发动机原理第二章6节

第二章

发动机部件工作原理第二章

发动机部件工作原理第一节气动热力基础第二节

进气道第三节

尾喷管第四节

压气机第五节

涡轮第六节

燃烧室2023年1月14日2第六节燃烧室2023年1月14日3一、功能、环境特点及基本要求功能燃料与空气掺混燃烧，将燃料化学能转换为热能加给气体。环境特点进口气流速度高（120-180m/s）；工作温度高（核心温度2500K）；出口气流温度受涡轮叶片的耐热限制，不能过高；2023年1月14日4一、功能、环境特点及基本要求基本要求：稳定燃烧；可靠工作；为涡轮提供合理的温度条件；2023年1月14日5一、功能、环境特点及基本要求（1）如何保证稳定燃烧？有一句成语：“风助火势，火借风威”是否“风”越大，火势越旺呢？生活经验表明，并非如此。2023年1月14日6一、功能、环境特点及基本要求（1）如何保证稳定燃烧？基本条件：气流速度=火焰传播速度进口气流速度高（120-180m/s）；火焰传播速度（不大于50m/s）2023年1月14日7一、功能、环境特点及基本要求（2）如何保证自身可靠工作？将火焰燃烧区域置于火焰筒内部；燃烧室的所有金属部分不跟核心燃烧区直接接触；分区燃烧、掺混冷却；2023年1月14日8一、功能、环境特点及基本要求（3）如何保证涡轮的安全工作温度？周向如何分布？径向如何分布？2023年1月14日9一、功能、环境特点及基本要求（3）如何保证涡轮的安全工作温度？周向尽可能分布均匀径向燃气温度最高值一般要求在涡轮叶片上1/3处，并非越均匀越好叶尖较薄，容易烧坏叶根应力大，温度不能过高2023年1月14日10二、燃烧室结构形式基本类型单管燃烧室联管燃烧室环形燃烧室2023年1月14日11二、燃烧室结构形式单管式燃烧室由多个单独燃烧室组成，之间用联焰管相联，传焰和均压作用每个燃烧室有独立的火焰筒和外套2023年1月14日12二、燃烧室结构形式单管式燃烧室优点:实验调试用气少便于拆换缺点:迎风面大出口温度场不均匀重量大（不能抵抗扭矩）2023年1月14日13二、燃烧室结构形式联管式燃烧室有多个单独火焰筒，共用内、外环形机匣联焰管传播火焰2023年1月14日14二、燃烧室结构形式联管式燃烧室优点：减轻重量和减小迎风面单独火焰筒便于调试拆换方便缺点：出口温度场周向不均匀2023年1月14日15二、燃烧室结构形式环形燃烧室由4个同心的圆筒组成，火焰筒为环形2023年1月14日16二、燃烧室结构形式优点：与压气机、涡轮的环形通道气动配合好，减少流动损失出口温度场均匀重量轻、迎风面小缺点：喷油与进气不易配合调试需大型气源装拆维护较困难2023年1月14日17三、工作过程及主要零组件燃烧室工作过程简介1、气流扩压减速2、喷油雾化3、点火4、形成燃烧回流区5、燃烧6、掺混冷却2023年1月14日18三、工作过程及主要零组件1、气流扩压减速压气机出口气流速度120~180m/s30~45m/s2023年1月14日19三、工作过程及主要零组件1、气流扩压减速2023年1月14日20F100突扩式扩压器三、工作过程及主要零组件2、喷油雾化为使燃油在非常短的时间内与气流充分掺混，达到完全燃烧，靠燃油喷嘴喷入雾状燃油，扩大燃料与周围气体的接触面，加快蒸发、汽化，形成混气，以利于完全燃烧。2023年1月14日21三、工作过程及主要零组件3.点火一般利用外电源，使高压火花塞打火。一般有两个点火器。2023年1月14日22三、工作过程及主要零组件4、形成燃烧回流区气流经火焰筒头部的扰流器，形成一股旋转气流，在火焰筒的中心造成低压区，下游一部分气流逆流补充，形成回流。形成稳定的点火源使燃油破膜、雾化、掺混2023年1月14日23三、工作过程及主要零组件5、燃烧：分区燃烧室：主燃区、补燃区（中间区）、掺混冷却区2023年1月14日24三、工作过程及主要零组件5、燃烧：分不同部位、不同量进气2023年1月14日25三、工作过程及主要零组件6、掺混冷却约40%气流由火焰筒上的微细小孔或缝隙进入，在火焰筒壁形成气膜，保护火焰筒。约20%气流从后部进入，掺混降温、到达出口温度场分布要求。2023年1月14日26三、工作过程及主要零组件火焰筒壁的冷却2023年1月14日27三、工作过程及主要零组件火焰筒壁的冷却2023年1月14日28四、性能参数及特性燃烧效率：大型民用发动机：最高可达0.999军用发动机：约0.95~0.99影响因素：余气系数进气压力↑→燃烧效率↑进气温度↑→燃烧效率↑进气速度↑→燃烧效率↓2023年1月14日29四、性能参数及特性总压恢复系数：约0.9~0.96影响因素主要因素：进气速度↑→总压恢复系数↓次要因素：燃烧室温升↑→总压恢复系数↓2023年1月14日30四、性能参数及特性油气比2023年1月14日31四、性能参数及特性余气系数l0—1公斤航空煤油完全燃烧所需理论空气量，l0=14.7kg/s最恰当油气比：f0=1/l0=0.068=1:最恰当油气比

