第三章 涡喷发动机第1节shangzai

第三章

涡轮喷气发动机第三章

涡轮喷气发动机第一节各部件的共同工作第二节

发动机特性第三节

双轴涡轮喷气发动机2023年2月1日2内容回顾2023年2月1日3不稳定区域喘振线设计点工作线等相似转速线等效率线相似流量内容回顾2023年2月1日4前喘后堵前重后轻前轻后重前堵后喘压比增加效率下降压比下降效率下降内容回顾练习题：在标准大气条件下(P0=101325Pa,T0=288.15K)，某压气机试验台测得的压气机增压比为2.8，效率为0.84，物理转速为5000rpm，空气流量为280kg/s。如果将该压气机放在5km高空台上试验（P0=54020Pa,T0=255.65K）,并保持压气机工作状态与地面试验相似，那么，该压气机增压比、效率、物理转速、空气流量分别为多少？2023年2月1日5内容回顾2023年2月1日6P0T0P1T1T1*P1*MaaT1和T1*之间的关系？T1<T1*T0和T1*之间的关系？T0=T1*T0和T1之间的关系？T0>T1内容回顾练习题：在标准大气条件下(p0=101325Pa,T0=288.15K)，某压气机试验台测得的压气机增压比为2.8，效率为0.84，物理转速为5000rpm，空气流量为280kg/s。如果将该压气机放在5km高空台上试验（p’0=54020Pa,T’0=255.65K）,并保持压气机工作状态与地面试验相似，那么，该压气机增压比、效率、物理转速、空气流量分别为多少？2023年2月1日7第一节各部件的共同工作2023年2月1日8第一节各部件的共同工作设计点性能选择发动机的设计参数（高度、Ma数、循环参数、部件设计参数）确定满足发动机设计参数要求的几何尺寸和性能（推力、单位推力、耗油率等）非设计性能一台已完成设计的发动机，当它的使用条件偏离设计状态时的性能，即推力、耗油率、燃油流量随使用条件的变化称作为非设计性能包括：稳态特性、过渡态特性2023年2月1日9第一节各部件的共同工作“牵一发，动全身”仿真：在发动机供油量不变的情况下，缩小尾喷口面积2023年2月1日10第一节各部件的共同工作“牵一发，动全身”2023年2月1日11第一节各部件的共同工作2023年2月1日12进气道压气机燃烧室涡轮尾喷口进口流动亚音或超音亚音亚音亚音亚音出口流动亚音亚音亚音亚音亚音、临界、超音流道形式亚音:扩张型超音:缩扩型动叶:扩张静叶:扩张进口扩压静叶:收缩动叶:收缩收缩收缩-扩张临界截面部分有一般没有没有有有一、共同工作及共同工作线1、共同工作定义及条件定义：各部件组合成整台发动机，部件间的相互作用和影响称为“共同工作”。2023年2月1日13一、共同工作及共同工作线1、共同工作定义及条件条件：流量连续压气机与涡轮功率平衡：Wk＝Wt压气机与涡轮转速相等：nc＝nt压力平衡：2023年2月1日14压气机涡轮燃烧室尾喷口功平衡转速相等流量连续流量连续一、共同工作及共同工作线2、所需基本知识及基本假设基本知识2023年2月1日15流量公式压缩功：膨胀功：压气机功与进口总温和增压比有关涡轮功与进口总温与膨胀比有关一、共同工作及共同工作线2、所需基本知识及基本假设基本假设发动机进气道、燃烧室、涡轮导向器、尾喷管总压恢复系数近似不变；发动机涡轮效率近似不变；2023年2月1日16一、共同工作及共同工作线3、压气机进口与涡轮导向器流量连续2023年2月1日17压气机涡轮燃烧室尾喷口流量连续一、共同工作及共同工作线3、压气机进口与涡轮导向器流量连续进入压气机的流量：燃烧室加入的燃油流量:（f表示油气比）飞机引气：（表示引气比）流经涡轮的流量：2023年2月1日1812348压气机燃烧室涡导尾喷口进气道涡转飞机引气燃油流量一、共同工作及共同工作线3、压气机进口与涡轮导向器流量连续2023年2月1日19燃烧室、涡轮导向器总压恢复系数涡轮导向器喉道面积压气机进口面积一、共同工作及共同工作线3、压气机进口与涡轮导向器流量连续2023年2月1日20一、共同工作及共同工作线3、压气机进口与涡轮导向器流量连续2023年2月1日21一、共同工作及共同工作线3、压气机进口与涡轮导向器流量连续2023年2月1日22温度比越高，等值线越陡；当进气温度一定时，提高涡轮前温度将导致压气机工作点移向喘振边界。一、共同工作及共同工作线4、压气机与涡轮的功平衡2023年2月1日23压气机涡轮燃烧室尾喷口功平衡机械效率

