1航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)概述

1、飛機(jī)動(dòng)力裝置第三局部：燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)1第一章 航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)概述 第一節(jié) 航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介2燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的開展3456789噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的分類發(fā)動(dòng)機(jī)：將燃油燃燒釋放出的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的裝置噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)：把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為發(fā)動(dòng)機(jī)高速噴出燃?xì)獾膭?dòng)能，從而獲得反作用力，推進(jìn)飛行器飛行的發(fā)動(dòng)機(jī)。1011（一）火箭發(fā)動(dòng)機(jī)特點(diǎn)： 自己攜帶燃料和氧化劑，靠燃燒壓縮工質(zhì)。分類： 固體燃料、液體燃料、混合燃料121314（二）空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)：利用空氣中的氧氣與燃料進(jìn)行混合燃燒，作為工質(zhì)的動(dòng)力裝置。分類：無(wú)壓氣機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī) 燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)（有壓氣機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)）151、無(wú)壓氣機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)分類：沖

2、壓式發(fā)動(dòng)機(jī)、脈沖式發(fā)動(dòng)機(jī)。16沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)：在起飛時(shí)推力為零，低速時(shí)性能不好17脈沖式發(fā)動(dòng)機(jī)：空氣和燃料間歇地供入燃燒室，靠燃燒壓縮工質(zhì)18 2、燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī) 燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的四種根本類型： 渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī) 渦輪螺旋漿發(fā)動(dòng)機(jī) 渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)19（1）渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)20渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：渦輪只帶動(dòng)壓氣機(jī)壓縮空氣，發(fā)動(dòng)機(jī)的全部推力來(lái)自噴出氣流的反作用力。21燃?xì)鉁u輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 燃?xì)獍l(fā)生器后的燃?xì)饪捎媚苋坑脕?lái)在噴管內(nèi)繼續(xù)膨脹, 加速燃?xì)? 提高燃?xì)獾乃俣? 使燃?xì)庖暂^高的速度噴出, 產(chǎn)生推力。航空燃?xì)鉁u輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)既是熱機(jī)又是推進(jìn)器 與航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)相比 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,重量輕,

3、推力大, 推進(jìn)效率高在很大的飛行速度范圍內(nèi), 發(fā)動(dòng)機(jī)的推力隨飛行速度的增加而增加 22（2）渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)（內(nèi)外涵發(fā)動(dòng)機(jī)）涵道比：外涵道空氣流量/內(nèi)涵道空氣流量23高涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)低涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)24渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī) 由進(jìn)氣道, 低壓壓氣機(jī),高壓壓氣機(jī),燃燒室,高壓渦輪,低壓渦輪,噴管,風(fēng)扇和外涵道組成 渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)推力：內(nèi)、外涵道氣流反作用力的總和。優(yōu)點(diǎn)：燃料使用效率高，噪聲小，能獲得較大加力比。25（3）渦輪螺旋漿發(fā)動(dòng)機(jī)26渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī) 由燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)和螺旋槳組成,在它們之間還安排了一個(gè)減速器 渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理 螺旋槳產(chǎn)生拉力 氣體流過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)產(chǎn)生反作用推力在較低的飛行速度

4、下,具有較高的推進(jìn)效率, 所以它在低亞音速飛行時(shí)的經(jīng)濟(jì)性較好 適用于低空低速的運(yùn)輸機(jī)和民航機(jī)27定軸式：具有大減速臂的減速器（黑色局部）大大增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的重量28自由渦輪式：自由渦輪轉(zhuǎn)速較低，可以采用小減速比的減速器來(lái)減輕發(fā)動(dòng)機(jī)的重量 29渦輪螺旋漿發(fā)動(dòng)機(jī)特點(diǎn)： 推力主要靠螺旋漿產(chǎn)生的拉力，燃?xì)庵惺Ｏ碌暮苌倌芰吭谖矅姽苤信蛎?，產(chǎn)生一小局部推力（約10）3031（4）渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)32渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī) 燃?xì)獍l(fā)生器后的燃?xì)饪捎媚苋坑糜隍?qū)動(dòng)動(dòng)力渦輪而不在噴管內(nèi)膨脹產(chǎn)生推力 動(dòng)力渦輪軸上輸出的功率可以用來(lái)帶動(dòng)直升機(jī)的旋翼 33渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)與渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的不同之處 ： 燃?xì)鈳缀跞吭趧?dòng)力渦輪中膨脹，由尾噴管排

