发动机原理第二章3节

1、第二章第二章发动机部件工作原理发动机部件工作原理第二章第二章发动机部件工作原理发动机部件工作原理 第一节第一节 气动热力基础气动热力基础 第二节第二节 进气道进气道 第三节第三节 尾喷管尾喷管 第四节第四节 压气机压气机 第五节第五节 涡轮涡轮 第六节第六节 燃烧室燃烧室2022年4月28日2第三节第三节 尾喷管尾喷管一、功能一、功能/设计要求设计要求1、功能、功能 燃气膨胀加速，气流高速排出，产生反作燃气膨胀加速，气流高速排出，产生反作用推力；用推力； 调节喷管临界截面积改变发动机工作状态；调节喷管临界截面积改变发动机工作状态； 推力换向。推力换向。2022年4月28日3一、功能一、功能/设

2、计要求设计要求2、设计要求、设计要求 流动损失小流动损失小 尽可能完全膨胀尽可能完全膨胀 排气方向尽可能沿所希望的方向排气方向尽可能沿所希望的方向 根据需要，截面积几何尺寸可调根据需要，截面积几何尺寸可调 噪音低噪音低2022年4月28日4一、功能一、功能/设计要求设计要求3、分类、分类 纯收敛型纯收敛型2022年4月28日5一、功能一、功能/设计要求设计要求3、分类、分类 收敛收敛-扩张型扩张型2022年4月28日6二、工作原理二、工作原理排气速度排气速度 绝能流动绝能流动 假设在喷管出口达到完全膨胀假设在喷管出口达到完全膨胀2022年4月28日72*94992vhhh2*999()2pvc

3、TT1*099*921 ()ppvc Tp90pp199*99()TpTp二、工作原理二、工作原理排气速度排气速度 总压恢复系数总压恢复系数 膨胀比膨胀比2022年4月28日8*9*4epp1*099*91*921 ()121 ()ppeepvc Tpc T *40epp9()sFv三、纯收敛型喷管三、纯收敛型喷管1、结构形式、结构形式 固定的收敛喷管固定的收敛喷管 可变出口截面的收敛喷管可变出口截面的收敛喷管2022年4月28日9三、纯收敛型喷管三、纯收敛型喷管2、工作状态、工作状态 临界临界2022年4月28日10*190111.852crpp1*299112appM90pp1Ma 三、纯

4、收敛型喷管三、纯收敛型喷管2、工作状态、工作状态 亚临界亚临界 超临界：超临界：2022年4月28日11185. 1090*9Mappppcr185. 1090*9Mappppcr三、纯收敛型喷管三、纯收敛型喷管2、工作状态、工作状态 亚临界及临界的推力公式亚临界及临界的推力公式 超临界的推力公式超临界的推力公式2022年4月28日1290mgmaFq vq v90990()mgmaFq vq vA pp三、纯收敛型喷管三、纯收敛型喷管3、推力损失、推力损失 出口气流速度最高只能达到当地音速出口气流速度最高只能达到当地音速，当，当 时，时， 喷管处于超临界状态。喷管处于超临界状态。2022年4

5、月28日13*901.85crpp909,1ppMa三、纯收敛型喷管三、纯收敛型喷管3、推力损失、推力损失 尾喷口实际排气速度：尾喷口实际排气速度： 完全膨胀时排气速度：完全膨胀时排气速度： 这将造成这将造成推力损失推力损失2022年4月28日141*999*921()ppvc Tp1*099*921()ppvc Tp9099ppvv三、纯收敛型喷管三、纯收敛型喷管3、推力损失、推力损失 推力公式推力公式 推力损失系数推力损失系数2022年4月28日159099090()1 100%mgmamgmaq vq vAppq vq v 90990()mgmaFq vq vA pp三、纯收敛型喷管三、

6、纯收敛型喷管4、示例、示例某发动机采用纯收敛型喷管，进口空气流量某发动机采用纯收敛型喷管，进口空气流量100kg/s，飞行速，飞行速度度500m/s，环境压力，环境压力100000Pa，喷管内总压，喷管内总压580000Pa，总温总温1000K。（忽略发动机进、排气的流量差异，忽略流。（忽略发动机进、排气的流量差异，忽略流动损失）动损失）（1）判断喷管工作状态）判断喷管工作状态（2）计算尾喷管出口静压）计算尾喷管出口静压（3）计算尾喷管排气速度）计算尾喷管排气速度（4）计算发动机推力）计算发动机推力（5）若改进尾喷管，使气体能够完全膨胀，那么发动机推）若改进尾喷管，使气体能够完全膨胀，那么发动

7、机推力将提高多少？力将提高多少？2022年4月28日16三、纯收敛型喷管三、纯收敛型喷管4、示例、示例（1）判断喷管工作状态）判断喷管工作状态（2）计算尾喷管出口静压）计算尾喷管出口静压2022年4月28日171111.85062cr*905.8crpp喷口工作于临界状态*9913134111(1)2ppPa三、纯收敛型喷管三、纯收敛型喷管4、示例、示例（3）计算尾喷管排气速度）计算尾喷管排气速度2022年4月28日181160.727(/)1pgcRJ kg K 1*999*921()573.402(/ )ppvc Tm sp三、纯收敛型喷管三、纯收敛型喷管4、示例、示例（4）计算发动机推力

