发动机原理第三章3、4节

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第四节

加力涡轮喷气发动机2023年12月29日2考试时间暂定12月16日（15周周一）下午4:00-6:002023年12月29日3内容回顾油门特性一定飞行条件和调节规律下，发动机推力、耗油率随发动机油门位置的变化关系。2023年12月29日4内容回顾速度特性发动机调节规律一定，飞行高度一定，发动机推力、耗油率等随飞行Ma的变化关系。2023年12月29日5内容回顾高度特性发动机调节规律一定，飞行Ma一定，发动机推力、耗油率等随飞行高度的变化关系。2023年12月29日6内容回顾过渡状态特性发动机性能及主要参数短时间内发生显著变化的过程为过渡过程（动态过程）2023年12月29日7内容回顾过渡状态特性

地面起动0转速到慢车状态最小平衡转速n’必须靠外动力源分三个阶段I起动机带转II起动机和涡轮共同带转III涡轮单独带转2023年12月29日8n1–点火转速n’–最小平衡转速n2–起动机脱开转速内容回顾2023年12月29日9压气机涡轮燃烧室尾喷口功平衡流量连续1流量连续2前提：单轴涡轮喷气发动机几何不可调涡轮导向器和尾喷口临界流量连续1：功平衡：流量连续2：第三节双轴涡轮喷气发动机一、单轴涡喷发动机的发展瓶颈二、双轴涡轮发动机的特点三、各部件的共同工作四、尾喷管面积影响五、调节规律2023年12月29日10一、单轴涡喷发动机的发展瓶颈为何现役高性能航空发动机都是双转子或多转子的？2023年12月29日11提高性能提高涡轮前温度提高增压比增加压气机级数非设计状态压气机前后不匹配的情况加剧一、单轴涡喷发动机的发展瓶颈当相似转速下降，PC增压比下降通道收缩速度相对过快，后面级成为“瓶颈”压气机前面级正攻角叶背分离压气机后面级负攻角叶盆分离2023年12月29日12一、单轴涡喷发动机的发展瓶颈2023年12月29日13一、单轴涡喷发动机的发展瓶颈2023年12月29日14一、单轴涡喷发动机的发展瓶颈设计增压比对单轴发动机工作线的影响2023年12月29日15在低相似工作转速下：设计增压比越高，喘振边界越陡，工作线越平缓设计增压比越低，喘振边界越平缓，工作线越陡高设计增压比低设计增压比二、双轴涡轮发动机的特点在低ncor时：低压压气机负荷相对变重，转速相对下降；高压压气机负荷相对变轻，转速相对升高；高压转子和低压转子的转速差增加，缓和了前后不协调的矛盾。2023年12月29日16二、双轴涡轮发动机的特点2023年12月29日17三、各部件的共同工作2023年12月29日18对于高压转子，如果：把低压压气机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三、各部件的共同工作2023年12月29日19低压压气机高压涡轮燃烧室尾喷口功平衡流量连续高压压气机低压涡轮功平衡流量连续流量连续流量连续三、各部件的共同工作2023年12月29日20低压压气机高压涡轮燃烧室尾喷口功平衡流量连续高压压气机低压涡轮流量连续低压涡轮导向器相当于高压转子的尾喷口低压压气机出口相当于高压转子的进气道高压转子等效于单轴涡轮喷气发动机三、各部件的共同工作高压转子的共同工作方程（推导过程略）如果双轴燃气涡轮喷气发动机高压涡轮导向器、低压涡轮导向器处于临界状态，那么，高压转子具有唯一的共同工作线。2023年12月29日21三、各部件的共同工作高、低压涡轮膨胀比的分析2023年12月29日22低压压气机高压涡轮燃烧室尾喷口高压压气机低压涡轮流量连续流量连续三、各部件的共同工作高、低压涡轮膨胀比的分析2023年12月29日23

对于双轴燃气涡轮喷气发动机，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。三、各部件的共同工作2023年12月29日24低压压气机高压涡轮燃烧室尾喷口高压压气机低压涡轮功平衡流量连续三、各部件的共同工作2023年12月29日25三、各部件的共同工作2023年12月29日26三、各部件的共同工作2023年12月29日27三、各部件的共同工作双轴涡喷发动机高、低压转子的共同工作方程：2023年12月29日28

