第13讲-涡轮螺桨发动机

思考题根据风扇形式可以将涡扇发动机分为哪些类型？涡扇发动机的有哪些性能指标，定义是什么？涵道比的一般选择原则是什么？混排涡扇发动机有什么优点，适用范围是什么？涡扇发动机与涡喷发动机的速度特性有什么异同？P228，第（3）题;P231，第（4）题第8章

涡轮螺桨发动机

Turbo-propengine2024/12/1活塞式+螺旋桨（二战前）音障功率小限低空涡喷（20世纪40~50年代）涡扇（20世纪60年代）经济性涡桨（20世纪40年代末~50年代初）8.1涡桨发动机概述涡轮螺旋桨发动机（涡桨发动机）涡桨６发动机：装备运８8.1涡桨发动机概述涡轮螺旋桨发动机（涡桨发动机）8.1涡桨发动机概述多数的涡桨发动机，动力涡轮与燃气发生器的涡轮是分开的，且以不同的转速工作。由于动力涡轮与核心机没有机械地连成一体，因此也称它为自由涡轮。涡轮螺旋桨发动机（涡桨发动机）8.1涡桨发动机概述将动力涡轮与燃气发生器的涡轮机械地连接在一起，成为定轴式或单轴式涡桨发动机。我国运8运输机所用的涡桨6涡轮螺旋桨发动机、英国"子爵"号四发旅客机用的"达特"涡轮螺旋桨发动机均为定轴式涡轮螺旋桨发动机。具有动力涡轮的涡桨发动机，动力涡轮转速一般在6000～12000转／分。定轴式涡桨发动机，燃气发生器的涡轮转速一般在8000～18000转／分，但是螺旋桨的转速必须很低，一般只有1000转／分左右。因此，在涡轮螺旋桨发动机中，均要有减速器。8.1涡桨发动机概述由螺旋桨、减速器、进气道、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管组成低速飞行时具有优越的经济性适用范围：Ma<0.6装备于：支线客机、短途运输机。8.1涡桨发动机概述普惠PT6型发动机是一款常见的涡桨发动机图－95战略轰炸机是世界上装涡轮螺旋桨发动机的最大飞机，装有四台单台功率为8950kW的涡轮螺旋桨发动机，驱动四组共轴反转的双螺旋桨同参数条件下热力循环与涡喷相同，热效率相同；将热机获取机械能中的绝大部分转换为涡轮功（95%），少部分转换为动能增量，排气速度低，减小余速损失；涡轮输出功率带动螺旋桨高速旋转，使通过桨叶的气流加速，气流对叶片产生反作用力而使桨叶产生巨大的拉力；具有相同燃气发生器的涡轮螺桨发动机由于提高了推进效率，在低速飞行时比涡喷发动机和涡扇发动机具有更大的推力。8.1涡桨发动机概述涡轮螺桨发动机将燃气发生器产生的大部分可用功通过涡轮、减速器和螺桨传给通过螺桨的大量空气，使螺桨产生拉力。其余一小部分可用功以燃气动能的形式从尾喷管喷出，产生反作用推力。螺桨风扇发动机（桨扇发动机）：既具有涡桨发动机的低油耗，又具有涡扇发动机适于高速飞行的特点。8~10片后掠叶片组成桨扇克服一般螺旋桨在飞行马赫数达到0.65后效率就急剧下降的缺点；推进效率较高，优越性保持到飞行马赫数0.8左右更适用于巡航马赫数为0.7~0.8的短途运输机燃气发生器螺桨－风扇8.1涡桨发动机概述8.1涡桨发动机概述1985年10月中德联合研制MPC-75飞机（70座级支线客机）8.1涡桨发动机概述MPC75的发动机GE36，无涵道风扇发动机（UnductedFan，UDF）安－70中型运输机8.1涡桨发动机概述安-70运输机由乌克兰的安东诺夫科学技术综合体(前安东诺夫设计局)研制，与俄罗斯联邦共同开发。总重47吨，在3800千米～7400千米的高度上能运载25～35吨货物。安－70中型运输机的桨扇发动机D-278.1涡桨发动机概述8.2涡轮螺桨发动机的分类8.2涡轮螺桨发动机的分类单轴式涡轮螺桨发动机优点：结构简单。缺点：在非设计状态下工作时效率较低，当发动机从设计状态降低功率时，随着燃气发生器供油量减少。8.2涡轮螺桨发动机的分类分轴式涡轮螺桨发动机优点：采用变矩螺桨以后，可以根据飞行速度和动力涡轮的功率自动调节桨矩，保持螺桨转速不变。燃气发生器的工作不受螺桨转速的约束。分轴式涡轮螺桨发动机的燃气发生器一般采用单轴式燃气发生器。若为了提高燃气发生器的性能可以采用双轴式燃气发生器8.2涡轮螺桨发动机的分类功率为2000kw或2000kw以下的涡桨发动机，其空气流量都低于10kg/s，小流量燃气发生器采用离心式压气机较合理，特别是压气机的出口高压部分采用离心式压气机，可以避免轴流式压气机叶片短小、效率低和结构复杂等缺点。具有离心式压气机的分轴式涡轮螺桨发动机具有双级离心式压气机的分轴式涡轮螺桨发动机8.3涡轮螺桨发动机的性能指标8.3涡轮螺桨发动机的性能指标涡轮螺桨发动机的功率和耗油率有两种表示方法①用Ppr表示螺桨轴功率，单位kW；用F表示燃气喷射产生的反作用推力，其单位是daN；用sfcpr表示按轴功率计算的耗油率，其单位是kg•kW-1•h-1。