8、）计算发动机推力2022年4月28日19*999*9mgpqKA qT*929*910010000.13740.03968 580000mgqTAmK p90990()36662mgmaFq vq vAppN91q三、纯收敛型喷管三、纯收敛型喷管4、示例、示例（5）若改进尾喷管，使气体能够完全膨胀，那么发动机推）若改进尾喷管，使气体能够完全膨胀，那么发动机推力将提高多少？力将提高多少？2022年4月28日209040587mgmaFq vq v1*099*921()905.870ppvc Tp3925()FFFN三、纯收敛型喷管三、纯收敛型喷管4、示例、示例气体流速、马赫数与通道截面积的关系：

9、气体流速、马赫数与通道截面积的关系：2022年4月28日21为使达到音速的气流继续膨胀，必须用扩张通道为使达到音速的气流继续膨胀，必须用扩张通道2(1)adAdVMAV四、收敛四、收敛-扩张型喷管扩张型喷管1、结构形式、结构形式 固定的收敛固定的收敛-扩张喷管扩张喷管 可调的收敛可调的收敛-扩张喷管扩张喷管 带中心体的喷管带中心体的喷管 引射喷管引射喷管2022年4月28日22四、收敛四、收敛-扩张型喷管扩张型喷管2、固定的收敛、固定的收敛-扩张喷管扩张喷管2022年4月28日23 *mgpqKAqT899eAqA*898899*89ppKA qKA qTT*9*8epp 定值定值四、收敛四、

10、收敛-扩张型喷管扩张型喷管2、固定的收敛、固定的收敛-扩张喷管扩张喷管2022年4月28日24899eAqA1*299911a2ppM99, Ma定值*909dppp完全膨胀，设计点*9990dpppp,不完全膨胀*9990dpppp,过度膨胀四、收敛四、收敛-扩张型喷管扩张型喷管2、固定的收敛、固定的收敛-扩张喷管扩张喷管2022年4月28日25当喷管为固定的面积比当喷管为固定的面积比A A8 8/A/A9 9时，只对应某一个特定的状时，只对应某一个特定的状态，可以使气流在喷管出口态，可以使气流在喷管出口达到完全膨胀，偏离此状态，达到完全膨胀，偏离此状态，都会造成推力损失。都会造成推力损失。

11、四、收敛四、收敛-扩张型喷管扩张型喷管3、可调的收敛可调的收敛- -扩张喷管扩张喷管 随飞行状态变化，由电机带动作动筒拉动随飞行状态变化，由电机带动作动筒拉动拉杆，改变喷管临界截面积、出口截面积拉杆，改变喷管临界截面积、出口截面积，使气流尽可能在出口处达到完全膨胀。，使气流尽可能在出口处达到完全膨胀。2022年4月28日26四、收敛四、收敛-扩张型喷管扩张型喷管4、带中心体的喷管、带中心体的喷管 由中心体和外壳组成由中心体和外壳组成 外壳出口处形成喷管外壳出口处形成喷管临界截面临界截面 气流绕外壳唇口产生气流绕外壳唇口产生膨胀波，膨胀加速膨胀波，膨胀加速 沿轴向移动中心体沿轴向移动中心体实现临

12、界截面调节实现临界截面调节2022年4月28日27四、收敛四、收敛-扩张型喷管扩张型喷管5、引射喷管、引射喷管 由一个纯收敛喷管和一个同心的外套筒组成。由一个纯收敛喷管和一个同心的外套筒组成。 收敛喷管排出发动机高压燃气，引射外套筒的二收敛喷管排出发动机高压燃气，引射外套筒的二股气流；股气流； 主气流在周围亚音气流中膨胀，形成主气流在周围亚音气流中膨胀，形成“流体流体”壁面壁面扩张段，主气流继续加速，高速排出。扩张段，主气流继续加速，高速排出。 形成的形成的“流体流体”壁面可以随主气流压力变化自动调壁面可以随主气流压力变化自动调节节。2022年4月28日28五、其它喷管五、其它喷管1、垂直、垂

13、直/短距起降喷管短距起降喷管2022年4月28日29五、其它喷管五、其它喷管2、推力矢量喷管、推力矢量喷管2022年4月28日30五、其它喷管五、其它喷管3、反推喷管、反推喷管2022年4月28日31小结小结2022年4月28日32进气道进气道尾喷口尾喷口减速增压（高速飞行时）减速增压（高速飞行时）增速减压增速减压亚音速进气道为扩张型亚音速进气道为扩张型低低Ma飞机发动机喷口为收缩型飞机发动机喷口为收缩型超音速进气道：超音超音速进气道：超音-亚音亚音收扩型尾喷口：亚音收扩型尾喷口：亚音-超音超音逆压力梯度（静压增加）逆压力梯度（静压增加）顺压力梯度（静压下降）顺压力梯度（静压下降）飞行速度越快，冲压比越大飞行速度越快，冲压比越大可用膨胀比越高，排气速度越大可用膨胀比越高，排气速度越大飞行速度越快，滞止温度越高飞行速度越快，滞止温度越高排气总温越高，排气速度越大排气总温越高，排气速度越大调节临界面积可改善起动性能调节临界面积可改善起动性能 调节临界面积可改变发动机状态调节临界面积可改变发动机状态调节喷