北航发动机原理课件

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2月7日2第一节气动热力基础2023年2月7日3第一节气动热力基础1、连续方程2、能量方程3、音速4、马赫数5、滞止参数2023年2月7日46、变截面管流7、临界参数8、速度系数9、密流函数10、激波1、连续方程07二月20232、能量方程2023年2月7日62、能量方程同时可以看出，气体在变截面流管中的流动，气流的速度与温度同时变化。气体加速，T降低宏观动能←内部储能气体减速，T升高宏观动能→内部储能2023年2月7日72、能量方程示例1以发动机的进气道为例。V0=0 T0=288.15K进口速度124.3m/s进口温度280.4K2023年2月7日82、能量方程示例2以发动机的尾喷管为例。尾喷管进口速度174m/s 进口温度507.6K尾喷管出口速度417m/s 出口温度442.6K2023年2月7日93、音速音速随当地温度变化而变化，并不是定值示例:T=15⁰Cc=340.3m/s2023年2月7日104、马赫数Ma：气体速度与当地音速之比2023年2月7日114、马赫数2023年2月7日12Ma=0.3

Ma=0.6？vTcMa>0.64、马赫数2023年2月7日13作业07二月2023（1）飞机的Ma增加1倍，其空速是否也增加一倍？为什么？（2）气体在尾喷管中Ma增加1倍，气流速度是否也增加1倍？为什么？5、滞止参数稳态一维定常流动的能量方程：定常流动中v等熵地降为0的点，称为驻点、滞止点。2023年2月7日155、滞止参数定比热容的理想气体：带入总焓的公式，可得到2023年2月7日165、滞止参数2023年2月7日175、滞止参数等熵过程2023年2月7日185、滞止参数例：环境温度15⁰C、音速C=340m/s行走 1m/sMa=0.003T*=15.0005⁰C自行车18km/hMa=0.015T*=15.0125⁰C汽车108km/hMa=0.088T*=15.4482⁰C客机700km/hMa=0.57T*=33.7403⁰C战斗机Ma=2T*=245.319⁰C流星10000km/hT*=3830.53⁰C2023年2月7日195、滞止参数2023年2月7日20风级名称(m/s)风级名称(m/s)0无风0.0-0.27劲风13.9-17.11软风0.3-1.58大风17.2-20.72轻风1.6-3.39烈风20.8-24.43微风3.4-5.410狂风24.5-28.44和风5.5-7.911暴风28.5-32.65清风8.0-10.712台风>32.66强风10.8-13.8发动机尾喷口速度：100-1200m/s小结1、连续方程2、能量方程3、音速2023年2月7日21小结4、马赫数5、滞止参数2023年2月7日226、变截面管流一维定常绝能管流发动机内部工质是可压缩气体可压缩气体高速流动时，存在神奇现象2023年2月7日23V

