发动机原理第二章4节(续)

1、第二章第二章发动机部件工作原理发动机部件工作原理第二章第二章发动机部件工作原理发动机部件工作原理 第一节第一节 气动热力基础气动热力基础 第二节第二节 进气道进气道 第三节第三节 尾喷管尾喷管 第四节第四节 压气机压气机 第五节第五节 涡轮涡轮 第六节第六节 燃烧室燃烧室2021年10月16日2内容回顾内容回顾叶型损失叶型损失(类比机翼类比机翼)2021年10月16日3内容回顾内容回顾压气机的设计状态与非设计状态压气机的设计状态与非设计状态 正攻角工况（叶背出现分离）正攻角工况（叶背出现分离） 设计点工况（设计点工况（设计状态设计状态） 负攻角工况（叶盆出现分离）负攻角工况（叶盆出现分离）20

2、21年10月16日4内容回顾内容回顾2021年10月16日5前面级攻角大于0后面级攻角小于0转速下降设计增压比增压比下降内容回顾内容回顾 压气机特性参数压气机特性参数 流量流量 增压比增压比 效率效率 一定进气条件的特性一定进气条件的特性 等转速线等转速线 等效率线等效率线 喘振边界线喘振边界线2021年10月16日6内容回顾内容回顾 试验试验1：保持转速不变、减小流量：保持转速不变、减小流量 工作点沿等转速线向左上移动；工作点沿等转速线向左上移动； 增加比不断增大，直至喘振；增加比不断增大，直至喘振；2021年10月16日7压气机转速不变，流量越小，增压比越高内容回顾内容回顾 试验试验2：保

3、持几何不变、减小转速：保持几何不变、减小转速 工作点向左下移动；工作点向左下移动； 增压比下降增压比下降 流量减小流量减小2021年10月16日8压气机出口面积不变，转速越低，增压比越小，流量越小七、压气机的相似准则和通用特性七、压气机的相似准则和通用特性1、相似理论、相似理论2021年10月16日9飞机缩尺寸模型的风洞试验飞机缩尺寸模型的风洞试验七、压气机的相似准则和通用特性七、压气机的相似准则和通用特性1、相似理论、相似理论2021年10月16日10Po=1barMa=1=1V=310.4m/sPo=0.5barMa=1=1V=365.6m/sP*=2barT*=288.15KMa=301

4、9=0.3278V=101.78m/sP*=1barT*=400KMa=3019=0.3278V=119.92m/s七、压气机的相似准则和通用特性七、压气机的相似准则和通用特性1、相似理论、相似理论内涵：内涵： 生活中的相似概念：生活中的相似概念： 如相似三角形的概念等。如相似三角形的概念等。 物理现象的相似物理现象的相似 两个物理现象相似是指在对应点上对应瞬时所两个物理现象相似是指在对应点上对应瞬时所有表征现象的有表征现象的相应物理量相应物理量都保持各自固定的比都保持各自固定的比例关系（如果是向量还包括方向相同）。例关系（如果是向量还包括方向相同）。2021年10月16日11七、压气机的相似

5、准则和通用特性七、压气机的相似准则和通用特性1、相似理论、相似理论内涵：内涵： 相似需满足的条件相似需满足的条件 （1）几何相似；）几何相似； （2）运动相似；）运动相似； （3）动力相似；）动力相似；2021年10月16日12七、压气机的相似准则和通用特性七、压气机的相似准则和通用特性1、相似理论、相似理论(1)几何相似几何相似 各几何尺寸等比例缩放；各几何尺寸等比例缩放；2021年10月16日13lhhttKccttbbhhDDDDmaxmax式中 叶型最大厚度； 尺寸放大系数maxclK七、压气机的相似准则和通用特性七、压气机的相似准则和通用特性1、相似理论、相似理论(2)运动相似运动相

6、似 对应点的速度大小、方向相同；对应点的速度大小、方向相同；2021年10月16日14aabwbWWWKWWW1122wK式中 速度比例系数 七、压气机的相似准则和通用特性七、压气机的相似准则和通用特性1、相似理论、相似理论(3)动力相似动力相似 各种力的关系成一定比例；如惯性力、粘性力、各种力的关系成一定比例；如惯性力、粘性力、重力等；重力等；2021年10月16日15xyzdxdydzdmg-dmaxyzdxdydzFGGPPVVIIKFFFFFFFF式中 受力大小比例系数 FKVIVIFFFFPIPIFFFFGIGIFFFF七、压气机的相似准则和通用特性七、压气机的相似准则和通用特性1、

