无人机系统结构与设计 课件 第十二课时 燃气涡轮发动机

第十二课时燃气涡轮发动机目录/CONTENTS§2发动机的分类§3发动机的工作特性§1发动机的主要部件§1发动机的主要部件发动机的主要部件主要部件：进气道、压气机、燃烧室、涡轮和喷管进气道：1.将足够的空气量，以最小的流动损失顺利地引人发动机2.飞行速度大于压气机进口处的气流速度时，通过冲压压缩空气，提高空气的压力发动机的主要部件压气机：通过高速旋转的叶片对空气做功，压缩空气，提髙空气的压力燃烧室：高压空气和燃油混合、燃烧，将化学能转变为热能，形成高温髙压的燃气涡轮：高温高压的燃气在涡轮内膨胀，向外输出功，驱动压气机和其他附件喷管：燃气通过喷管继续膨胀，以一定的速度和要求的方向排入大气，提供推力发动机的主要部件燃气发生器包含：压气机、燃烧室、涡轮燃气发生器可以完成发动机将热能转变为机械能的工作，是燃气涡轮发动机的核心根据获得的机械能的分配方式分类：涡喷发动机、涡扇发动机、涡桨发动机、涡轴发动机发动机的主要部件工作系统确保发动机正常工作的有机组成部分主要有：燃油系统、滑油系统、防冰系统、防火系统、起动系统燃油系统：根据发动机油门和飞行条件的变化，计量适当的燃油量，确保发动机安全、稳定、可靠地工作滑油系统：不断将适当温度的压力滑油送到发动机各摩擦面，起到润滑和散热作用发动机的主要部件工作系统防冰系统：当预计存在发动机积冰的条件时，接通发动机防冰装置，防止发动机结冰，确保发动机正常工作防火系统：当发动机出现严重过热或火警时，接通发动机灭火装置，防止发动机严重损坏，危及飞行安全起动系统：将发动机从静止状态顺利加速到慢车状态，确保起动过程迅速、可靠发动机的主要部件工作系统工作时，空气首先由进气道进入压气机压缩，随即进入燃烧室，使燃油释放出热能燃烧后形成的燃气流进入涡轮并进行膨胀，涡轮在高温、高压气体推动下旋转，带动压气机旋转燃气经涡轮最后进入喷管，继续膨胀并将部分热能转换成动能，通过气体对发动机的反作用，产生推力§2发动机的分类发动机的分类涡轮喷气发动机发动机的分类涡轮喷气发动机组成：进气道、压气机、燃烧室、涡轮、喷管优点：机迎风面积小，具有较好的速度性能缺点：亚音速经济性差，适宜作超音速战斗机的动力装置发动机的分类涡轮螺旋桨发动机与涡喷发动机的不同之处：涡轮轴除带动压气机外，还需通过减速器带动螺旋浆工作时主要由螺旋浆产生拉力，由喷气的反作用产生很小的推力螺旋浆由单转子/双转子/三转子发动机的自由涡轮驱动优点：起飞拉力大，在中、低速飞行时具有较好的经济性，适宜作中、低速支线民航机、运输机和轰炸机的动力装置发动机的分类涡轮风扇发动机风扇可由单独的涡轮驱动，也可是低压涡轮驱动的低压压气机的第1级内涵气流：空气继续经压气机压缩，在燃烧室和燃油混合燃烧，燃气经涡轮和喷管膨胀，燃气高速从尾喷口排出，产生推力发动机的分类涡轮风扇发动机外涵气流：流经风扇后的空气直接通过管道排到机外（短外涵），或者一直流到尾喷口同内涵气流分别或混合排出（长外涵），产生部分推力外涵与内涵的空气质量流量比为涵道比(B)发动机的分类涡轮风扇发动机在亚音速段较之涡喷发动机具有更好的经济性，综合性能好高涵道比涡扇发动机（B=410）适宜作高亚音速大、中型民航机以及运输机的动力装置低涵道比涡扇发动机（B=0.2-0.6）适宜作超音速战斗机的动力装置发动机的分类涡轮风扇发动机为降低高亚音速民航机的运行成本，需提高涡扇发动机涵道比、经济性超高涵道比的涡扇发动机：螺旋浆风扇发动机，采用后置超临界后掠桨