北航發(fā)動機(jī)原理課件

第二章

發(fā)動機(jī)部件工作原理第二章

發(fā)動機(jī)部件工作原理第一節(jié)氣動熱力基礎(chǔ)第二節(jié)

進(jìn)氣道第三節(jié)

尾噴管第四節(jié)

壓氣機(jī)第五節(jié)

渦輪第六節(jié)

燃燒室2023年2月7日2第一節(jié)氣動熱力基礎(chǔ)2023年2月7日3第一節(jié)氣動熱力基礎(chǔ)1、連續(xù)方程2、能量方程3、音速4、馬赫數(shù)5、滯止參數(shù)2023年2月7日46、變截面管流7、臨界參數(shù)8、速度系數(shù)9、密流函數(shù)10、激波1、連續(xù)方程07二月20232、能量方程2023年2月7日62、能量方程同時(shí)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(shí)變化。氣體加速，T降低宏觀動能←內(nèi)部儲能氣體減速，T升高宏觀動能→內(nèi)部儲能2023年2月7日72、能量方程示例1以發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣道為例。V0=0 T0=288.15K進(jìn)口速度124.3m/s進(jìn)口溫度280.4K2023年2月7日82、能量方程示例2以發(fā)動機(jī)的尾噴管為例。尾噴管進(jìn)口速度174m/s 進(jìn)口溫度507.6K尾噴管出口速度417m/s 出口溫度442.6K2023年2月7日93、音速音速隨當(dāng)?shù)販囟茸兓兓⒉皇嵌ㄖ凳纠?T=15?Cc=340.3m/s2023年2月7日104、馬赫數(shù)Ma：氣體速度與當(dāng)?shù)匾羲僦?023年2月7日114、馬赫數(shù)2023年2月7日12Ma=0.3

Ma=0.6？vTcMa>0.64、馬赫數(shù)2023年2月7日13作業(yè)07二月2023（1）飛機(jī)的Ma增加1倍，其空速是否也增加一倍？為什么？（2）氣體在尾噴管中Ma增加1倍，氣流速度是否也增加1倍？為什么？5、滯止參數(shù)穩(wěn)態(tài)一維定常流動的能量方程：定常流動中v等熵地降為0的點(diǎn)，稱為駐點(diǎn)、滯止點(diǎn)。2023年2月7日155、滯止參數(shù)定比熱容的理想氣體：帶入總焓的公式，可得到2023年2月7日165、滯止參數(shù)2023年2月7日175、滯止參數(shù)等熵過程2023年2月7日185、滯止參數(shù)例：環(huán)境溫度15?C、音速C=340m/s行走 1m/sMa=0.003T*=15.0005?C自行車18km/hMa=0.015T*=15.0125?C汽車108km/hMa=0.088T*=15.4482?C客機(jī)700km/hMa=0.57T*=33.7403?C戰(zhàn)斗機(jī)Ma=2T*=245.319?C流星10000km/hT*=3830.53?C2023年2月7日195、滯止參數(shù)2023年2月7日20風(fēng)級名稱(m/s)風(fēng)級名稱(m/s)0無風(fēng)0.0-0.27勁風(fēng)13.9-17.11軟風(fēng)0.3-1.58大風(fēng)17.2-20.72輕風(fēng)1.6-3.39烈風(fēng)20.8-24.43微風(fēng)3.4-5.410狂風(fēng)24.5-28.44和風(fēng)5.5-7.911暴風(fēng)28.5-32.65清風(fēng)8.0-10.712臺風(fēng)>32.66強(qiáng)風(fēng)10.8-13.8發(fā)動機(jī)尾噴口速度：100-1200m/s小結(jié)1、連續(xù)方程2、能量方程3、音速2023年2月7日21小結(jié)4、馬赫數(shù)5、滯止參數(shù)2023年2月7日226、變截面管流一維定常絕能管流發(fā)動機(jī)內(nèi)部工質(zhì)是可壓縮氣體可壓縮氣體高速流動時(shí)，存在神奇現(xiàn)象2023年2月7日23V

