发动机原理课件完整版双轴回顾

1、考试考试时间：12月16日（15周周一） 下午4:00-6:00考试地点：主m202答疑时间地点：12月14日（14周周六）下午2:00-4:00科研南一号楼301室2021年11月3日1双轴燃气涡轮发动机部件的共同工作共同工作方程组：3)()(1111.1constqqeclclcl续：高、低压压气机流量连21)(11)(*1*1.1consteqconsteqclclclchchchch低压转子：高压转子：*1.1*1、)(、)(个独立变量：4个方程，clchqq3单轴涡喷发动机单轴涡喷发动机双轴涡喷发动机双轴涡喷发动机增大增大a8a8，共同工作线下移，共同工作线下移增大增大a8a8，共同

2、工作线上移，共同工作线上移a8a8变化对高压转子共同工作线没影响变化对高压转子共同工作线没影响双轴涡喷发动机调节规律单轴涡喷发动机单轴涡喷发动机双轴涡喷发动机双轴涡喷发动机几何不可调几何不可调（被调参数和调节中介均只有一个）（被调参数和调节中介均只有一个）几何不可调：几何不可调：（被调参数和调节中介均只有一个）（被调参数和调节中介均只有一个）几何可调：（几何可调：（a a8 8可调）可调）（被调参数和调节中介均有两个）（被调参数和调节中介均有两个）几何可调：（几何可调：（a a8 8可调）可调）（被调参数和调节中介均有两个）（被调参数和调节中介均有两个）varnctwvartcnwvarntc

3、tnwfff *33*3*1,varnnctwvartncnwvartncnwvartnnctnwhlflhfhlfhllf,*3*3*3*3*1 varacnactwf88*3 varnacnactwhlf,88*3?双轴涡喷发动机调节规律分析双轴涡轮喷气发动机几何不可调（1） nl.cor=const，ma（2） nl=const，ma（3） nh=const，ma（4） t3*=const，ma双轴涡轮喷气发动机几何可调（1） nl=const， a8 （2） nh=const， a8 （3） t3*=const， a8 双轴涡喷发动机调节规律双轴涡轮喷气发动机几何不可调：（1）nl.c

4、or=const，ma不变高压转子：不变低压转子：*1.1*1*1consttnconsttnconsttnhll如何变化？,:思考*3tnnhl双轴涡喷发动机调节规律双轴涡轮喷气发动机几何不可调：（2）nl=const，ma左下高压转子：左下低压转子：*1.1*1*1*1tttthllnnn双轴涡喷发动机调节规律双轴涡轮喷气发动机几何不可调：（3）nh=const，ma左下高压转子：左下低压转子：*1.1*1.1*1*1.1tttthlhnnn例题分析双轴涡轮喷气发动机几何不可调：（4）t3*=const，ma左下高压转子：左下低压转子：.hchtlcltconstlconstl*1.1*1

5、tt双轴涡喷发动机调节规律分析小结：几何不可调双轴涡喷发动机，高、低压转子工作点有确定的对应关系，不是独立变化的；几何不可调双轴涡喷发动机，最大状态调节规规律的选取多工作线没有影响。双轴涡喷发动机调节规律分析双轴涡轮喷气发动机几何不可调（1） nl.cor=const，ma（2） nl=const，ma（3） nh=const，ma（4） t3*=const，ma双轴涡轮喷气发动机几何可调（2） nl=const， a8 （3） nh=const， a8 （4） t3*=const， a8 双轴涡喷发动机调节规律双轴涡轮喷气发动机几何可调（1）nl=const，a8左下，高压转子：左上低压转子

6、：8*3*1.1ttcltlla依据功平衡双轴涡喷发动机调节规律双轴涡轮喷气发动机几何可调（2）nh=const，a8左下高压转子：右上低压转子：*1.1*1.1tthltnn双轴涡喷发动机调节规律双轴涡轮喷气发动机几何可调（3）t3*=const，a8左下，高压转子：)夹角与几何不可调工作线有(右上低压转子：constnlt*3*1.1tt双轴涡喷发动机调节规律分析小结：原工作线：几何不可调的工作线调节双轴涡喷发动机尾喷口面积，低压转子工作点将偏离原工作线，高压转子工作点仍沿原工作线移动；双轴涡喷最大状态调节规律某飞机装有几何不可调双轴涡轮喷气发动机，该发动机以标准的地面台架状态为设计点，其