5、出時(shí)，氣流速度較低。3435小 結(jié)36燃?xì)獍l(fā)生器壓氣機(jī), 燃燒室, 渦輪 產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)庥址Q為發(fā)動(dòng)機(jī)的核心機(jī)核心機(jī)它完成了發(fā)動(dòng)機(jī)將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的工作；對(duì)燃?xì)獍l(fā)生器所獲得的機(jī)械能進(jìn)行不同的分配，就形成不同型式的發(fā)動(dòng)機(jī)；渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的螺旋槳，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇，渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的懸翼的軀動(dòng)力都來(lái)自燃?xì)獍l(fā)生器。 37燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)其他分類（P4）383940民航方面的情況(p5)4142434445第二節(jié) 渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程46組成 ：進(jìn)氣道，壓氣機(jī)，燃燒室，渦輪，噴管。進(jìn)氣道：將足夠的空氣量, 以最小的流動(dòng)損失順利地引入壓氣機(jī)。 壓氣機(jī)：通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)的葉片對(duì)空氣作功, 壓縮空氣, 提高空氣的壓力

6、。 燃燒室：高壓空氣和燃油混合, 燃燒, 將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮? 形成高溫高壓的燃?xì)狻?渦輪：高溫高壓的燃?xì)庠跍u輪內(nèi)膨脹, 向外輸出功, 去帶動(dòng)壓氣機(jī)。噴管：使燃?xì)饫^續(xù)膨脹, 加速, 提高燃?xì)獾乃俣取?7一、渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的理想循環(huán)48布萊頓循環(huán)由絕熱壓縮過(guò)程1-2、等壓加熱過(guò)程2-3、絕熱膨脹過(guò)程3-4和等壓放熱過(guò)程4-1組成。由于這個(gè)循環(huán)在等壓加熱，故也稱為等壓加熱循環(huán)。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和沖壓噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的理想循環(huán)就是布萊頓循環(huán)。布萊頓循環(huán)49在等壓加熱過(guò)程2-3中，加給工質(zhì)的熱量為： q1= Cp(T3 - T2)在等壓放熱過(guò)程4-1中，工質(zhì)放出的熱量為： q2= Cp(T4 - T1)由于理

7、想循環(huán)w0 = q1- q2 所以，布萊頓循環(huán)的理想循環(huán)作功為： w0 = Cp(T3- T2)- Cp(T4- T1) 式中：T1、T2、T3、T4分別為工質(zhì)狀態(tài)1、2、3、4時(shí)的溫度。50改寫為： 布萊頓循環(huán)的理想循環(huán)效率為：51而 p1 = p4 ，p2 = p3 代入上式，得：因?yàn)楹蜑榻^熱過(guò)程，所以：代入得：為工質(zhì)被壓縮后的壓力p2與壓縮前的壓力p1的比值，并稱為增壓比。52燃?xì)鉁u輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的理想化條件 假設(shè)工質(zhì)完成的是一個(gè)封閉的熱力循環(huán) 略去壓縮與膨脹過(guò)程中工質(zhì)與各部件之間的熱量交換, 忽略實(shí)際過(guò)程中的摩擦, 假設(shè)在燃燒室中進(jìn)行的燃油燃燒釋放出熱能的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程為外部熱源對(duì)工質(zhì)加熱

8、的過(guò)程, 并且忽略由流動(dòng)阻力和加熱所引起的壓力降低, 從而用定壓加熱過(guò)程代替之噴入的燃油的質(zhì)量忽略不計(jì), 而且假定工質(zhì)是定質(zhì)量的定比熱容的完全氣體噴入大氣中的燃?xì)馀c大氣進(jìn)行定壓的放熱過(guò)程。 53布萊頓循環(huán) 02：絕熱壓縮（進(jìn)氣道、壓氣機(jī)）23：等壓加熱（燃燒室）35：絕熱膨脹（渦輪、噴管）50：等壓放熱（外界大氣）541kg工質(zhì)所作的循環(huán)功（加熱量與放熱量之差）：越大，表示渦輪前的溫度越高，循環(huán)功越大，熱效應(yīng)越高。55循環(huán)的熱效率（發(fā)動(dòng)機(jī)增壓比 ）越高，熱效率越高56Lk 、LT分別表示壓氣機(jī)的壓縮功和渦輪的膨脹功。對(duì)于渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，兩者相等，所以有：用機(jī)械能的形式表示發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度越高，

