第三章 渦噴發(fā)動機(jī)第1節(jié)shangzai

1、第三章第三章渦輪噴氣發(fā)動機(jī)渦輪噴氣發(fā)動機(jī)第三章渦輪噴氣發(fā)動機(jī) 第一節(jié)第一節(jié) 各部件的共同工作各部件的共同工作 第二節(jié)第二節(jié) 發(fā)動機(jī)特性發(fā)動機(jī)特性 第三節(jié)第三節(jié) 雙軸渦輪噴氣發(fā)動機(jī)雙軸渦輪噴氣發(fā)動機(jī)2022年4月30日2內(nèi)容回顧2022年4月30日3不穩(wěn)定區(qū)域喘振線設(shè)計點工作線等相似轉(zhuǎn)速線等效率線相似流量),(),(*1*1*12*1*1*11*TnpTqfTnpTqfmakmak),(),(2*1*uakuakMaMafMaMaf內(nèi)容回顧2022年4月30日4前喘后堵前重后輕前輕后重前堵后喘壓比增加效率下降壓比下降效率下降內(nèi)容回顧練習(xí)題：在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下(P0=101325Pa,T0=288.

2、15K)，某壓氣機(jī)試驗臺測得的壓氣機(jī)增壓比為2.8，效率為0.84，物理轉(zhuǎn)速為5000rpm，空氣流量為280kg/s。如果將該壓氣機(jī)放在5km高空臺上試驗（P0=54020Pa, T0=255.65K）,并保持壓氣機(jī)工作狀態(tài)與地面試驗相似，那么，該壓氣機(jī)增壓比、效率、物理轉(zhuǎn)速、空氣流量分別為多少？2022年4月30日5內(nèi)容回顧2022年4月30日6P0T0P1T1T1*P1*MaaT1和T1*之間的關(guān)系？T1T1000*1*1*1pTqTnpTqTnmama內(nèi)容回顧練習(xí)題：在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下(p0=101325Pa,T0=288.15K)，某壓氣機(jī)試驗臺測得的壓氣機(jī)增壓比為2.8，效率為0.8

3、4，物理轉(zhuǎn)速為5000rpm，空氣流量為280kg/s。如果將該壓氣機(jī)放在5km高空臺上試驗（p0=54020Pa, T0=255.65K）,并保持壓氣機(jī)工作狀態(tài)與地面試驗相似，那么，該壓氣機(jī)增壓比、效率、物理轉(zhuǎn)速、空氣流量分別為多少？2022年4月30日70000000000002.8,0.84255.655000*4709.6()288.15288.15 54020280158.5(/ )255.65 101325ccmamamamaTnnnnrpmTTTqTqTTpqqkg sppTp 壓氣機(jī)狀態(tài)相似第一節(jié) 各部件的共同工作2022年4月30日8第一節(jié) 各部件的共同工作 設(shè)計點性能 選擇

4、發(fā)動機(jī)的設(shè)計參數(shù)（高度、Ma數(shù)、循環(huán)參數(shù)、部件設(shè)計參數(shù)） 確定滿足發(fā)動機(jī)設(shè)計參數(shù)要求的幾何尺寸和性能（推力、單位推力、耗油率等） 非設(shè)計性能 一臺已完成設(shè)計的發(fā)動機(jī)，當(dāng)它的使用條件偏離設(shè)計狀態(tài)時的性能，即推力、耗油率、燃油流量隨使用條件的變化稱作為非設(shè)計性能 包括：穩(wěn)態(tài)特性、過渡態(tài)特性2022年4月30日9第一節(jié) 各部件的共同工作 “牽一發(fā)，動全身” 仿真：在發(fā)動機(jī)供油量不變的情況下，縮小尾噴口面積2022年4月30日10第一節(jié) 各部件的共同工作 “牽一發(fā)，動全身”2022年4月30日11第一節(jié) 各部件的共同工作2022年4月30日12進(jìn)氣道壓氣機(jī)燃燒室渦輪尾噴口進(jìn)口流動亞音或超音亞音亞音亞音