↑

低速氣體6、變截面管流超聲速氣體進(jìn)入變截面管道2023年2月7日24？V

↓

？V

↑

6、變截面管流通過速度變化率與面積變化率的關(guān)系理解Ma>1dv與dA同號（超音速）dA<0dv<0dA>0dv>02023年2月7日256、變截面管流通過速度變化率與面積變化率的關(guān)系理解Ma<1dv與dA異號（亞音速）dA<0dv>0dA>0dv<02023年2月7日266、變截面管流超音速氣流舉例2023年2月7日27進(jìn)口出口相對變化面積（m2）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、變截面管流亞音速氣流亞音速超音速2023年2月7日28vAvAvA6、變截面管流氣流速度與管道截面變化的關(guān)系2023年2月7日29參數(shù)dA<0dA>0Ma<1Ma>1Ma<1Ma>1V↑↓↓↑T↓↑↑↓Ma↑↓↓↑p↓↑↑↓ρ↓↑↑↓6、變截面管流思考題：如何設(shè)計(jì)亞音速進(jìn)氣道？亞音速客機(jī)在設(shè)計(jì)高度以Ma=0.8巡航，渦扇發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇進(jìn)口Ma要求0.55。2023年2月7日30前方氣流Ma=0.8Ma=0.55進(jìn)氣道？我只接受Ma=0.55氣流6、變截面管流思考題：如何設(shè)計(jì)亞音速進(jìn)氣道？亞音速客機(jī)在設(shè)計(jì)高度以Ma=0.8巡航，渦扇發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇進(jìn)口Ma要求0.55。2023年2月7日31前方氣流Ma=0.8Ma=0.55我只接受Ma=0.55氣流6、變截面管流2023年2月7日32進(jìn)氣道6、變截面管流2023年2月7日33壓氣機(jī)6、變截面管流2023年2月7日34燃燒室6、變截面管流思考題：如何設(shè)計(jì)超音速進(jìn)氣道？超音速戰(zhàn)機(jī)在設(shè)計(jì)高度以Ma=2巡航，渦扇發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇進(jìn)口Ma要求0.55。2023年2月7日35前方氣流Ma=2Ma=0.55進(jìn)氣道？我只接受Ma=0.55氣流6、變截面管流思考題：如何設(shè)計(jì)超音速進(jìn)氣道？超音速戰(zhàn)機(jī)在設(shè)計(jì)高度以Ma=2巡航，渦扇發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇進(jìn)口Ma要求0.55。2023年2月7日36前方氣流Ma=2Ma≥1我只接受Ma=0.55氣流Ma=16、變截面管流思考題：如何設(shè)計(jì)超音速進(jìn)氣道？超音速戰(zhàn)機(jī)在設(shè)計(jì)高度以Ma=2巡航，渦扇發(fā)動機(jī)的風(fēng)扇進(jìn)口Ma要求0.55。2023年2月7日37前方氣流Ma=2Ma=0.55我只接受Ma=0.55氣流6、變截面管流Ma=1時(shí)，dA=0截面積取極值，稱為臨界截面。2023年2月7日386、變截面管流以收縮管道為例理解臨界截面2023年2月7日39288.15K100000Pa進(jìn)口總壓流量Ma靜溫速度出口靜壓10000000288.1501000001010001.0000.119287.33240.5431000001890009.1550.999240.917310.3421000001900009.2031240.107310.65310000030000014.5311240.107310.65315847550000024.2191240.107310.653264125小結(jié)在絕能管流中，氣體總溫永遠(yuǎn)不變；在絕能等熵流動中，總壓不變；若流動不等熵，總壓下降在絕能流動中，若氣流速度發(fā)生變化，靜溫和當(dāng)?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音速，超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，氣流只能在最小截面處達(dá)到音速。2023年2月7日407、臨界參數(shù)假設(shè)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(dāng)?shù)匾羲俨粩嘞陆?023年2月7日417、臨界參數(shù)對于一維絕能流動將帶入上式2023年2月7日427、臨界參數(shù)2023年2月7日438、速度系數(shù)分析下面的絕能流動方程氣流速度與當(dāng)?shù)匾羲俣荚谧兓?不易計(jì)算Ma定義氣流速度與臨界音速之比為速度系數(shù),其與Ma有單值對應(yīng)關(guān)系2023年2月7日448、速度系數(shù)區(qū)別與Ma的關(guān)系2023年2月7日458、速度系數(shù)與Ma的關(guān)系2023年2月7日468、速度系數(shù)Ma=0λ=0Ma=1λ=1Ma<1λ<1Ma>1λ>1Ma=∞2023年2月7日478、速度系數(shù)思考題：在絕能流動中，如果氣流速度增加2倍，那么下面的論述是否正確？（1）Ma增加2倍（2）λ增加兩倍2023年2月7日489、密流函數(shù)在流量公式中，ρ、V隨A的變化而變化，qm難以計(jì)算引入新定義：

密流：通過單位面積的流量.2023年2月7日499、密流函數(shù)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(yīng)的臨界截面密流之比流量：面積：密流：密流函數(shù)：2023年2月7日509、密流函數(shù)密流函數(shù)2023年2月7日519、密流函數(shù)與的關(guān)系2023年2月7日529、密流函數(shù)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：2023年2月7日539、密流函數(shù)以上公式的推導(dǎo)：2023年2月7日549、密流函數(shù)臨界截面Ma=1，λ=1，q(λ)=12023年2月7日559、密流函數(shù)思考題：亞音速氣流在收縮管道中等熵加速，并在出口達(dá)到臨界狀態(tài)，如果：（1）增加進(jìn)口氣流的總壓，流量如何變化？排氣速度如何變化，噴管出口的靜壓如何變化？為什么？（2）增加進(jìn)口氣流的總溫，流量如何變化？排氣速度如何變化？噴管出口靜溫如何變化？為什么？2023年2月7日569、密流函數(shù)思考題：亞音速氣流在收縮管道