7、低压轴物理转速设计值nld=10000r/min，最大允许值nlmax=10200r/min，其高压轴物理转速设计值nhd=13000r/min，最大允许值nhmax=13650r/min，涡轮前温度的设计值t3*=1300k，最大允许值t3*max= 1370k。该飞机由航空母舰甲板起飞，并在海面附近加速做超低空突防。若起飞阶段采用了nlcor=const调节规律，在不改变发动机调节规律的情况下，飞机的最大允许飞行马赫数是多少？若要进一步提高飞行马赫数，应当如何调整发动机的调节规律？ （假设海平面附近的大气条件p=101325pa，t=288.15k）双轴涡喷最大状态调节规律。口总物理转速、

8、高压转子、低压转子有动机的加而加温均随进nn物理转理 涡轮前温度const const const 调节规律时,const=n采用当 发*1hl*3*1*3*1l.corttttnntnhll飞行飞行mama进口进口p1p1进口进口t1t1nlnlnhnhnlcornlcort3t30.0 0.0 101325.0 101325.0 288.2 288.2 10000.0 10000.0 13000.0 13000.0 1.0000 1.0000 1300.0 1300.0 0.1 0.1 102036.1 102036.1 288.7 288.7 10010.0 10010.0 13013.

9、0 13013.0 1.0000 1.0000 1302.5 1302.5 0.2 0.2 104190.9 104190.9 290.5 290.5 10039.9 10039.9 13051.9 13051.9 1.0000 1.0000 1310.1 1310.1 0.3 0.3 107853.7 107853.7 293.3 293.3 10089.6 10089.6 13116.5 13116.5 1.0000 1.0000 1322.7 1322.7 0.4 0.4 113134.3 113134.3 297.4 297.4 10158.7 10158.7 13206.3 1320

10、6.3 1.0000 1.0000 1340.2 1340.2 0.5 0.5 120190.7 120190.7 302.6 302.6 10200.0 10200.0 13283.4 13283.4 0.9954 0.9954 1353.6 1353.6 双轴涡喷最大状态调节规律rpmnnkttttknnttknnttddtdhhdnhdlldn1020099.3051300138015.2887.302130001332515.2888.299100001020015.288maxll*.3*max.3*1*max,122.max.*1*max,22.max.*1*max,13律需要转换

11、为飞行马赫数，则调节规允许值，若要继续增大速首先达到最大增加，低压转子物理转因此，随飞行马赫数的许值时的进口总温：涡轮前温度达到最大允温：最大允许值时的进口总高压转子物理转速达到温：最大允许值时的进口总低压转子物理转速达到双轴涡喷最大状态调节规律constnnllmax.当nl达到限值时，调节规律变为飞行飞行mama进口进口p1p1进口进口t1t1nlnlnhnhnlcornlcort3t30.5 0.5 120190.7 120190.7 302.6 302.6 10200.0 10200.0 13283.4 13283.4 0.9954 0.9954 1353.6 1353.6 0.6 0

12、.6 129233.5 129233.5 308.9 308.9 10200.0 10200.0 13341.5 13341.5 0.9852 0.9852 1360.6 1360.6 0.7 0.7 140532.1 140532.1 316.3 316.3 10200.0 10200.0 13405.7 13405.7 0.9735 0.9735 1367.6 1367.6 0.8 0.8 154421.6 154421.6 325.0 325.0 10181.8 10181.8 13458.2 13458.2 0.9588 0.9588 1370.0 1370.0 l 保持nl=cons

13、t，高压转子转速nh、 涡轮前总温t3* 随飞行ma的增加而增加，有超转和超温的危险双轴涡喷最大状态调节规律consttt*max.3*3l 保持t3* =const，高压转子转速nh随飞行ma的增加而增加，仍然有超转危险当t3*达到限值时，调节规律变为飞行飞行mama进口进口p1p1进口进口t1t1nlnlnhnhnlcornlcort3t30.8 0.8 154421.6 154421.6 325.0 325.0 10181.8 10181.8 13458.2 13458.2 0.9588 0.9588 1370.0 1370.0 0.9 0.9 171312.2 171312.2 334

14、.7 334.7 10148.5 10148.5 13508.2 13508.2 0.9417 0.9417 1370.0 1370.0 1.0 1.0 191699.0 191699.0 345.5 345.5 10081.6 10081.6 13559.9 13559.9 0.9206 0.9206 1370.0 1370.0 1.1 1.1 216174.8 216174.8 357.5 357.5 10028.6 10028.6 13617.9 13617.9 0.9004 0.9004 1370.0 1370.0 1.2 1.2 245444.3 245444.3 370.5 370