扇，涵道比高达20〜60,燃油消耗率降低30%〜40%，起飞和爬升性能进一步改善浆扇发动机的问题：单发推进功率不高、噪声较大、安全保护方面存在缺陷发动机的分类涡轮轴发动机与涡桨发动机结构原理类似，涡轮分为燃气发生器涡轮和自由涡轮燃气发生器涡轮带动压气机，自由涡轮通过减速器带动外界负载自由涡轮和燃气发生器涡轮只有气动联系优点：重量轻、功率大、经济性好§3发动机的性能发动机的性能单转子涡喷发动机工作特性转速特性在保持飞行高度和飞行速度不变的条件下，发动机的推力F和燃油消耗率SFC随发动机转速n的变化规律推力随转速的增大一直增大，转速越大，推力随转速增大而增长得越快燃油消耗率随转速的增大而减小，到接近最大转速时，略有增大发动机的性能单转子涡喷发动机工作特性高度特性在给定的调节规律下，保持发动机的转速和飞行速度不变时，发动机的推力和燃油消耗率随飞行高度的变化规律在对流层飞行时，随着飞行高度的增加，燃油消耗率下降，发动机的推力下降在平流层底部飞行时，随着飞行高度的增加，单位推力和燃油消耗率不变，推力继续下降且更快发动机的性能单转子涡喷发动机工作特性速度特性给定调节规律下，保持发动机的转速和飞行高度不变时，马赫数的变化规律飞行马赫数增大，发动机推力略有下降或缓慢增加，在超声速范围内增加较快马赫数继续增加时，推力转为下降，直至推力下降为零燃油消耗率随着马赫数的增大而增大，在高马赫数范围增加得更为急剧发动机的性能涡扇发动机工作特性转速特性推力随转速的增大而增大，但接近最大转速时，推力增长得越来越慢燃油消耗率随转速的增大降低得较快，后来下降缓慢，到接近最大转速时有所增加，程度比涡喷发动机稍大发动机的性能涡扇发动机工作特性高度特性飞行高度增大时，空气密度减小，发动机的空气流量一直减少11000m以下，飞行高度升高大气温度降低，风扇增压比和内涵压气机增压比增加，单位推力增大，涵道比减小11000m以上，大气温度保持不变，单位推力和涵道比保持不变发动机的性能涡扇发动机工作特性高度特性11000m以下，飞行高度增加，增压比和加热比增加，使发动机总效率上升，燃油消耗率下降11000m以上，随着高度增加大气温度保持不变，单位推力和涵道比均保持不变，燃油消耗率保持不变发动机的性能涡扇发动机工作特性速度特性假设涡轮前燃气温度保持不变,随飞行速度的增大单位推力下降，涵道比增大，空气流量增多涵道比和空气流量增多程度比单位推力下降的程度小，随飞行速度的增加推力将减小髙涵道比的涡扇发动机，发动机的推力飞行速度的增加推力一直减小的，涵逍比越大，推力下降得越快发动机的性能涡扇发动机工作特性燃油消耗率随飞行速度的增加而增加，低涵道比发动机燃油消耗率上升得较慢，高涵道比发动机燃油消耗率上升得较快涡扇发动机，不适宜作为高速飞行的动力装置发动机的性能涡桨发动机工作特性通过迅速加速相对小的空气质量产生推力，涡桨对相对大的空气质量施加较小的加速产生拉力涡轮：从膨胀的燃气中吸收大量的能量，提供满足压气机和其他附件需要的功率，输出最大可能的扭矩到螺旋桨轴发动机的性能涡桨发动机工作特性输出较多的推力直到中、高亚声速飞行，功率或推力随空速增加而减小正常巡航转速范围，涡桨发动机推进效率保持高于或低于常速，而涡喷发动机的推进效率随空速增加而迅速地增加发动机的性能涡桨发动机工作特性与涡扇发动机的主要差别：1.通过涡扇发动机风扇的气流由扩张型进气道设计所控制，相对于风扇叶片的空气速度不被飞机的空速所影响，消除了高空速下工作效率的损失2.通过风扇的总空气流量少，随着涡扇发动