当飞行条件变化引起压气机功变化时，为维持功平衡，必须改变涡轮前温度或涡轮膨胀比，否则将导致转子转速变化。4、压气机与涡轮的功平衡一、共同工作及共同工作线一、共同工作及共同工作线4、压气机与涡轮的功平衡2023年2月1日25机械效率？机械效率？一、共同工作及共同工作线一、共同工作及共同工作线5、涡轮导向器和尾喷管的流量连续2023年2月1日27压气机涡轮燃烧室尾喷口流量连续一、共同工作及共同工作线5、涡轮导向器和尾喷管的流量连续2023年2月1日28一、共同工作及共同工作线5、涡轮导向器和尾喷管的流量连续2023年2月1日29当涡轮导向器和尾喷管为临界状态时，涡轮膨胀比近似为常数。一、共同工作及共同工作线6、单轴涡轮喷气发动机共同工作方程30一、共同工作及共同工作线6、单轴涡轮喷气发动机共同工作方程2023年2月1日31

上述方程在压气机通用特性图上确定了唯一的曲线，该曲线叫做发动机共同工作线。一、共同工作及共同工作线7、结论2023年2月1日32一台几何不变的发动机，当涡轮导向器和尾喷管处于临界工作状态时，无论飞行条件或发动机工作转速如何变化发动机的共同工作点总在同一条工作线上移动共同工作线与每一条等相似转速线有唯一交点一、共同工作及共同工作线7、结论2023年2月1日33当飞行条件一定时：转速增加，工作点沿工作线右上移转速降低，工作点沿工作线左下移当转速一定时：飞行Ma增加，工作点沿工作线左下移飞行高度增加（低于11公里），工作点沿工作线右上移飞行条件、转速变化归结为一、共同工作及共同工作线7、结论尾喷口面积的影响：当A8变化时，引起涡轮膨胀比变化，共同工作线移动，A8越小，越靠近喘振边界。2023年2月1日34一、共同工作及共同工作线7、结论引气量的影响：当飞机引气量增加时，引起涡轮前温度增加和涡轮及喷管的流量下降，共同工作线移动，飞机引气量越大，越远离喘振边界。2023年2月1日35一、共同工作及共同工作线7、结论发动机各部件共同工作的结果共同工作线。无论飞行条件或发动机工作转速如何变化，发动机的工作点总在共同工作线上移动。当A8变化时，引起涡轮膨胀比变化，共同工作线移动，A8越小，越靠近喘振边界。当飞机引气量增加时，引起涡轮前温度增加和涡轮及喷管的流量下降，共同工作线移动，飞机引气量越大，越远离喘振边界。2023年2月1日36练习题对于单轴涡喷发动机，除喷管外，几何均不可调，涡轮导向器和尾喷口处于临界状态，试分析：（1）在保持飞行状态、物理转速不变的情况下减小A8，发动机涡轮前温度和空气流量如何变化？（2）若保持飞行状态、A8和物理转速不变，增加飞行高度（<11km），发动机压气机的增压比如何变化？（3）保持A8、飞行状态、压气机增压比不变的情况下，增加飞机引气量，涡轮前温度和物理转速如何变化？（4）在保持飞行状态、物理转速不变的情况下开通加力，发动机涡轮前温度和空气流量如何变化？2023年2月1日37练习题对于单轴涡喷发动机，除喷管外，几何均不可调，涡轮导向器和尾喷口处于临界状态，试分析：（1）在保持飞行状态、物理转速不变的情况下减小A8，发动机涡轮前温度和空气流量如何变化？