15、.5 9956.3 9956.3 13650.0 13650.0 0.9712 0.9712 1363.6 1363.6 双轴涡喷最大状态调节规律constnnhhmax.l 保持nh=const，t1*增加，不再会引起发动机的超温、超转危险。当nh达到限值时，调节规律变为飞行飞行mama进口进口p1p1进口进口t1t1nlnlnhnhnlcornlcort3t31.2 1.2 245444.3 245444.3 370.5 370.5 9956.3 9956.3 13650.0 13650.0 0.9712 0.9712 1363.6 1363.6 1.3 1.3 280340.9 2803

16、40.9 384.6 384.6 9874.1 9874.1 13650.0 13650.0 0.9453 0.9453 1350.8 1350.8 1.4 1.4 321846.3 321846.3 399.8 399.8 9824.1 9824.1 13650.0 13650.0 0.9226 0.9226 1348.0 1348.0 1.5 1.5 371087.3 371087.3 415.9 415.9 9744.5 9744.5 13650.0 13650.0 0.8972 0.8972 1343.2 1343.2 双轴涡喷最大状态调节规律飞行飞行mama进口进口p1p1进口进口t

17、1t1nlnlnhnhnlcornlcort3t30.0 0.0 101325.0 101325.0 288.2 288.2 10000.0 10000.0 13000.0 13000.0 1.0000 1.0000 1300.0 1300.0 0.1 0.1 102036.1 102036.1 288.7 288.7 10010.0 10010.0 13013.0 13013.0 1.0000 1.0000 1302.5 1302.5 0.2 0.2 104190.9 104190.9 290.5 290.5 10039.9 10039.9 13051.9 13051.9 1.0000 1.

18、0000 1310.1 1310.1 0.3 0.3 107853.7 107853.7 293.3 293.3 10089.6 10089.6 13116.5 13116.5 1.0000 1.0000 1322.7 1322.7 0.4 0.4 113134.3 113134.3 297.4 297.4 10158.7 10158.7 13206.3 13206.3 1.0000 1.0000 1340.2 1340.2 0.5 0.5 120190.7 120190.7 302.6 302.6 10200.0 10200.0 13283.4 13283.4 0.9954 0.9954 1

19、353.6 1353.6 0.6 0.6 129233.5 129233.5 308.9 308.9 10200.0 10200.0 13341.5 13341.5 0.9852 0.9852 1360.6 1360.6 0.7 0.7 140532.1 140532.1 316.3 316.3 10200.0 10200.0 13405.7 13405.7 0.9735 0.9735 1367.6 1367.6 0.8 0.8 154421.6 154421.6 325.0 325.0 10181.8 10181.8 13458.2 13458.2 0.9588 0.9588 1370.0

20、1370.0 0.9 0.9 171312.2 171312.2 334.7 334.7 10148.5 10148.5 13508.2 13508.2 0.9417 0.9417 1370.0 1370.0 1.0 1.0 191699.0 191699.0 345.5 345.5 10081.6 10081.6 13559.9 13559.9 0.9206 0.9206 1370.0 1370.0 1.1 1.1 216174.8 216174.8 357.5 357.5 10028.6 10028.6 13617.9 13617.9 0.9004 0.9004 1370.0 1370.0

21、 1.2 1.2 245444.3 245444.3 370.5 370.5 9956.3 9956.3 13650.0 13650.0 0.9712 0.9712 1363.6 1363.6 1.3 1.3 280340.9 280340.9 384.6 384.6 9874.1 9874.1 13650.0 13650.0 0.9453 0.9453 1350.8 1350.8 1.4 1.4 321846.3 321846.3 399.8 399.8 9824.1 9824.1 13650.0 13650.0 0.9226 0.9226 1348.0 1348.0 1.5 1.5 371

22、087.3 371087.3 415.9 415.9 9744.5 9744.5 13650.0 13650.0 0.8972 0.8972 1343.2 1343.2 maxllnnconsttn*1max*3*3ttmaxhhnn双轴涡喷发动机组合调节规律的增加而下降。均随和）（的增加而增加，直到随高压转子物理转速）（的增加而增加，直到随涡轮前温度）（达到最大值；的增加而增加，直到随：*1l*3max.hhh.maxh*1h*max.3*3*max.3*3*1*3max.*1*1:4;:3;:2const)1(tntconstnnnntnconstttttttconstnnntntnlll