7、相似理论、相似理论(3)动力相似动力相似 压气机无量纲相似参数如下：压气机无量纲相似参数如下：2021年10月16日16 雷诺数（雷诺数（RenoldRenold） 5IVFRe2 10FMaFFEIFrFFGI 马赫数（马赫数（MachMach）弗劳特数（弗劳特数（FroudeFroude）七、压气机的相似准则和通用特性七、压气机的相似准则和通用特性2、相似准则、相似准则要保证压气机内流动相似，需要满足：要保证压气机内流动相似，需要满足： 几何相似：几何相似： 对于工作在不同环境条件下的同一台压气机，对于工作在不同环境条件下的同一台压气机，自然满足几何相似条件自然满足几何相似条件 运动相似：

8、运动相似： 即速度三角形相似；即速度三角形相似； 动力相似：动力相似： 即马赫数相等（忽略雷诺数影响）。即马赫数相等（忽略雷诺数影响）。2021年10月16日17七、压气机的相似准则和通用特性七、压气机的相似准则和通用特性2、相似准则、相似准则 考虑到压气机动叶是旋转的，我们将几何考虑到压气机动叶是旋转的，我们将几何相似的压气机的相似准则，简化为相似的压气机的相似准则，简化为MaMaa a和和MaMau u相等。相等。2021年10月16日18七、压气机的相似准则和通用特性七、压气机的相似准则和通用特性 思考思考假设压气机的进气条件不变（总温假设压气机的进气条件不变（总温=400K、总压、总压

9、=1bar），压气机转速由），压气机转速由10000rpm降低到降低到6400rpm，进气速度由进气速度由150m/s降低到降低到96m/s，压气机是否还保持，压气机是否还保持相似工作状态？相似工作状态？2021年10月16日19Maa1Maa2, Mau1Mau2几何相似：几何相似：运动相似：运动相似：动力相似：动力相似： (进口) X 七、压气机的相似准则和通用特性七、压气机的相似准则和通用特性2、相似准则、相似准则 几何相似的压气机，工作状态相似的充要几何相似的压气机，工作状态相似的充要条件是条件是Maa和和Mau相等，相等， 即：即：2021年10月16日20),(),(2*1*uak

10、uakMaMafMaMaf七、压气机的相似准则和通用特性七、压气机的相似准则和通用特性2、相似准则、相似准则2021年10月16日21*m11m1*11*m11a*1*m11a*1qTp A q()qKKAq( )pTqTq( )MapqTf (Ma )paaaa由流量公式由于与有单值对应关系，因此可以表示成：七、压气机的相似准则和通用特性七、压气机的相似准则和通用特性2、相似准则、相似准则2021年10月16日22uu111*22111aau2ua2aDnMaunDn60MaC,C,c60CkRTTTnnn1k 1Tk 1TT (1Ma )(1Ma )22Ma1f (Ma ,Ma )Ck 1

11、(1Ma )2其中七、压气机的相似准则和通用特性七、压气机的相似准则和通用特性 2、相似准则、相似准则2021年10月16日23*1u*11MaMamaqTnpT所以，只要和不变，和就保持不变；*11*11*12*11(,)(,)mkmkqTnfpTqTnfpT),(),(*12*11*TnqfTnqfkk),(),(2*1*uakuakMaMafMaMaf*1*1mqTp和 分别称为相似流量和相似转速*1Tn七、压气机的相似准则和通用特性七、压气机的相似准则和通用特性3、通用特性、通用特性 相似流量为横坐标相似流量为横坐标 增压比为纵坐标增压比为纵坐标 相似转速为参变量相似转速为参变量 三种

12、线三种线 等相似转速线等相似转速线 等效率线等效率线 不稳定边界线不稳定边界线 稳定工作范围稳定工作范围 高效率区高效率区2021年10月16日24七、压气机的相似准则和通用特性七、压气机的相似准则和通用特性3、通用特性、通用特性2021年10月16日25不稳定区域喘振线设计点工作线等相似转速线等效率线相似流量七、压气机的相似准则和通用特性七、压气机的相似准则和通用特性思考思考1：在保证单轴发动机压气机增压比、效：在保证单轴发动机压气机增压比、效率不变的情况下，增加飞行率不变的情况下，增加飞行Ma，则：，则： 压气机进口总温如何变化？压气机进口总温如何变化？ 压气机进口总压如何变化压气机进口总