8.3涡轮螺桨发动机的性能指标②用当量功率Pe以及按当量功率计算的耗油率sfce表示

当量功率：假设涡轮螺桨发动机的全部推进功率都是由螺桨产生，相当于产生全部推进功率的螺桨功率称为当量功率，用Pe表示

8.4涡轮螺桨发动机的可用功分配一、涡轮螺桨发动机的的设计参数选择二、涡轮螺桨发动机的可用功分配涡桨发动机可用功w在螺桨和尾喷管出口燃气动能之间的最佳分配应该使得发动机获得最大的推进功。在发动机可用功最佳分配条件下，尾喷管出口燃气喷射速度必定大于飞行速度。飞行速度越大或效率ηtηmηpr越低，尾喷管出口燃气喷射速度的最佳值c9,opt就越大。

8.5涡轮螺桨发动机的调节规律变矩螺桨螺旋桨简称螺桨，是涡轮螺桨发动机的主要推进器。它将发动机的可用功转变为通过螺桨的空气的动能增量，使螺桨产生反作用拉力。为适应不同飞行速度和在给定螺桨转速下不同轴功率的需要，就要改变螺桨桨叶的桨矩(螺桨叶片叶型与发动机轴向线的夹角)，这种可变桨矩的螺桨称为变矩螺桨。变矩螺桨可以改变螺桨的气动负荷。8.6涡轮螺桨发动机特性1、速度特性给定飞行高度，并设调节规律为：n=nmax=常数和T4*=T4*max=常数

随着飞行速度c0的增大，ηPr下降，螺桨拉力将迅速下降

2、高度特性给定飞行速度，并设调节规律为：n=nmax=常数和T4*=T4*max=常数

8.6涡轮螺桨发动机特性3、高空涡轮螺桨发动机为减轻发动机的重量，大部分涡桨发动机都按某一高度的空中飞行功率进行结构强度设计。在该高度以下，用降低燃气发生器n或T4*的方法，使螺桨轴上的功率不超过最大允许值。这种按高空功率进行结构强度设计的涡轮螺桨发动机称为高空涡轮螺桨发动机。8.6涡轮螺桨发动机特性3、高空涡轮螺桨发动机高空涡轮螺桨发动机的高度特性单位功率随飞行高度的变化8.6涡轮螺桨发动机特性8