23、ll例题分析几何不可调双轴涡轮喷气发动机保持涡轮前总温t3*= t3max* ，那么以下哪个参数随飞行ma数的增加而下降（ ）a.低压压气机进口空气流量b.低压压气机出口总温c.高压压气机出口总温d.高压压气机进口ma数 第四章 涡扇发动机第一节 分别排气涡扇发动机第二节 混合排气涡扇发动机几种主要发动机的区别单轴涡轮喷气发动机双轴涡轮喷气发动机分别排气涡轮风扇发动机混合排气涡轮风扇发动机涡扇发动机将从热机中获取的机械能分配给了更多的工作介质，降低了排气速度；因此，在不降低发动机热效率的条件下，提高推进效率，改善低速飞行条件下的总效率，降低耗油率。发动机由涡喷过渡到涡扇发动机，是否仅仅改善经济

24、性？09900122vvvvvp循环功推进功0202902qvvqlt加热量循环功ptsqvf000加热量推进功涡扇发动机由单轴涡喷双轴涡喷高增压比压气机，非设计状态前后“不匹配”双轴涡喷缓和了压气机前后“不匹配”的矛盾随发动机循环参数提高， “不匹配”仍然严重解决方案：由双轴涡喷双轴涡扇涡扇发动机的优点：不仅改善了经济性，还进一步改善了非设计点匹配性双轴涡喷发动机与分别排气涡扇发动机的区别及截面定义maimaiiqq内涵道进口空气流量外涵道进口空气流量涵道比的定义：b涵道比随飞行状态的变化：1.181.18*1.1*2.1*1.1*2.1*1.11.11.1*1.1*2.188*2.1*88

25、8*8)()()()()(baaconstqqconstbttpptqakpqtqakptqakpqqqiioutiimaiiiiioutiiiiiiiimaiimaimaii其中，则可以得到由于其中，根据涵道比的定义：涵道比随飞行状态的变化：bqqqppthenifbqqthenifqtnttaaconstqqconstbiiiiiiiiiiiiiihiioutii)()()(1)3()(11)(1)2()()1(其中，)()(1.1888*9*181.1881.1作线下移沿共同工*1.1*1.1*11.181.18mamaq 无论外涵道喷管处于何种工作状态，分别排气涡扇发动机的涵道比b均随

26、飞行ma的增加而增加。q外涵道喷管临界：ma增加，b增加q外函道喷管亚临界：ma增加，b大幅度增加假设调节规律为nh=const当飞行ma数的增加，导致高压压气机相对流通能力下降时，风扇出口的气流将更多的流向外涵道，这有利于进一步缓和低换算转速下“前重后轻”的矛盾。涡扇发动机的防喘机理：涵道比随飞行状态的变化：与双涡涡喷发动机类似，如果高压涡轮导向器、低压涡轮导向器、尾喷口都处于临界状态，那么，高压涡轮、低压涡轮的膨胀比都为常数。constqaqappconstqaqappdxhdxlththdxltltlkkdxhdxhdxhdxldxldxlkkdxldxldxlc 1,112*1.3*3

27、*th1,11288*4*1.3*tl)()()()(8量连续：高压涡导与低压涡导流连续：低压涡导与尾喷管流量分析方法与双轴涡喷发动机类似：把风扇出口视为进气道出口；把低压涡轮导向器视为尾喷管；那么，高压转子完全等同于一个单轴燃气涡轮发动机*1.1*1)(chchcheconstqconstd)(1)(1)()()(11111l1*1.1*2*1*1.1*1*21*1*1.31.3*1.3*2*111*11.1.311若导向器为临界状态：因为变成：整理之后流量平衡方程根据流量连续：）（的关系为轮导向器喉道质量流量风扇进口流量与低压涡引气thdxldxhbdxldxllchcllchclmdxh

28、dxlthdxldxhbdxldxldxldxlmadxlmammamqaakkdppppppqttbdqtqapktqapktqakpbqbqqbqfvbq低压转子共同工作方程的推导（注意与双轴涡喷的区别）：kktltlkkclclclclmltlkktlpmclkkclpmeeebconsttttcbqtcq1*1*1*1.3*1*1.31*1*11)(,)(1)1()(111/)1)(其中，整理后可得：轮的功平衡：由低压压气机和低压涡低压转子共同工作方程的推导：beconstqebconstttqttbconstclclclchclclchcl11)(11)(1*1*1*1.31*1*1