13、压如何变化? 压气机转速如何变化？压气机转速如何变化？ 压气机进口流量如何变化？压气机进口流量如何变化？2021年10月16日26增加增加增加增加增加增加增加增加七、压气机的相似准则和通用特性七、压气机的相似准则和通用特性思考思考2：在保证压气机进口总温、总压和物理：在保证压气机进口总温、总压和物理转速不变的情况下，降低压气机空气流量，转速不变的情况下，降低压气机空气流量，则：则： 压气机工作点由压气机工作点由P向向A移动；移动； 压气机工作点由压气机工作点由P向向B移动；移动； 压气机工作点由压气机工作点由P向向C移动；移动； 压气机工作点由压气机工作点由P向向D移动；移动；2021年10月

14、16日27七、压气机的相似准则和通用特性七、压气机的相似准则和通用特性思考思考3：在保证压气机物理转速、进口总温不：在保证压气机物理转速、进口总温不变的条件下，降低压气机增压比，则：变的条件下，降低压气机增压比，则： 压气机工作点由压气机工作点由P向向A移动；移动； 压气机工作点由压气机工作点由P向向B移动；移动； 压气机工作点由压气机工作点由P向向C移动；移动； 压气机工作点由压气机工作点由P向向D移动；移动；2021年10月16日28七、压气机的相似准则和通用特性七、压气机的相似准则和通用特性思考思考4：在保证单轴发动机压气机物理转速不：在保证单轴发动机压气机物理转速不变的情况下，增加飞行

15、变的情况下，增加飞行Ma，则：，则： 压气机工作点由压气机工作点由P向向A移动；移动； 压气机工作点由压气机工作点由P向向B移动；移动； 压气机工作点由压气机工作点由P向向C移动；移动； 压气机工作点由压气机工作点由P向向D移动；移动；2021年10月16日29七、压气机的相似准则和通用特性七、压气机的相似准则和通用特性思考思考5：在保证单轴发动机压气机物理转速不：在保证单轴发动机压气机物理转速不变的情况下，增加飞行高度，则：变的情况下，增加飞行高度，则： 压气机工作点由压气机工作点由P向向A移动；移动； 压气机工作点由压气机工作点由P向向B移动；移动； 压气机工作点由压气机工作点由P向向C移

16、动；移动； 压气机工作点由压气机工作点由P向向D移动；移动；2021年10月16日30七、压气机的相似准则和通用特性七、压气机的相似准则和通用特性思考思考6：P点是多级轴流压气机设计点，试分点是多级轴流压气机设计点，试分析，当压气机工作点向析，当压气机工作点向A、B、C、D四个方四个方向移动时，压气机的工作状态将发生什么变向移动时，压气机的工作状态将发生什么变化？化？2021年10月16日31七、压气机的相似准则和通用特性七、压气机的相似准则和通用特性当相似转速不变、减少相似当相似转速不变、减少相似流量，流量，P A 切向速度不变切向速度不变 轴向绝对速度下降轴向绝对速度下降 正攻角、叶背分离

17、正攻角、叶背分离 严重时，发生失速和喘振严重时，发生失速和喘振2021年10月16日32七、压气机的相似准则和通用特性七、压气机的相似准则和通用特性当相似转速不变、增加相似当相似转速不变、增加相似流量，流量，P B 切向速度不变切向速度不变 轴向速度增加轴向速度增加 负攻角、叶盆分离负攻角、叶盆分离 增压比下降增压比下降 效率下降效率下降 通道严重时堵塞通道严重时堵塞2021年10月16日33七、压气机的相似准则和通用特性七、压气机的相似准则和通用特性当相似转速下降当相似转速下降P C 增压比下降增压比下降通道收缩速度相对过快，通道收缩速度相对过快，后面级成为后面级成为“瓶颈瓶颈” 压气机前面级正攻角压气机前面级正攻角 叶背分离叶背分离 压气机后面级负攻角压气机后面级负攻角 叶盆分离叶盆分离2021年10月16日34七、压气机的相似准则和通用特性七、压气机的相似准则和通用特性P D 相似转速上升相似转