↑

低速气体6、变截面管流超声速气体进入变截面管道2023年2月7日24？V

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？V

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6、变截面管流通过速度变化率与面积变化率的关系理解Ma>1dv与dA同号（超音速）dA<0dv<0dA>0dv>02023年2月7日256、变截面管流通过速度变化率与面积变化率的关系理解Ma<1dv与dA异号（亚音速）dA<0dv>0dA>0dv<02023年2月7日266、变截面管流超音速气流举例2023年2月7日27进口出口相对变化面积（m2）0.003520.002210.6278密度（kg/m3）0.57131.45652.5494速度（m/s）497.17310.730.6250Ma1.931010.5179静温（K）164.71239.931.4567静压（Pa）270131003123.7135vA6、变截面管流亚音速气流亚音速超音速2023年2月7日28vAvAvA6、变截面管流气流速度与管道截面变化的关系2023年2月7日29参数dA<0dA>0Ma<1Ma>1Ma<1Ma>1V↑↓↓↑T↓↑↑↓Ma↑↓↓↑p↓↑↑↓ρ↓↑↑↓6、变截面管流思考题：如何设计亚音速进气道？亚音速客机在设计高度以Ma=0.8巡航，涡扇发动机的风扇进口Ma要求0.55。2023年2月7日30前方气流Ma=0.8Ma=0.55进气道？我只接受Ma=0.55气流6、变截面管流思考题：如何设计亚音速进气道？亚音速客机在设计高度以Ma=0.8巡航，涡扇发动机的风扇进口Ma要求0.55。2023年2月7日31前方气流Ma=0.8Ma=0.55我只接受Ma=0.55气流6、变截面管流2023年2月7日32进气道6、变截面管流2023年2月7日33压气机6、变截面管流2023年2月7日34燃烧室6、变截面管流思考题：如何设计超音速进气道？超音速战机在设计高度以Ma=2巡航，涡扇发动机的风扇进口Ma要求0.55。2023年2月7日35前方气流Ma=2Ma=0.55进气道？我只接受Ma=0.55气流6、变截面管流思考题：如何设计超音速进气道？超音速战机在设计高度以Ma=2巡航，涡扇发动机的风扇进口Ma要求0.55。2023年2月7日36前方气流Ma=2Ma≥1我只接受Ma=0.55气流Ma=16、变截面管流思考题：如何设计超音速进气道？超音速战机在设计高度以Ma=2巡航，涡扇发动机的风扇进口Ma要求0.55。2023年2月7日37前方气流Ma=2Ma=0.55我只接受Ma=0.55气流6、变截面管流Ma=1时，dA=0截面积取极值，称为临界截面。2023年2月7日386、变截面管流以收缩管道为例理解临界截面2023年2月7日39288.15K100000Pa进口总压流量Ma静温速度出口静压10000000288.1501000001010001.0000.119287.33240.5431000001890009.1550.999240.917310.3421000001900009.2031240.107310.65310000030000014.5311240.107310.65315847550000024.2191240.107310.653264125小结在绝能管流中，气体总温永远不变；在绝能等熵流动中，总压不变；若流动不等熵，总压下降在绝能流动中，若气流速度发生变化，静温和当地音速也将发生变化在收缩管道中，亚音速气流最高可加速至音速，超音速气流最低可降至音速；临界截面只能是管道的最小截面，气流只能在最小截面处达到音速。2023年2月7日407、临界参数假设气体在管道中作等熵加速流动，那么随着气体速度的增加，当地音速不断下降2023年2月7日417、临界参数对于一维绝能流动将带入上式2023年2月7日427、临界参数2023年2月7日438、速度系数分析下面的绝能流动方程气流速度与当地音速都在变化,不易计算Ma定义气流速度与临界音速之比为速度系数,其与Ma有单值对应关系2023年2月7日448、速度系数区别与Ma的关系2023年2月7日458、速度系数与Ma的关系2023年2月7日468、速度系数Ma=0λ=0Ma=1λ=1Ma<1λ<1Ma>1λ>1Ma=∞2023年2月7日478、速度系数思考题：在绝能流动中，如果气流速度增加2倍，那么下面的论述是否正确？（1）Ma增加2倍（2）λ增加两倍2023年2月7日489、密流函数在流量公式中，ρ、V随A的变化而变化，qm难以计算引入新定义：

密流：通过单位面积的流量.2023年2月7日499、密流函数密流函数（流量函数、无量纲密流）所研究截面密流与对应的临界截面密流之比流量：面积：密流：密流函数：2023年2月7日509、密流函数密流函数2023年2月7日519、密流函数与的关系2023年2月7日529、密流函数对于一维绝能流管：若气流为亚音速，随着流速增加，密流增加；若气流为超声速，随着流速增加，密流减小。用密流函数表示流量公式：2023年2月7日539、密流函数以上公式的推导：2023年2月7日549、密流函数临界截面Ma=1，λ=1，q(λ)=12023年2月7日559、密流函数思考题：亚音速气流在收缩管道中等熵加速，并在出口达到临界状态，如果：（1）增加进口气流的总压，流量如何变化？排气速度如何变化，喷管出口的静压如何变化？为什么？（2）增加进口气流的总温，流量如何变化？排气速度如何变化？喷管出口静温如何变化？为什么？2023年2月7日569、密流函数思考题：亚音速气流在收缩管道