功率v提高渦輪前溫度，但受到：提高渦輪前溫度，但受到：v材料耐熱限制（高材料耐熱限制（高n范圍）范圍）v壓氣機(jī)喘振限制（中低壓氣機(jī)喘振限制（中低n范圍）范圍）v富油熄火限制（高空低速飛行）富油熄火限制（高空低速飛行）v提高膨脹比提高膨脹比v調(diào)節(jié)調(diào)