9、循環(huán)功越大，排氣速度越大57發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際工作過(guò)程中的損失氣流在進(jìn)氣道、壓氣機(jī)壓縮過(guò)程中的流動(dòng)損失氣流在燃燒室中有流動(dòng)損失和加熱過(guò)程中的熱阻損失，壓力下降。氣流膨脹過(guò)程中有流動(dòng)損失。定壓放熱過(guò)程只有熱損失，沒有流動(dòng)損失，所以，實(shí)際的放熱過(guò)程與理想循環(huán)的放熱過(guò)程相同。5859摩擦降低了總壓，熱阻損失降低了總溫60第三節(jié) 渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)推力和效率（*）61一、推力的產(chǎn)生氣流流過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)壁及各部件對(duì)氣體施加作用力，使其動(dòng)量發(fā)生變化，而氣體必然同時(shí)給予發(fā)動(dòng)機(jī)及各部件以反作用力。這些反作用力在軸向分力的合力，即推力。推力：提供給飛機(jī)，克服飛機(jī)前進(jìn)阻力或使飛機(jī)加速而作功的力。有效推力發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)推力

10、 短艙的阻力62產(chǎn)生連續(xù)推力的原因力學(xué)角度作用力與反作用力的結(jié)果 能量角度推力是能量轉(zhuǎn)換的表現(xiàn)形式， 穩(wěn)定燃燒是產(chǎn)生推力的能量基礎(chǔ) 熱力學(xué)角度等壓循環(huán)是產(chǎn)生連續(xù)推力的基礎(chǔ) 63有效推力64當(dāng)燃?xì)庠趪姽苤型耆蛎洉r(shí)內(nèi)推力忽略流量差異時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)地面試車65渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的推力分布66推力的分布 由圖可以看出進(jìn)氣道，壓氣機(jī)，燃燒室產(chǎn)生的力是向前的；渦輪，噴管產(chǎn)生的力是向后的。向前的力減去向后的力就等于推力。其中以壓氣機(jī)產(chǎn)生的力所占的比例最大。67二、推進(jìn)功率和推進(jìn)效率假設(shè)：飛機(jī)等速平飛推進(jìn)功率：L每公斤氣流的循環(huán)功發(fā)動(dòng)機(jī)在熱力循環(huán)中產(chǎn)生的功率68推進(jìn)效率C5/C0 越大，推進(jìn)效率越小當(dāng)C00，沒有推進(jìn)功當(dāng)

11、C5C0，效率為1，但F為零 69發(fā)動(dòng)機(jī)損失的能量：排氣速度與飛行速度相差越大，動(dòng)能損失越多每公斤氣流損失的能量：70三、總效率定義：參加燃燒室的燃油完全燃燒時(shí)放出的熱量，有多少轉(zhuǎn)變?yōu)橥七M(jìn)功。qs每公斤空氣所提供的熱量71總效率（0.200.30） 熱效率（0.250.4）推進(jìn)效率（0.500.75）提高總效率的措施：提高熱效率，如提高壓氣機(jī)增壓比，渦輪前燃?xì)鉁囟龋惶岣咄七M(jìn)效率，減小C5和C0之間的差值。72四、沿流程參數(shù)變化73第四節(jié) 渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)和根本要求74一、渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)（一）推力性能指標(biāo)1、推力F（最主要指標(biāo)，單位N，英磅）推力和發(fā)動(dòng)機(jī)功率之間的關(guān)系：發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)