5、亞音出口流動亞音亞音亞音亞音亞音、臨界、超音流道形式亞音:擴(kuò)張型超音:縮擴(kuò)型動葉:擴(kuò)張靜葉:擴(kuò)張進(jìn)口擴(kuò)壓靜葉:收縮動葉:收縮收縮收縮-擴(kuò)張臨界截面部分有一般沒有沒有有有一、共同工作及共同工作線1、共同工作定義及條件 定義： 各部件組合成整臺發(fā)動機(jī)，部件間的相互作用和影響稱為“共同工作”。2022年4月30日13一、共同工作及共同工作線1、共同工作定義及條件 條件： 流量連續(xù) 壓氣機(jī)與渦輪功率平衡：WkWt 壓氣機(jī)與渦輪轉(zhuǎn)速相等：ncnt 壓力平衡：2022年4月30日14壓氣機(jī)渦輪燃燒室尾噴口功平衡轉(zhuǎn)速相等流量連續(xù)流量連續(xù)一、共同工作及共同工作線2、所需基本知識及基本假設(shè) 基本知識2022年4

6、月30日15流量公式流量公式 AqTpKqm*constK其中，壓縮功壓縮功：膨脹功：膨脹功：壓氣機(jī)功與進(jìn)口總溫和增壓比有關(guān)渦輪功與進(jìn)口總溫與膨脹比有關(guān)ckkcpcTcL/ 1)(1*1tkktptTcL)(11 1*3一、共同工作及共同工作線2、所需基本知識及基本假設(shè) 基本假設(shè) 發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道、燃燒室、渦輪導(dǎo)向器、尾噴管總壓恢復(fù)系數(shù)近似不變； 發(fā)動機(jī)渦輪效率近似不變；2022年4月30日16一、共同工作及共同工作線3、壓氣機(jī)進(jìn)口與渦輪導(dǎo)向器流量連續(xù)2022年4月30日17壓氣機(jī)渦輪燃燒室尾噴口流量連續(xù)一、共同工作及共同工作線3、壓氣機(jī)進(jìn)口與渦輪導(dǎo)向器流量連續(xù) 進(jìn)入壓氣機(jī)的流量： 燃燒室加入的燃

7、油流量: （ f表示油氣比） 飛機(jī)引氣： （ 表示引氣比） 流經(jīng)渦輪的流量：2022年4月30日1812348壓氣機(jī)燃燒室渦導(dǎo)尾噴口進(jìn)氣道渦轉(zhuǎn)飛機(jī)引氣燃油流量maqmafqmaVq引氣=1mgmamamamaqqfqVqqfV引氣引氣（）mafqmaVq引氣maqV引氣一、共同工作及共同工作線3、壓氣機(jī)進(jìn)口與渦輪導(dǎo)向器流量連續(xù)2022年4月30日19*111*1*3*2*3*2*111*1)()(1323)()(2)(111TqAKpTqApKTqApKTqApKqTqAKpqfvqfvqqdxdxdxbdxdxdxbdxdxdxdxmgmamamamg）可得）代入（）（將（）（渦輪導(dǎo)向器流量

8、：）（壓氣機(jī)進(jìn)口流量：其中，）（）（設(shè)）（關(guān)系為：導(dǎo)向器喉道質(zhì)量流量的壓氣機(jī)進(jìn)口流量與渦輪引氣引氣燃燒室、渦輪導(dǎo)向器總壓恢復(fù)系數(shù)渦輪導(dǎo)向器喉道面積壓氣機(jī)進(jìn)口面積一、共同工作及共同工作線3、壓氣機(jī)進(jìn)口與渦輪導(dǎo)向器流量連續(xù)2022年4月30日20constD)(1)()()(11*1*3*1*2*111*1*3*2若導(dǎo)向器為臨界狀態(tài)：其中，變成：整理之后流量平衡方程dxbdxdxcdxdxdxbqAAKKDqTTDppTqAKpTqApK一、共同工作及共同工作線3、壓氣機(jī)進(jìn)口與渦輪導(dǎo)向器流量連續(xù)2022年4月30日21一條直線在通用特性圖上表示為那么：如果,)(,)(*1*31*1*31*1*3*

9、1*2CTTqconstCTTqTTDppcc一、共同工作及共同工作線3、壓氣機(jī)進(jìn)口與渦輪導(dǎo)向器流量連續(xù)2022年4月30日22 溫度比越高，等值線越陡；溫度比越高，等值線越陡； 當(dāng)進(jìn)氣溫度一定時，提高渦當(dāng)進(jìn)氣溫度一定時，提高渦輪前溫度將導(dǎo)致壓氣機(jī)工作輪前溫度將導(dǎo)致壓氣機(jī)工作點移向喘振邊界。點移向喘振邊界。)(1*1*3qTTDc一、共同工作及共同工作線4、壓氣機(jī)與渦輪的功平衡2022年4月30日23壓氣機(jī)渦輪燃燒室尾噴口功平衡mTkkTpmackkcpmaTcqTcq)(11 /)1)(1*31*1衡：由壓氣機(jī)和渦輪的功平機(jī)械效率 當(dāng)飛行條件變化引起壓氣機(jī)功變化時，當(dāng)飛行條件變化引起壓氣機(jī)功