分析：高压压气机共同工作线可在高压压气机特性图上唯一确定低压压气机共同方程包含高压压气机增压比，说明低压转子和高压转子的共同工作点存在着关联关系。但是，当确定了高压转子的共同工作点后，仅根据上述方程并不能确定低压转子的共同工作点，说明上述方程不足以完整的描述低压转子和高压转子的共同工作点之间的关联关系。三、各部件的共同工作2023年12月29日29低压压气机高压涡轮燃烧室尾喷口高压压气机低压涡轮流量连续三、各部件的共同工作2023年12月29日30该方程表明了高压转子和低压转子之间的流量约束条件三、各部件的共同工作2023年12月29日31共同工作方程组：上述共同工作方程说明：高、低压转子分别在高、低压压气机特性图上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，这种对应关系取决于流量连续。当发动机几何不可调时，与单轴涡喷发动机一样，只有一个调节中介，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。三、各部件的共同工作2023年12月29日32共同工作方程组：四、尾喷管面积影响2023年12月29日33假设调节规律：四、尾喷管面积影响2023年12月29日34单轴涡喷发动机：共同工作线远离喘振边界双轴涡喷发动机：低压转子：共同工作线靠近喘振边界高压转子：共同工作线不受影响当尾喷口面积A8增加时：五、调节规律尾喷管几何面积不可调，调节量：供油量可能的调节规律：保持低压转子转速不变保持高压转子转速不变保持涡轮前总温不变2023年12月29日35五、调节规律当T1*上升时：

低压转子加“重”，低压转速有下降的趋势；

高压转子变“轻”，高压转速有上升的趋势。2023年12月29日36五、调节规律当采用低压转子转速保持不变的调节规律时：为保持低压转子转速不变，调节器主动加油，提高T3*，增加涡轮功，结果使本来就有上升趋势的高压转子转速上升更多。当采用高压转子转速保持不变的调节规律时：为保持高压转子转速不变，调节器主动减油，降低T3*，减少涡轮功，结果使本来就有下降趋势的低压转子转速下降更多。当采用涡轮前温度保持不变的调节规律时：涡轮功基本保持不变，低压转子转速下降，高压转子转速上升。2023年12月29日37小结2023年12月29日38如果：几何不可调；导向器临界；尾喷口临界单轴涡喷发动机双轴涡喷发动机共同工作方程共同工作方程唯一的共同工作线高、低压转子各一条共同工作线，两者存在一一对应关系。小结2023年12月29日39单轴涡喷发动机双轴涡喷发动机增大A8，共同工作线下移（远离喘振）增大A8，共同工作线上移（接近喘振）A8变化对高压转子共同工作线没影响作业12023年12月29日40作业2其它条件不变时，减小双轴涡喷发动机的尾喷管临界面积或低压涡轮导向器的临界面积，对低压压气机的共同工作点如何影响？对高压压气机的共同工作点如何影响？为什么？2023年12月29日41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第四节

加力涡轮喷气发动机2023年12月29日42第四节

加力涡轮喷气发动机一、分类二、喷液加力三、复燃加力2023年12月29日43一、分类加力发动机在最大状态工作产生最大推力的基础上，再增加推力。方法喷液加力复燃加力2023年12月29日44二、喷液加力在压气机进口或燃烧室中喷入易蒸发的液体（水+甲醇）压气机进口喷水加力的工作原理：喷入的液体吸收气流中热而蒸发，将气体的吸热（熵增）压缩过程变为放热（熵减）压缩过程，在压缩功不变的条件下可以获得更高的压气机增压比。增压比增加，空气流量增加，排气速度增加，推力增加。2023年12月29日45二、喷液加力2023年12月29日46Sh压缩功P1*P2*喷水P2*理想P2*不喷水在消耗相同压缩功条件下获得更高的增压比二、喷液加力推力增加程度正比于喷水量优点加力效果明显经济性好缺点用水量大腐蚀结冰仅限于起飞使用2023年12月29日47三、复燃加力在涡轮后再增加一个燃烧室，利用燃气中剩余的氧，再次喷油燃烧。两个燃烧室前面称为主燃烧室后面称为加力燃烧室，参数下标“af”2023年12月29日48三、复燃加力1、加力工作原理因涡轮后无高速旋转件,冷却问题比较好解决,再次喷油燃烧使气流温度Taf*达2000~2100K

涡轮出口温度T4*800~1100K2023年12月29日49三、复燃加力1、加力工作原理

af加力加热比加力比

af=2~2.5，推力增加40~50%2023年12月29日50三、复燃加力2、理想循环2023年12月29日51多一个等压加热过程三、复燃加力2、理想循环循环总加热量q0

主燃烧室加热量q0加力燃烧室加热量qaf放热量q2加力循环功Waf加力循环热效率

th.af2023年12月29日52三、复燃加力3、复燃加力对性能的影响2023年12月29日53复燃加力可以有效提高推力复燃加力使发动机经济性变差推力提高以牺牲发动机经济性作为代价三、复燃加力4、复燃加力发动机喷管喉道A8必须可调尾喷管与涡轮流量连续2023年12月29日54三、复燃加力4、复燃加力发动机喷管喉道A8必须可调加力前后流量近似相等，2023年12月29日55三、复燃加力5、调节规律和特性2023年12月29日56

转速调节器

发动机n

ndqmfn

t*调节器

t*

t*dqmf.af

t*三、复燃加力5、调节规律和特性速度特性在任何飞行速度下，加力推力比大于1；加力使推力达最大所对应的马赫数更高；加力温度越高，特点越显著；加力使经济性变差，但随飞行速度提