1:富油状态（燃油过剩）1:贫油状态（空气过剩）2023年1月14日32四、性能参数及特性熄火特性燃烧室进口速度过大时火焰稳定范围减小，容易熄火或空中起动时不易点燃当燃烧室进口气流速度超过一定限度，无论余气系数是多少，都无法稳定燃烧2023年1月14日33

余气系数小结亚音速流：扩张通道：亚音速进气道、超音速进气道的扩压段、压气机转子、静子叶栅通道、燃烧室扩压器；收缩通道：涡轮导向器叶栅通道、涡轮转子叶栅通道、收缩型尾喷口，收敛-扩张尾喷管的收缩段2023年1月14日34小结超音速流：扩张通道：收敛-扩张尾喷管的扩张段、涡轮导向器出口；收缩通道：超音速进气道的超音段；核心要点：压气机通用特性2023年1月14日35发动机设计点性能计算（编程作业）大作业压气机燃烧室涡导尾喷口234581090： 远前方来流1： 进气道进口2： 进气道出口3： 压气机出口4： 燃烧室出口，涡轮导向器进口4a： 涡轮导向叶片出口，涡轮转子进口5： 涡轮出口8： 尾喷管喉部9： 尾喷管出口进气道4a涡转冷气大作业工作参数、部件效率或损失系数大作业大气参数的计算（0截面）大作业气流滞止参数（1截面）大作业进气道出口参数（2截面）大作业压气机出口参数（3截面）大作业燃烧室34qmfqm.3aqm4燃烧室出口参数（4截面）大作业压气机燃烧室涡导qm.3qm.4

qm.5qm.4a涡转冷气qm.3aqmf

涡轮导向器出口参数（4a截面）大作业涡轮转子出口参数（5截面）大作业尾喷口出口参数（9截面）大作业发动机性能计算大作业推导ppt中的(a)(b)(c)(d)(e)式;编制一个单轴涡轮喷气发动机设计点性能计算程序，要求：输入给定的发动机状态参数（最好以文件的形式输入），可以正确的得到发动机各截面的总温、总压、质量流量，特征截面的流通面积，发动机推力、单位推力、耗油率，截面参数输出格式可参考下表：截面截面参数总压（Pa）总温（K）流量(kg/s)流通面积（m2）大气环境----滞止参数----压气机进口假设Ma=0.55燃烧室进口假设Ma=0.3高压涡轮导向器进口--高压涡轮导向器出口假设临界高压涡轮动叶出口--尾喷口出口假设临界大作业在增压比为1.5-60的范围内，计算单位推力与耗油率随增压比的变化关系，输出格式可参考下表：增压比单位推力耗油率1.522.5……60大作业编程作业参考答案截面压力（Pa）温度（K）流量(kg/s)面积(m^2)油气比速度系数Ma大气环境22615.62216.65------滞止参数96125.74327.5748------压气机进口89733.02327.5748800.50104500.5850570.55燃烧室进口1166529759.409473.60.0875500.3257150.3涡轮导向器进口1096537150075.59891--0.027159涡轮导向器出口10965371430.8181.998910.0718220.02503911涡轮出口280412.41087.0