10、變化時，為維持功平衡，必須改變?yōu)榫S持功平衡，必須改變渦輪前溫度渦輪前溫度或或渦渦輪膨脹比輪膨脹比，否則將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化。，否則將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化。4、壓氣機(jī)與渦輪的功平衡一、共同工作及共同工作線一、共同工作及共同工作線4、壓氣機(jī)與渦輪的功平衡2022年4月30日251131111*mapkkmaptmtq c T () /q c T () 由壓氣機(jī)和渦輪的功平衡：機(jī)械效率*3*1111111(),()pkkptmtkkttcTeTceeeconst 整理后可得：其中，？consteeeeccTTTcqTcqkkTTkkccccmTTppmTkkTpmackkcpma11*1*31*31*1)

11、(,)(1111)(11 /)1)(其中，整理后可得：衡：由壓氣機(jī)和渦輪的功平機(jī)械效率？一、共同工作及共同工作線一、共同工作及共同工作線5、渦輪導(dǎo)向器和尾噴管的流量連續(xù)2022年4月30日27壓氣機(jī)渦輪燃燒室尾噴口流量連續(xù)一、共同工作及共同工作線5、渦輪導(dǎo)向器和尾噴管的流量連續(xù)2022年4月30日28TT*3.*3*888488.8*84*3884.8*43T1*38844*334()()()(),()()dxdxdxm dxcmcm dxmdxdxdxkkctdK pA qqTK p A qK pA qqTTpA qTqqpTA qkpA qTpTpp渦輪導(dǎo)向器喉道流量：尾噴管喉道流量：由流

12、量連續(xù)：整理后可得：假設(shè)渦輪膨脹過程多變指數(shù)為21()TTkkxdxdxA q一、共同工作及共同工作線5、渦輪導(dǎo)向器和尾噴管的流量連續(xù)2022年4月30日292138848811TTk*kct*dxdxdxdxdxtpA q()pA q()AA,const渦輪膨脹比：一般條件下，渦輪導(dǎo)向器喉道、尾噴管喉道都處于臨界狀態(tài)即：，假設(shè)導(dǎo)向器喉道面積，尾噴口喉道面積 都保持不變 可得當(dāng)渦輪導(dǎo)向器和尾噴管為臨界狀態(tài)時，渦輪膨脹比近似為常數(shù)。一、共同工作及共同工作線6、單軸渦輪噴氣發(fā)動機(jī)共同工作方程30ppTTdxbdxdxcccppTTccTccppTTccceqAAKKCeCqabconstccebe

13、TTconsteconstecceTTaqTTDdxm*11m*1*3T1, 1m*1*31*1*3111)(11)(111B1B323111112)(18其中），最后得到：）代入（將（其中，）（）可得：）（由（或：）渦導(dǎo)和噴管流量連續(xù)（平衡：）由壓氣機(jī)和渦輪的功（）（連續(xù)：）由壓氣機(jī)和渦導(dǎo)流量（一、共同工作及共同工作線6、單軸渦輪噴氣發(fā)動機(jī)共同工作方程2022年4月30日31ckkccconstq1)(11 上述方程在壓氣機(jī)通用特性圖上述方程在壓氣機(jī)通用特性圖上確定了唯一的曲線，該曲線叫上確定了唯一的曲線，該曲線叫做發(fā)動機(jī)共同工作線。做發(fā)動機(jī)共同工作線。一、共同工作及共同工作線7、結(jié)論202

