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第八章 涡轮风扇发动机,B737的JT8D,CFM56发动机 B747的JT9D发动机 B757的RB211-535-E4发动机 B777的GE90，PW4084发动机,第一节 涡轮风扇发动机的基本工作原理和性能特点,涡轮风扇发动机的组成和基本工作原理,涡轮风扇发动机是由进气道，低压压气机，高压压气机，燃烧室，高压涡轮，低压涡轮，喷管，风扇和外函道组成。 涵道比：外涵流量与内涵流量的比值。 涡扇发动机工作时，空气从内外两路流过发动机 内路的工作情形与涡喷发动机相同 流过外涵的空气也产生反作用推力,总推力由两部分组成，一是内涵产生的推力，二是外涵产生的推力。 发动机的增压比 在涡扇发动机中外涵产生的推力与总推力之比与涵道比有关，涵道比越大，外涵产生的推力占总推力的比例越大。 对于涵道比为4的涡扇发动机外涵所产生的推力约占总推力的80 。,主要的过程参数,涡轮前燃气温度和内涵道增压比 提高涡轮前燃气温度和内涵道增压比可以提高涡扇发动机的性能。 能量分配比X 涵道比一定，X增大，外函排气速度增加，内函排气速度减小，推进效率增大。 内涵道排气速度C51略大约外涵道排气速度C52为最有利。,涵道比Y 决定涵道比的两个因素： 涡轮前燃气总温：涡轮前燃气总温不断提高，涵道比Y也不断提高。 飞行速度C0 C0低时，选择较大的涵道比，使C5与C0接近，提高推进效率 C0高时，选择较小的涵道比 C0越高，Y越小，当C0很大时，Y0，即采用涡喷发动机。,涡扇发动机的特点,优点： 起飞推力大； 排气速度低，噪音小 弱点： 风扇直径大； 发动机迎风面积大，阻力大； 结构复杂 涡扇发动机的速度特性不如涡喷发动机，特别是涵道比较高时，随飞行速度的增大，推力很快下降，因此，涡扇发动机只适用于高亚音速内飞行,第二节 涡轮风扇发动机压气机与涡轮的共同工作,一、稳定工作的条件,高压转子 低压转子,二、怎样使发动机保持稳定工作,高压转子的稳定工作 影响涡轮功的因素： 涡轮落压比（部分转速范围内，不变） 涡轮效率（在很大的转速范围内不变） 涡轮前燃气温度 控制高压涡轮前燃气温度可以保持高压转子在某一转速稳定的工作,低压转子的稳定工作 只要按高压转子的转速调节供油量，控制高压涡轮前的燃气总温，满足高压涡轮功与高压压气机功相平衡，高压转子就稳定在这个转速下工作，这时低压转子必然自动地稳定在一个相应的转速稳定工作。 只要向发动机提供适当的燃油量，就能使高、低压转子稳定在所需要的转速工作。,三、稳定工作状态下，涡轮前燃气温度、转速、排气温度（涡轮出口温度）之间的关系,涡轮前燃气温度和转速的关系（P140，图8-3） 排气温度于转速和涡轮前燃气总温的关系,四、双转子燃气涡轮发动机的高、低压转子转速差与转速的关系,高压压气机功与低压压气机功之比与转速的关系 压气机转速下降，高压压气机功与低压压气机功之比下降，出现“前重后轻”的现象 高压涡轮功与低压涡轮功之比与转速的关系 高转速时，转速变化，高、低压涡轮功之比不变 中转速时，转速减小，高、低压涡轮功之比增大 低转速时，转速减小，高、低压涡轮功之比增大,防喘原理 产生喘振的原因：当发动机转速下降时，压气机的前几级气流攻角增大，引起喘振，压气机后几级留气流攻角减小，引起堵塞。 双转子防喘：低压压气机转速减小得更多一些，使低压转子的攻角减小；高压压气机转速减小得少一些，使高压转子的攻角增大。 大气温度对高、低压转子转速差的影响 无论喷管处于何种工作状态，大气温度升高，高、低压转子的转速差增大； 无论喷管处于何种工作状态，大气温度下降，高、低压转子的转速差减小,第三节 涡轮风扇发动机的特性,一、转速特性,在保持飞行高度和飞行速度不变的条件下, 发动机的推力和燃油消耗率随发动机转速的变化规律, 叫做发动机的转速特性。,双转子涡轮风扇发动机的转速特性 转速增大，推力增大，但接近最大转速时，推力增长越来越慢。 转速增大，燃料消耗率起初下降较快，后来下降缓慢。,推力、燃料消耗率随高压转子转速变化的规律 影响推力和燃油消耗率的因素 影响推力的因素 流过内涵的空气流量、单位推力和涵道比 影响燃油消耗率的因素 油气比、单位推力和涵道比,二、高度特性,保持发动机转速和飞行速度不变的条件下，发动机推力和燃料消耗率随飞行高度变化的规律，叫做发动机的高度特性。,假设涡轮前温度保持不变， 飞行高度升高时，空气密度减小，发动机的空气流量一直减小。 在11000米以下,飞行高度升高时，大气温度降低，风扇增压比和内涵压气机增压比增加，使单位推力增大，涵道比减小； 在11000米以上，大气温度保持不变，单位推力和涵道比保持不变, 在上述影响推力的三个因素中，空气流量一直占主导地位，所以，随飞行高度的升高，推力一直减小。,燃油消耗率随飞行高度的变化规律 在11000米以下时，主要取决于是单位推力的增大，还是涵道比的减小起主导作用； 在11000米以上时，由于随着高度的增加,大气温度保持不变,所以单位推力和涵道比均保持不变，燃油消耗率也就保持不变。,三、速度特性,保持飞行高度和发动机转速不变的条件下，发动机推力和燃料消耗率随飞行速度变化的规律，叫做发动机的速度特性。,一、涵道比随飞行速度的变化规律 随着飞行速度的增大，涵道比在不断地增大,二、单位推力随飞行速度的变化规律 单位推力随飞行速度的增大而下降。,三、涡扇发动机的推力随飞行速度的变化规律 推力的变化取决于涵道比、空气流量和单位推力 单位推力随飞行速度的增大而下降，涵道比增大，空气流量增大，但涵道比和空气流量增大程度不如单位推力下降的程度大。所以随飞行速度的增加推力将减小，特别是高涵道比的涡扇发动机，发动机的推力随飞行速度的增加推力一直是减小的，涵道比越大，推力下