12、出的功率與飛行速度和排氣速度的平均值有關(guān)。752、單位推力Fs定義：發(fā)動(dòng)機(jī)推力/發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量（單位 N s/kg，dN s/kg）表示每公斤空氣每秒所產(chǎn)生的推力流量相同，單位推力越大，發(fā)動(dòng)機(jī)推力越大763、推重比Fw定義：發(fā)動(dòng)機(jī)地面最大工作狀態(tài)下的推力/發(fā)動(dòng)機(jī)的凈重渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)推重比為3.54渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)推重比達(dá)8以上774、單位迎面推力FA定義：發(fā)動(dòng)機(jī)推力/發(fā)動(dòng)機(jī)最大迎風(fēng)面積最大迎風(fēng)面積相同時(shí)，F(xiàn)A越大，推力F越大推力F相同時(shí)，F(xiàn)A越大，發(fā)動(dòng)機(jī)迎風(fēng)面積越小78（二）經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)1、燃油消耗量Gf（單位kg/s，kg/h）定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)所消耗的燃油量 推力相同時(shí)，Gf越小越好2、單位燃油消

13、耗率sfc(單位kg/h N,kg/h daN )定義：產(chǎn)生一牛頓推力每小時(shí)所消耗的燃油量79Hu為燃油的熱值（kJ/kg）Sfc與總效率、飛行速度有關(guān)80（三）使用性能指標(biāo)發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性起動(dòng)迅速可靠 從靜止加速到慢車狀態(tài)的過(guò)程加速性 從慢車加速到最大轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命 第一次翻修或兩次大修的工作時(shí)數(shù)維護(hù)的繁簡(jiǎn)程度81二、根本要求推重比高，單位迎風(fēng)面積小 同等推力時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸小，重量輕。 同等推力時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)迎風(fēng)面積小，阻力小。單位燃油消耗率低可靠性好 工作穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)完整性、壽命 事故率：每十萬(wàn)（百萬(wàn)）工作小時(shí)的故障次數(shù) 提前拆換率：不到壽命而提前返修的臺(tái)數(shù)/總臺(tái)數(shù)使用本錢低（燃油、

14、購(gòu)置本錢、維護(hù)費(fèi)用）82第五節(jié) 渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的演變和各種燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)適用范圍83一、渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)（*） 渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)效率一般只有0.50.75，特別是飛行速度不高，為了提供推重比，排氣速度提高了，推進(jìn)效率更加下降。降低發(fā)動(dòng)機(jī)排氣速度C5（渦輪前總溫）可以提高推進(jìn)效率84渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的由來(lái)設(shè)1）加與不加外罩核心機(jī)工作狀態(tài)不變，即核心機(jī)產(chǎn)生的可用功不變時(shí)；2）外罩和核心機(jī)出口氣流速度相同；3）噴管完全膨脹、忽略燃?xì)夂涂諝饬髁坎町?85在循環(huán)功率相同的條件下，工質(zhì)的流量越大： 排氣速度越小， 推力越大， 推進(jìn)效率越大， 燃料消耗率越小。飛行速度C0越小，推力增加的效果更明顯。循環(huán)功率相同，增

15、大流量（加風(fēng)扇）有好效果86從渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)到渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的意義： 提高推進(jìn)效率；飛行速度較低時(shí)，推進(jìn)效率和推力增加的效果更明顯。 飛行速度較大時(shí)，不宜使用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。 渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)適用于高亞音速巡航，用于大中型民航機(jī)和運(yùn)輸機(jī)。87二、渦輪螺漿發(fā)動(dòng)機(jī)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比，提高了推進(jìn)效率。渦漿發(fā)動(dòng)機(jī)螺旋槳產(chǎn)生拉力 氣體流過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)產(chǎn)生反作用推力適用于低空低速的運(yùn)輸機(jī)和民航機(jī)88三、渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī) 同樣的核心機(jī)，同樣的循環(huán)功率，旋翼越大，流量越大，旋翼所產(chǎn)生的升力越大。 一般，旋翼的空氣流量為渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量的5001000倍。89四、加力式渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和加力式渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)使用原因：飛行速度C0較大，降低C5和提高流量效果不明顯，需要增加理想循環(huán)功。增加理想循環(huán)功的途徑： 增加渦輪前總溫和發(fā)動(dòng)機(jī)增壓比。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕。應(yīng)用：殲擊機(jī)90五、沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)沖壓的增壓比提高，壓氣機(jī)的增壓比下降。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，推重比高。缺點(diǎn)：低速性能不好。應(yīng)用：作靶機(jī)和導(dǎo)彈的動(dòng)力裝置。各種空氣噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用范圍（P19，圖1-