14、2年4月30日32 一臺幾何不變的發(fā)動機(jī)，當(dāng)一臺幾何不變的發(fā)動機(jī)，當(dāng)渦輪導(dǎo)向器和尾噴管處于臨渦輪導(dǎo)向器和尾噴管處于臨界工作狀態(tài)時，無論飛行條界工作狀態(tài)時，無論飛行條件或發(fā)動機(jī)工作轉(zhuǎn)速如何變件或發(fā)動機(jī)工作轉(zhuǎn)速如何變化發(fā)動機(jī)的共同工作點總在化發(fā)動機(jī)的共同工作點總在同一條工作線上移動同一條工作線上移動 共同工作線與每一條等相似共同工作線與每一條等相似轉(zhuǎn)速線有唯一交點轉(zhuǎn)速線有唯一交點一、共同工作及共同工作線7、結(jié)論2022年4月30日33 當(dāng)飛行條件一定時：當(dāng)飛行條件一定時： 轉(zhuǎn)速增加，工作點沿工作線右上移轉(zhuǎn)速增加，工作點沿工作線右上移 轉(zhuǎn)速降低，工作點沿工作線左下移轉(zhuǎn)速降低，工作點沿工作線左下移 當(dāng)

15、轉(zhuǎn)速一定時：當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時： 飛行飛行Ma增加，工作點沿工作線左增加，工作點沿工作線左下移下移 飛行高度增加（低于飛行高度增加（低于11公里），工公里），工作點沿工作線右上移作點沿工作線右上移 飛行條件、轉(zhuǎn)速變化歸結(jié)為飛行條件、轉(zhuǎn)速變化歸結(jié)為*1Tn一、共同工作及共同工作線7、結(jié)論 尾噴口面積的影響： 當(dāng)A8變化時，引起渦輪膨脹比變化，共同工作線移動， A8 越小，越靠近喘振邊界。2022年4月30日342*1388*41*131*38*1*38*1()()1()1)/1()TTkkctdxdxdxpkkptmtttpA qpA qc Tc TTATTAT 功平衡功平衡渦輪膨脹比：功平衡關(guān)系：遠(yuǎn)

16、離喘振邊界靠近喘振邊界一、共同工作及共同工作線7、結(jié)論 引氣量的影響： 當(dāng)飛機(jī)引氣量增加時，引起渦輪前溫度增加和渦輪及噴管的流量下降，共同工作線移動，飛機(jī)引氣量越大，越遠(yuǎn)離喘振邊界。2022年4月30日35*31*1*3*1*31*1()1B11()kkkkTDqTTeTTDvfqT 引氣壓氣機(jī)和渦導(dǎo)流量連續(xù)：壓氣機(jī)功平衡：，代入上式可得： 即：v 引氣工作線下移一、共同工作及共同工作線7、結(jié)論 發(fā)動機(jī)各部件共同工作的結(jié)果共同工作線。 無論飛行條件或發(fā)動機(jī)工作轉(zhuǎn)速如何變化，發(fā)動機(jī)的工作點總在共同工作線上移動。 當(dāng)A8變化時，引起渦輪膨脹比變化，共同工作線移動， A8 越小，越靠近喘振邊界。 當(dāng)

17、飛機(jī)引氣量增加時，引起渦輪前溫度增加和渦輪及噴管的流量下降，共同工作線移動，飛機(jī)引氣量越大，越遠(yuǎn)離喘振邊界。2022年4月30日36練習(xí)題對于單軸渦噴發(fā)動機(jī)，除噴管外，幾何均不可調(diào)，渦輪導(dǎo)向器和尾噴口處于臨界狀態(tài)，試分析：（1）在保持飛行狀態(tài)、物理轉(zhuǎn)速不變的情況下減小A8，發(fā)動機(jī)渦輪前溫度和空氣流量如何變化？（2）若保持飛行狀態(tài)、A8和物理轉(zhuǎn)速不變，增加飛行高度（11km），發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)的增壓比如何變化？（3）保持A8 、飛行狀態(tài)、壓氣機(jī)增壓比不變的情況下，增加飛機(jī)引氣量，渦輪前溫度和物理轉(zhuǎn)速如何變化？（4）在保持飛行狀態(tài)、物理轉(zhuǎn)速不變的情況下開通加力，發(fā)動機(jī)渦輪前溫度和空氣流量如何變化？20

18、22年4月30日37練習(xí)題對于單軸渦噴發(fā)動機(jī)，除噴管外，幾何均不可調(diào)，渦輪導(dǎo)向器和尾噴口處于臨界狀態(tài)，試分析：（1）在保持飛行狀態(tài)、物理轉(zhuǎn)速不變的情況下減小A8，發(fā)動機(jī)渦輪前溫度和空氣流量如何變化？2022年4月30日382*1388*4*1*83()()TTkkctdxdxdxtpA qpA qnconstTATPA 功平衡飛行狀態(tài)，轉(zhuǎn)速不變相當(dāng)于練習(xí)題對于單軸渦噴發(fā)動機(jī)，除噴管外，幾何均不可調(diào)，渦輪導(dǎo)向器和尾噴口處于臨界狀態(tài)，試分析：（2）若保持飛行狀態(tài)、A8和物理轉(zhuǎn)速不變，增加飛行高度（11km），發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)的增壓比如何變化？2022年4月30日392*1388*4*1*1()()TT

