第二部分_航空燃气轮机的工作原理.ppt

航空发动机原 理 * 航空发动机原理 2 n绪论 航空发动机发动机发展回顾与 展望 第11章 n第一部分 热力学和气体动力学基础 第1 章 n第二部分 航空燃气轮机的工作原理 第2 章 n第三部分 发动机部件工作特性 第3,4章 n第四部分 典型发动机工作特性 第 5,6,7,8,9章 n第五部分 其他发动机机简介 第10章 课程结构 *2 * 航空发动机原理 3 2.1 航空燃气轮机工作原理 2.1.1 发动机组成及简图 2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循环 2.1.3 推进器部分 2.2 涡喷发动机推力的计算 2.3 航空燃气轮机的性能指标及效率 第二部分 航空燃气轮机的工作原理 *3 * 航空发动机原理 4 n 发动机组成 2.1 航空燃气轮机工作原理 *4 2.1.1 发动机组成及简图 * 航空发动机原理 5 2.1.1 发动机组成及简图 * 航空发动机原理 6 2.1.1 发动机组成及简图 * 航空发动机原理 7 2.1.1 发动机组成及简图 * 航空发动机原理 8 2.1.1 发动机组成及简图 * 航空发动机原理 9 2.1.1 发动机组成及简图 * 航空发动机原理 10 2.1.1 发动机组成及简图 * 航空发动机原理 11 2.1.1 发动机组成及简图 * 航空发动机原理 12 2.1.1 发动机组成及简图 * 航空发动机原理 13 2.1.1 发动机组成及简图 * 航空发动机原理 14 2.1.1 发动机组成及简图 * 航空发动机原理 15 2.1.1 发动机组成及简图 * 航空发动机原理 16 2.1.1 发动机组成及简图 * 航空发动机原理 17 2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循环 l 燃气发生器是各类燃气轮机的热机部分， 包括压气机、燃烧室和带动压气机的那部分涡轮。 l 原理：利用工质重复地进行某些工作过程同时不断 吸热做功。 l 理想循环 p 工质为空气，为理想气体，其比热为常数，不随 气体温度和压力而变化。 p 整个工作过程没有流动损失，压缩过程与膨胀过 程为绝热等熵，燃烧前后压力不变，没有热损失 （排热过程除外）和机械损失。 2.1 航空燃气轮机工作原理 * 航空发动机原理 18 2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循环 1. 理想循环 ct b 2 1 3 4 图2.15 燃气轮机循环布置图 p v 0 0 2 1 3 4 2 1 3 4 p-v t s t-s 1-2 绝热压缩 2-3 等压加热 3-4 绝热膨胀 4-1 等压放热 * 航空发动机原理 19 2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循环 1. 理想循环 （1）衡量燃气发生器性能性能的指标 热效率 ：加入每千克空气的热量中所能产生的可用功与所加热量之比。 比功 ：单位质量空气所作的功。 （2）表示理想燃气轮机循环工作状态工作状态的参数 增压比 ：压气机出口静压与周围大气压力之比。 加热比 ：燃烧室出口温度与外界大气温度之比。 （3）理想燃气轮机循环分析 能量方程式 * 航空发动机原理 20 2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循环 （3）理想燃气轮机循环分析 绝热压缩过程 12 p v 0 2 1 3 4 p-v p整个过程吸热为0； p两个阶段： 11 迎面高速气流在进气道 中的绝能流动，使工质减速增加 ； 11 压气机对工质做功。 p总机械功： * 航空发动机原理 21 2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循环 （3）理想燃气轮机循环分析 p v 0 2 1 3 4 p-v 等压加热过程 12 p 在燃烧室内完成； p 工质所做的机械功为0： p 工质吸热量： 为 循环的加热比 * 航空发动机原理 22 2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循环 （3）理想燃气轮机循环分析 p v 0 2 1 3 4 p-v 绝热膨胀过程 34 p整个过程吸热为0； p两个阶段： 33 在涡轮中完成，涡轮从 工质中获得的机械功为： 34 在尾喷管或动力涡轮中 完成，单位工质所做的功为。 p总机械功： * 航空发动机原理 23 2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循环 （3）理想燃气轮机循环分析 p v 0 2 1 3 4 p-v 等压放热过程 41 p整个过程是向大气放热； p 机械功为0： p总放热量为： * 航空发动机原理 24 2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循环 （3）理想燃气轮机循环分析 p 比功 p 热效率 或 p吸热量 p放热量 * 航空发动机原理 25 2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循环 （3）理想燃气轮机循环分析 分析： 增压比 ，加热比 和 吸热量 ，比功 ，热效率 之间的关系 理想燃气轮机的热效率 只与增压比 有关， 随 增大而单调增加 ； 在加热比 一定得条件下，有一个使比功达最大值的增压比，称为最佳增 压比，记为 ，最佳增压比随加热比增大而增大； 在增压比相同的条件下，比功 随加热比增大而增大。 * 航空发动机原理 26 2.1.2 燃气发生器的理想循环和实际循环 2. 实际循环 p 2 1 3 4 1-2 多变压缩n k 2-3 等压加热 3-4 多变膨胀nk 2-3 等压加热 3-4 多变膨胀nk 2-3 等压加热 3-4 多变膨胀nk 2-3 等压加热 3-4 多变膨胀nk 2-3 等压加热 3-4 多变膨胀n涡扇涡喷 推力 ：螺旋桨涡扇涡喷 n 推力 * 航空发动机原理 34 2.1.3 推进器部分 2. 发动机的推进效率 n 衡量可用功转变为飞机前进的推进功的程度。 每千克空气通过发动机时每秒钟所做的推进功为： 排出气体的动能， 可用功 n 推进效率 * 航空发动机原理 35 2.2 涡喷发动机推力的计算 2.2.1 概述 n 发动机的推力：发动机内外气体在各个表面上作用力的合力。 8% 200% 20% 110%18% 228%128% 100% * 航空发动机原理 36 2.2 涡喷发动机推力的计算 2.2.1 概述 解决：将发动机看成一个整体，通过计算发动机进口出 口气流动量的变化来确定发动机推力！ n计算各部件的轴向力合力法来计算发动机的推力 困难 发动机各部件形状复杂，无法确切知道部件表面各处的发动机各部件形状复杂，无法确切知道部件表面各处的 气体压力和粘力！气体压力和粘力！ 进气 排气 a0 a0 a1 a1 a9 a9 * 航空发动机原理 37 2.2 涡喷发动机推力的计算 2.2.2 发动机推力公式的推导 计算假设： 1. 流量系数 ； 2. 发动机表面均匀受压，且等于外界大气压力 ； 3. 气体流经发动机外表面时，没有摩擦阻力。 0 0 1 1 9 9 c0 c9 a1a9 p1p9 p0 p0 a0 * 航空发动机原理 38 2.2 涡喷发动机推力的计算 2.2.2 发动机推力公式的推导 0 0 1 1 9 9 c0 c9 a1a9 p1p9 p0 p0 a0 计算fin 根据动量定理： ， 计算fout * 航空发动机原理 39 2.2 涡喷发动机推力的计算 2.2.2 发动机推力公式的推导 * 航空发动机原理 40 2.2 涡喷发动机推力的计算 2.2.3 用气动函数表示的推力公式的推导 发动机在地面工作时，c0=0 多数情况，尾喷管处于临界状态， * 航空发动机原理 41 2.2 涡喷发动机推力的计算 2.2.4 有效推力fef n 表征实际工作中，考虑各种摩擦后的发动机实际推力 。 发动机的各种阻力 发动机的内推力（计算推力） 附加阻力波阻 外表摩擦阻力 时，应按照截面1来计算。 * 航空发动机原理 42 2.2 涡喷发动机推力的计算 2.2.4 有效推力fef n 附加阻力 0 0 1 1 9 9 a1a 9 a0 计算假设1：流量系数 ； 实际情况：流量系数 ； 亚音速飞行时， c0c1时， c0c1时， 超音速飞行时，取决于进气道前面 的激波状态。 由于按照截面0计算，误将发动机前方的气流流管壁当成进气道的一部 分而计算其受到的向前的轴向力，这部分多算进去的推力即附件阻力。 * 航空发动机原理 43 2.2 涡喷发动机推力的计算 2.2.4 有效推力fef n 波阻 计算假设2：发动机表面均匀受压，且等于外界大气压力 ； 实际情况： 亚音速飞行时，差别不大； 超音速飞行时，由于发动机短舱外存在激波，使得发动机表面压 力大于大气压力 ，这部分压差 在发动机轴向投影的总 和即为发动机的波阻 。 波阻大小与飞机的飞行速度、发动机短舱外形、发动机安装情况 、尾喷管喷出的高速燃气流的干扰都有很大关系，需要实验方法确 定。 * 航空发动机原理 44 2.2 涡喷发动机推力的计算 2.2.4 有效推力fef n 外表摩擦阻力 计算假设3：气体流经发动机外表面时，没有摩擦阻力。 实际情况： 发动机短舱外表面存在摩擦阻力 ； 大小与发动机短舱的外形及飞行马赫数和雷诺数有关，需要用实 验方法确定。 * 航空发动机原理 45 2.2 涡喷发动机推力的计算 2.2.4 有效推力fef 发动机外部阻力与发动机短舱的形状、发动 机在飞机的安装位置以及飞行条件密切相关，在 不涉及某一架具体飞机而单独讨论发动机的推力 时，不考虑这些阻力！ * 航空发动机原理 46 2.3 航空燃气轮机的性能指标及效率 2.3.1 基本单位参数 * 航空发动机原理 47 2.3 航空燃气轮机的性能指标及效率 2.3.1 基本单位参数 * 航空发动机原理 48 2.3 航空燃气轮机的性能指标及效率 2.3.1 基本单位参数 * 航空发动机原理 49 2.3 航空燃气轮机的性能指标及效率 2.3.2 发动机的总效率和耗油率的关系 * 航空发动机原理 50 2.3 航空燃气轮机的性能指标及效率 2.3.2 发动机的总效率和耗油率的关系 * 航空发动机原理 51 2.3 航空燃气轮机的性能指标及效率 2.3.2 发动机的总效率和耗油率的关系 * 航空发动机原理 52 2.3 航空燃气轮机的性能指标及效率 2.3.2 发动机的总效率和耗油率的关系 * 航空发动机原理 53 2.3 航空燃气轮机的性能指标及效率 2