2023年2月1日38练习题对于单轴涡喷发动机，除喷管外，几何均不可调，涡轮导向器和尾喷口处于临界状态，试分析：（2）若保持飞行状态、A8和物理转速不变，增加飞行高度（<11km），发动机压气机的增压比如何变化？2023年2月1日39练习题对于单轴涡喷发动机，除喷管外，几何均不可调，涡轮导向器和尾喷口处于临界状态，试分析：（3）保持A8、飞行状态、压气机增压比不变的情况下，增加飞机引气量，涡轮前温度和物理转速如何变化？2023年2月1日40练习题对于单轴涡喷发动机，除喷管外，几何均不可调，涡轮导向器和尾喷口处于临界状态，试分析：（4）在保持飞行状态、物理转速不变的情况下开通加力，发动机涡轮前温度和空气流量如何变化？2023年2月1日41涡轮后总压涡轮后总温喷管总压恢复系数涡轮前总压作业1、试推导出单轴涡喷发动机涡轮与压气机的流量平衡方程。把该方程的图形表示在压气机的特性曲线上，并说明其物理意义。2、涡喷发动机在涡轮导向器和尾喷管处在临界或超临界状态时，为什么可以认为涡轮的膨胀比不变？调节尾喷管或涡轮导向器的临界截面面积对涡轮的膨胀比有何影响？如果尾喷管处于亚临界状态时情况又是如何？2023年2月1日42作业3、试推导出单轴涡喷发动机在涡轮导向器和尾喷管处在临界或超临界状态时的涡轮与压气机的共同工作方程，并说明如何利用该方程求作共同工作线。2023年2月1日43二、调节规律发动机的调节由各部件共同工作关系分析，发动机实际工作点构成共同工作线，但即使已知飞行条件，仍不能确定发动机在工作线的哪一点工作。为控制工作点在工作线上的落点，必须对发动机进行自动调节。2023年2月1日44二、调节规律自动调节装置的目的：最大限度发挥性能潜力和最有利使用发动机满足飞机在不同飞行条件下的要求；确保发动机工作安全；便于驾驶员操作。2023年2月1日45二、调节规律发动机调节的4个要素：被调参数：可以主导发动机工作状态的参数；调节中介：能改变被调参数的作用量；调节规律：被调参数的变化规律；调节器：为实现调节规律所必需的控制设备。2023年2月1日46二、调节规律最大状态调节规律目的：在任何飞行条件下，发动机尽可能发出最大推力。三种可能的调节规律n=nd，A8=CT3*=T3*d，A8=Cn=nd，T3*=T3*d2023年2月1日47二、调节规律1、n=const调节规律：在飞行条件变化时，保持转速不变：被调参数：物理转速n调节中介：供油量调节规律：n的变化规律(n=const)调节机构：转速调节器2023年2月1日48

转速调节器发动机nndqmfn二、调节规律2、T3*=const调节规律：在飞行条件变化时，保持涡轮前总温不变:被调参数：涡轮前总温T3*调节中介：供油量调节规律：T3*的变化规律(T3*=const)调节机构：T3*调节器2023年2月1日49

T3*调节器发动机T3*T3*dqmfT3*二、调节规律3、n=const，T3*=const调节规律：在飞行条件变化时，保持转速和涡轮前总温不变:被调参数：物理转速、涡轮前总温调节中介：供油量、尾喷口面积调节规律：n