19、kkctdxdxdxpA qconstpA qManHTPDT 幾何不變，共同工作線唯一飛行，轉(zhuǎn)速不變相當(dāng)于練習(xí)題對于單軸渦噴發(fā)動機(jī)，除噴管外，幾何均不可調(diào)，渦輪導(dǎo)向器和尾噴口處于臨界狀態(tài)，試分析：（3）保持A8 、飛行狀態(tài)、壓氣機(jī)增壓比不變的情況下，增加飛機(jī)引氣量，渦輪前溫度和物理轉(zhuǎn)速如何變化？2022年4月30日40工作點水平移動衡：由壓氣機(jī)和渦輪的功平引氣引氣constTTcfqTcqcconstconstmtkktpmakkkcpmatc*3,1*31*1*)(11 )1 (/)1)(練習(xí)題對于單軸渦噴發(fā)動機(jī)，除噴管外，幾何均不可調(diào)，渦輪導(dǎo)向器和尾噴口處于臨界狀態(tài)，試分析：（4）在保持

20、飛行狀態(tài)、物理轉(zhuǎn)速不變的情況下開通加力，發(fā)動機(jī)渦輪前溫度和空氣流量如何變化？2022年4月30日41TT*38884884*8384*38844*438T1*388444*3348()()()()()()(dxdxdxccdxdxdxkkctdxdxK pA qK p A qK pA qTTTTTpA qTTpTA qTkpA qTpTTppTA q根據(jù)渦輪導(dǎo)向器喉道和尾噴管喉道流量連續(xù)：整理后可得：假設(shè)渦輪膨脹過程多變指數(shù)為821*1,14*8)TTdxkkdxTconstT ）相當(dāng)于縮小噴口面積（功平衡APTTT *1*3t8渦輪后總壓渦輪后總溫噴管總壓恢復(fù)系數(shù)渦輪前總壓作業(yè) 1、試推導(dǎo)出

21、單軸渦噴發(fā)動機(jī)渦輪與壓氣機(jī)的流量平衡方程。把該方程的圖形表示在壓氣機(jī)的特性曲線上，并說明其物理意義。 2、渦噴發(fā)動機(jī)在渦輪導(dǎo)向器和尾噴管處在臨界或超臨界狀態(tài)時，為什么可以認(rèn)為渦輪的膨脹比不變？調(diào)節(jié)尾噴管或渦輪導(dǎo)向器的臨界截面面積對渦輪的膨脹比有何影響？如果尾噴管處于亞臨界狀態(tài)時情況又是如何？2022年4月30日42作業(yè) 3、試推導(dǎo)出單軸渦噴發(fā)動機(jī)在渦輪導(dǎo)向器和尾噴管處在臨界或超臨界狀態(tài)時的渦輪與壓氣機(jī)的共同工作方程，并說明如何利用該方程求作共同工作線。2022年4月30日43二、調(diào)節(jié)規(guī)律 發(fā)動機(jī)的調(diào)節(jié) 由各部件共同工作關(guān)系分析，發(fā)動機(jī)實際工作點構(gòu)成共同工作線，但即使已知飛行條件，仍不能確定發(fā)動機(jī)在工作線的哪一點工作。 為控制工作點在工作線上的落點，必須對發(fā)動機(jī)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。2022年4月30日44二、調(diào)節(jié)規(guī)律 自動調(diào)節(jié)裝置的目的： 最大限度發(fā)揮性能潛力和最有利使用發(fā)動機(jī) 滿足飛機(jī)在不同飛行條件下的要求； 確保發(fā)動機(jī)工作安全； 便于駕駛員操作。2022年4月30日45二、調(diào)節(jié)規(guī)律 發(fā)動機(jī)調(diào)節(jié)的4個要素： 被調(diào)參數(shù)：可以主導(dǎo)發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)的參數(shù)； 調(diào)節(jié)中介：能改變被調(diào)參數(shù)的作用量； 調(diào)節(jié)規(guī)律：被調(diào)參數(shù)的變化規(guī)律； 調(diào)節(jié)器：為實現(xiàn)調(diào)節(jié)規(guī)律所必