第二部分-航空燃气轮机的工作原理PPT课件

航空发动机原理,课时安排：56学时民用航空系刘磊办公室：A1S-311,2020/5/20,.,2,绪论航空发动机发动机发展回顾与展望第11章第一部分热力学和气体动力学基础第1章第二部分航空燃气轮机的工作原理第2章第三部分发动机部件工作特性第3,4章第四部分典型发动机工作特性第5,6,7,8,9章第五部分其他发动机机简介第10章,课程结构,2020/5/20,2,2020/5/20,.,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,2020/5/20,3,2020/5/20,.,4,发动机组成,2.1航空燃气轮机工作原理,2020/5/20,4,2.1.1发动机组成及简图,2020/5/20,.,5,2.1.1发动机组成及简图,2020/5/20,.,6,2.1.1发动机组成及简图,2020/5/20,.,7,2.1.1发动机组成及简图,2020/5/20,.,8,2.1.1发动机组成及简图,2020/5/20,.,9,2.1.1发动机组成及简图,2020/5/20,.,10,2.1.1发动机组成及简图,2020/5/20,.,11,2.1.1发动机组成及简图,2020/5/20,.,12,2.1.1发动机组成及简图,2020/5/20,.,13,2.1.1发动机组成及简图,2020/5/20,.,14,2.1.1发动机组成及简图,2020/5/20,.,15,2.1.1发动机组成及简图,2020/5/20,.,16,2.1.1发动机组成及简图,2020/5/20,.,17,2.1.2燃气发生器的理想循环和实际循环,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。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。理想循环工质为空气，为理想气体，其比热为常数，不随气体温度和压力而变化。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,2020/5/20,.,18,2.1.2燃气发生器的理想循环和实际循环,1.理想循环,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,2020/5/20,.,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,2020/5/20,.,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,整个过程吸热为0；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。总机械功：,2020/5/20,.,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,在燃烧室内完成；工质所做的机械功为0：工质吸热量：,为循环的加热比,2020/5/20,.,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,整个过程吸热为0；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。总机械功：,2020/5/20,.,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,整个过程是向大气放热；机械功为0：总放热量为：,2020/5/20,.,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,比功,热效率,或,吸热量,放热量,2020/5/20,.,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。,2020/5/20,.,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nk2-3等压加热3-4多变膨胀nk2-3等压加热3-4多变膨胀nk2-3等压加热3-4多变膨胀nk2-3等压加热3-4多变膨胀nk2-3等压加热3-4多变膨胀n涡扇涡喷推力：螺旋桨涡扇涡喷,推力,2020/5/20,.,34,2.1.3推进器部分,2.发动机的推进效率,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,推进效率,2020/5/20,.,35,2.2涡喷发动机推力的计算,2.2.1概述,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%,2020/5/20,.,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！,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气体压力和粘力！,2020/5/20,.,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：流量系数；发动机表面均匀受压，且等于外界大气压力；气体流经发动机外表面时，没有摩擦阻力。,2020/5/20,.,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,计算Fin,根据动量定理：,，,计算Fout,2020/5/20,.,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,2020/5/20,.,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，,2020/5/20,.,41,2.2涡喷发动机推力的计算,2.2.4有效推力Fef,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,2020/5/20,.,42,时，应按照截面1来计算。,2.2涡喷发动机推力的计算,2.2.4有效推力Fef,附加阻力,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。,2020/5/20,.,43,2.2涡喷发动机推力的计算,2.2.4有效推力Fef,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。,2020/5/20,.,44,2.2涡喷发动机推力的计算,2.2.4有效推力Fef,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。,2020/5/20,.,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！,2020/5/20,.,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,2020/5/20,.,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,2020/5/20,.,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,2020/5/20,.,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,2020/5/20,.,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,2020/5/20,.,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,2020/5/20,.,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,2020/5/20,.,53,2.3航空燃气轮机的性能指标及效率,2.3.3发动机的内效率和推进效率,