發(fā)動(dòng)機(jī)原理第三章3、4節(jié)課件

第三章

渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)第三章

渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)第一節(jié)各部件的共同工作第二節(jié)

發(fā)動(dòng)機(jī)特性第三節(jié)

雙軸渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)第四節(jié)

加力渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)2022年12月23日2考試時(shí)間暫定12月16日（15周周一）下午4:00-6:002022年12月23日3內(nèi)容回顧速度特性發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)規(guī)律一定，飛行高度一定，發(fā)動(dòng)機(jī)推力、耗油率等隨飛行Ma的變化關(guān)系。2022年12月23日5內(nèi)容回顧高度特性發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)規(guī)律一定，飛行Ma一定，發(fā)動(dòng)機(jī)推力、耗油率等隨飛行高度的變化關(guān)系。2022年12月23日6內(nèi)容回顧過渡狀態(tài)特性發(fā)動(dòng)機(jī)性能及主要參數(shù)短時(shí)間內(nèi)發(fā)生顯著變化的過程為過渡過程（動(dòng)態(tài)過程）2022年12月23日7內(nèi)容回顧過渡狀態(tài)特性

地面起動(dòng)0轉(zhuǎn)速到慢車狀態(tài)最小平衡轉(zhuǎn)速n’必須靠外動(dòng)力源分三個(gè)階段I起動(dòng)機(jī)帶轉(zhuǎn)II起動(dòng)機(jī)和渦輪共同帶轉(zhuǎn)III渦輪單獨(dú)帶轉(zhuǎn)2022年12月23日8n1–點(diǎn)火轉(zhuǎn)速n’–最小平衡轉(zhuǎn)速n2–起動(dòng)機(jī)脫開轉(zhuǎn)速第三節(jié)雙軸渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)一、單軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展瓶頸二、雙軸渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)三、各部件的共同工作四、尾噴管面積影響五、調(diào)節(jié)規(guī)律2022年12月23日10一、單軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展瓶頸當(dāng)相似轉(zhuǎn)速下降，PC增壓比下降通道收縮速度相對(duì)過快，后面級(jí)成為“瓶頸”壓氣機(jī)前面級(jí)正攻角葉背分離壓氣機(jī)后面級(jí)負(fù)攻角葉盆分離2022年12月23日12一、單軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展瓶頸2022年12月23日14一、單軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展瓶頸設(shè)計(jì)增壓比對(duì)單軸發(fā)動(dòng)機(jī)工作線的影響2022年12月23日15在低相似工作轉(zhuǎn)速下：設(shè)計(jì)增壓比越高，喘振邊界越陡，工作線越平緩設(shè)計(jì)增壓比越低，喘振邊界越平緩，工作線越陡高設(shè)計(jì)增壓比低設(shè)計(jì)增壓比二、雙軸渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)在低ncor時(shí)：低壓壓氣機(jī)負(fù)荷相對(duì)變重，轉(zhuǎn)速相對(duì)下降；高壓壓氣機(jī)負(fù)荷相對(duì)變輕，轉(zhuǎn)速相對(duì)升高；高壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速差增加，緩和了前后不協(xié)調(diào)的矛盾。2022年12月23日16二、雙軸渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)2022年12月23日17三、各部件的共同工作2022年12月23日18對(duì)于高壓轉(zhuǎn)子，如果：把低壓壓氣機(jī)出口視為進(jìn)氣道出口；把低壓渦輪導(dǎo)向器視為尾噴管；那么，高壓轉(zhuǎn)子完全等同于一個(gè)單軸燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)三、各部件的共同工作2022年12月23日20低壓壓氣機(jī)高壓渦輪燃燒室尾噴口功平衡流量連續(xù)高壓壓氣機(jī)低壓渦輪流量連續(xù)低壓渦輪導(dǎo)向器相當(dāng)于高壓轉(zhuǎn)子的尾噴口低壓壓氣機(jī)出口相當(dāng)于高壓轉(zhuǎn)子的進(jìn)氣道高壓轉(zhuǎn)子等效于單軸渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)三、各部件的共同工作高壓轉(zhuǎn)子的共同工作方程（推導(dǎo)過程略）如果雙軸燃?xì)鉁u輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪導(dǎo)向器、低壓渦輪導(dǎo)向器處于臨界狀態(tài)，那么，高壓轉(zhuǎn)子具有唯一的共同工作線。2022年12月23日21三、各部件的共同工作高、低壓渦輪膨脹比的分析2022年12月23日23