29、.3：低压转子共同工作方程将上面两式联立，可得功平衡：低压压气机与低压涡轮量流量连续：低压涡轮导向器喉道质低压压气机进口流量与低压转子共同工作方程的推导：当当b=0时，上述方程将变成双轴涡喷发动机低压转子共同工作方程时，上述方程将变成双轴涡喷发动机低压转子共同工作方程分别排气涡扇发动机高、低压转子的共同工作方程：需补充方程线不能唯一确定共同工作、个独立变量：个方程，）（若外涵道喷管临界（已证明）由涵道比的定义,b)()(533)()()(*1.1*11.11.18clchiiqqqconstbqqconstb ）（常数低压转子：）（常数高压转子：22)1(1)(111)(*1*1.1beqeq

30、clclclchchchch高、低压转子之间的流量约束条件）（将上面两式联立可得：低压压气机功：出口的流量连续：根据低压压气机进口和4)()(1111)1()()()()()(2.111*1*2.11*1*1*2.12.11*1*2.12.11*1*2.1*2.12.12.1*2.1*111*1qqconstetttcttcqqttaapptqapktqapkclclclclkkclclkkclppcl分别排气涡扇发动机的共同工作方程：工作线仍然不能唯一确定共同、个独立变量：个方程，了一个变量增加了一个方程，增加）（风扇进、出口流量连续）（涵道比的定义外涵喷管临界)(b)()(64)(4)()

31、(113)(2.1*1.1*12.12.111.1qqqqqqconsteqconstbclchclclcl ）（常数低压转子：）（常数高压转子：22)1(1)(111)(*1*1.1beqeqclclclchchchch)5()(b1)(,:)(b1)()()(2.11.12.11.1*2.1*1.1*2.1*1.1*2.12.12.1*2.1*1.11.11.1*1.12.11.1qconstqconstaconstattpptqapktqapkqq）（上式可以变为：，因为）（系为：风扇出口流量之间的关高压压气机进口流量与之间的关系：与上式说明：l 对于涡喷发动机，当b=0时，低压压气机出

32、口换算流量与高压压气机进口换算流量成正比。l 对于涡扇发动机，飞行ma数增加将引起涵道比增加，发动机风扇进口的换算流量下降得较慢。补充新方程：分别排气涡扇发动机的共同工作方程：同工作线唯一确定。分别排气涡扇发动机共、个独立变量：个方程，）（流量关系：风扇出口、压气机进口）（风扇进、出口流量连续）（涵道比的定义外涵喷管临界)(b)()(65)5()(b1)(4)()(113)(2.1*1.1*12.11.12.111.1qqqqconstqqqconsteqconstbclchclclcl ）（常数低压转子：）（常数高压转子：22)1(1)(111)(*1*1.1beqeqclclclchchc

33、hch分别排气涡扇发动机部件的共同工作高、低压转子各有一条共同工作线。当飞行条件变化时，发动机的工作点在其共同工作线上移动。高、低压转子的工作点存在对应关系。当发动机几何不可调时，与涡喷发动机一样，只有一个调节量，即主燃烧室的供油量。被调参数只能选取一个，无论选取哪个被调参数，共同工作线不变。当ma增加时使得换算转速下降时，涵道比b也增加，使得低压转子的共同工作线更加陡峭。第一节 分别排气涡扇发动机第二节 混合排气涡扇发动机混合排气涡扇发动机截面定义1.141.14*1.1*2.1*1.1*2.1*1.11.11.1*1.1*2.144*2.1*444*4)()()()()(baaconstq

34、qconstbttpptqakpqtqakptqakpqqqiioutiimaiiiiioutiiiiiiiimaiimaimaii其中，则可以得到由于其中，根据涵道比的定义：涵道比随飞行状态的变化：1)()(41.14iiiiqqconstb混合排气：1)()(81.18iiiiqqconstb分别排气：l 随飞行ma增加，混合排气发动机的涵道比增加速度比分别排气发动机快。（若风扇、压气机等部件设计参数相同）涵道比随飞行状态的变化：如果高压涡轮导向器、低压涡轮导向器、尾喷口都处于临界状态，那么，高压涡轮膨胀比为常数，但是低压涡轮膨胀比不等于常数，这与双轴涡喷发动机不同。constqaqappdxhdxlththkkdxhdxhdxhdxldxldxl 1,112*