對(duì)于雙軸燃?xì)鉁u輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，如果高壓渦輪導(dǎo)向器、低壓渦輪導(dǎo)向器、尾噴口都處于臨界狀態(tài)，那么，高壓渦輪、低壓渦輪的膨脹比都為常數(shù)。三、各部件的共同工作2022年12月23日24低壓壓氣機(jī)高壓渦輪燃燒室尾噴口高壓壓氣機(jī)低壓渦輪功平衡流量連續(xù)三、各部件的共同工作2022年12月23日26三、各部件的共同工作2022年12月23日27三、各部件的共同工作雙軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)高、低壓轉(zhuǎn)子的共同工作方程：2022年12月23日28

分析：高壓壓氣機(jī)共同工作線可在高壓壓氣機(jī)特性圖上唯一確定低壓壓氣機(jī)共同方程包含高壓壓氣機(jī)增壓比，說明低壓轉(zhuǎn)子和高壓轉(zhuǎn)子的共同工作點(diǎn)存在著關(guān)聯(lián)關(guān)系。但是，當(dāng)確定了高壓轉(zhuǎn)子的共同工作點(diǎn)后，僅根據(jù)上述方程并不能確定低壓轉(zhuǎn)子的共同工作點(diǎn)，說明上述方程不足以完整的描述低壓轉(zhuǎn)子和高壓轉(zhuǎn)子的共同工作點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。三、各部件的共同工作2022年12月23日30該方程表明了高壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子之間的流量約束條件三、各部件的共同工作2022年12月23日31共同工作方程組：上述共同工作方程說明：高、低壓轉(zhuǎn)子分別在高、低壓壓氣機(jī)特性圖上各有一條共同工作線。當(dāng)飛行條件變化時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)在其共同工作線上移動(dòng)。高、低壓轉(zhuǎn)子的工作點(diǎn)存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，這種對(duì)應(yīng)關(guān)系取決于流量連續(xù)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)幾何不可調(diào)時(shí)，與單軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，只有一個(gè)調(diào)節(jié)中介，即主燃燒室的供油量。被調(diào)參數(shù)只能選取一個(gè)，無論選取哪個(gè)被調(diào)參數(shù)，共同工作線不變。三、各部件的共同工作2022年12月23日32共同工作方程組：四、尾噴管面積影響2022年12月23日33假設(shè)調(diào)節(jié)規(guī)律：四、尾噴管面積影響2022年12月23日34單軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)：共同工作線遠(yuǎn)離喘振邊界雙軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)：低壓轉(zhuǎn)子：共同工作線靠近喘振邊界高壓轉(zhuǎn)子：共同工作線不受影響當(dāng)尾噴口面積A8增加時(shí)：五、調(diào)節(jié)規(guī)律尾噴管幾何面積不可調(diào)，調(diào)節(jié)量：供油量可能的調(diào)節(jié)規(guī)律：保持低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不變保持高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不變保持渦輪前總溫不變2022年12月23日35五、調(diào)節(jié)規(guī)律當(dāng)T1*上升時(shí)：

低壓轉(zhuǎn)子加“重”，低壓轉(zhuǎn)速有下降的趨勢(shì)；

高壓轉(zhuǎn)子變“輕”，高壓轉(zhuǎn)速有上升的趨勢(shì)。2022年12月23日36五、調(diào)節(jié)規(guī)律當(dāng)采用低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速保持不變的調(diào)節(jié)規(guī)律時(shí)：為保持低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不變，調(diào)節(jié)器主動(dòng)加油，提高T3*，增加渦輪功，結(jié)果使本來就有上升趨勢(shì)的高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升更多。當(dāng)采用高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速保持不變的調(diào)節(jié)規(guī)律時(shí)：為保持高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不變，調(diào)節(jié)器主動(dòng)減油，降低T3*，減少渦輪功，結(jié)果使本來就有下降趨勢(shì)的低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降更多。當(dāng)采用渦輪前溫度保持不變的調(diào)節(jié)規(guī)律時(shí)：渦輪功基本保持不變，低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升。2022年12月23日37小結(jié)2022年12月23日38如果：幾何不可調(diào)；導(dǎo)向器臨界；尾噴口臨界單軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)雙軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作方程共同工作方程唯一的共同工作線高、低壓轉(zhuǎn)子各一條共同工作線，兩者存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。小結(jié)2022年12月23日39單軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)雙軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)增大A8，共同工作線下移（遠(yuǎn)離喘振）增大A8，共同工作線上移（接近喘振）A8變化對(duì)高壓轉(zhuǎn)子共同工作線沒影響作業(yè)12022年12月23日40作業(yè)2其它條件不變時(shí)，減小雙軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的尾噴管臨界面積或低壓渦輪導(dǎo)向器的臨界面積，對(duì)低壓壓氣機(jī)的共同工作點(diǎn)如何影響？對(duì)高壓壓氣機(jī)的共同工作點(diǎn)如何影響？為什么？2022年12月23日41第三章

渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)第一節(jié)各部件的共同工作第二節(jié)

發(fā)動(dòng)機(jī)特性第三節(jié)

雙軸渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)第四節(jié)

加力渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)2022年12月23日42第四節(jié)

加力渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)一、分類二、噴液加力三、復(fù)燃加力2022年12月23日43一、分類加力發(fā)動(dòng)機(jī)在最大狀態(tài)工作產(chǎn)生最大推力的基礎(chǔ)上，再增加推力。方法噴液加力復(fù)燃加力2022年12月23日44二、噴液加力在壓氣機(jī)進(jìn)口或燃燒室中噴入易蒸發(fā)的液體（水+甲醇）壓氣機(jī)進(jìn)口噴水加力的工作原理：噴入的液體吸收氣流中熱而蒸發(fā)，將氣體的吸熱（熵增）壓縮過程變?yōu)榉艧幔販p）壓縮過程，在壓縮功不變的條件下可以獲得更高的壓氣機(jī)增壓比。增壓比增加，空氣流量增加，排氣速度增加，推力增加。2022年12月23日45二、噴液加力2022年12月23日46Sh壓縮功P1*P2*噴水P2*理想P2*不噴水在消耗相同壓縮功條件下獲得更高的增壓比二、噴液加力推力增加程度正比于噴水量?jī)?yōu)點(diǎn)加力效果明顯經(jīng)濟(jì)性好缺點(diǎn)用水量大腐蝕結(jié)冰僅限于起飛使用2022年12月23日47三、復(fù)燃加力在渦輪后再增加一個(gè)燃燒室，利用燃?xì)庵惺Ｓ嗟难?，再次噴油燃燒。兩個(gè)燃燒室前面稱為主燃燒室后面稱為加力燃燒室，參數(shù)下標(biāo)“af”2022年12月23日48三、復(fù)燃加力1、加力工作原理因渦輪后無高速旋轉(zhuǎn)件,冷卻問題比較好解決,再次噴油燃燒使氣流溫度Taf*達(dá)2000~2100K

渦輪出口溫度T4*800~1100K2022年12月23日49三、復(fù)燃加力1、加力工作原理af加力加熱比加力比af=2~2.5，推力增加40~50%2022年12月23日50三、復(fù)燃加力2、理想循環(huán)2022年12月23日51多一個(gè)等壓加熱過程三、復(fù)燃加力2、理想循環(huán)循環(huán)總加熱量q0主燃燒室加熱量q0加力燃燒室加熱量qaf放熱量q2加力循環(huán)功Waf加力循環(huán)熱效率th.af2022年12月23日52三、復(fù)燃加力3、復(fù)燃加力對(duì)性能的影響2022年12月23日53復(fù)燃加力可以有效提高推力復(fù)燃加力使發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性變差推力提高以犧牲發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性作為代價(jià)三、復(fù)燃加力4、復(fù)燃加力發(fā)動(dòng)機(jī)噴管喉道A8必須可調(diào)尾噴管與渦輪流量連續(xù)2022年12月23日54三、復(fù)燃加力4、復(fù)燃加力發(fā)動(dòng)機(jī)噴管喉道A8必須可調(diào)加力前后流量近似相等，2022年12月23日55三、復(fù)燃加力5、調(diào)節(jié)規(guī)律和特性2022年12月23日56

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器

發(fā)動(dòng)機(jī)nndqmfn

t*調(diào)節(jié)器t*t*dqmf.aft*三、復(fù)燃加力5、調(diào)節(jié)規(guī)律和特性速度特性在任何飛行速度下，加力推力比大于1；加力使推力達(dá)最大所對(duì)應(yīng)的馬赫數(shù)更高；加力溫度越高，特點(diǎn)越顯著；加力使經(jīng)濟(jì)性變差，但隨飛行速度提高，差距減小。2022年12月23日57三、復(fù)燃加力