第三章 涡喷发动机第1节shangzai

1、第三章第三章涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机第三章涡轮喷气发动机 第一节第一节 各部件的共同工作各部件的共同工作 第二节第二节 发动机特性发动机特性 第三节第三节 双轴涡轮喷气发动机双轴涡轮喷气发动机2022年4月30日2内容回顾2022年4月30日3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),(),(*1*1*12*1*1*11*TnpTqfTnpTqfmakmak),(),(2*1*uakuakMaMafMaMaf内容回顾2022年4月30日4前喘后堵前重后轻前轻后重前堵后喘压比增加效率下降压比下降效率下降内容回顾练习题：在标准大气条件下(P0=101325Pa,T0=288.

2、15K)，某压气机试验台测得的压气机增压比为2.8，效率为0.84，物理转速为5000rpm，空气流量为280kg/s。如果将该压气机放在5km高空台上试验（P0=54020Pa, T0=255.65K）,并保持压气机工作状态与地面试验相似，那么，该压气机增压比、效率、物理转速、空气流量分别为多少？2022年4月30日5内容回顾2022年4月30日6P0T0P1T1T1*P1*MaaT1和T1*之间的关系？T1T1000*1*1*1pTqTnpTqTnmama内容回顾练习题：在标准大气条件下(p0=101325Pa,T0=288.15K)，某压气机试验台测得的压气机增压比为2.8，效率为0.8

3、4，物理转速为5000rpm，空气流量为280kg/s。如果将该压气机放在5km高空台上试验（p0=54020Pa, T0=255.65K）,并保持压气机工作状态与地面试验相似，那么，该压气机增压比、效率、物理转速、空气流量分别为多少？2022年4月30日70000000000002.8,0.84255.655000*4709.6()288.15288.15 54020280158.5(/ )255.65 101325ccmamamamaTnnnnrpmTTTqTqTTpqqkg sppTp 压气机状态相似第一节 各部件的共同工作2022年4月30日8第一节 各部件的共同工作 设计点性能 选择

4、发动机的设计参数（高度、Ma数、循环参数、部件设计参数） 确定满足发动机设计参数要求的几何尺寸和性能（推力、单位推力、耗油率等） 非设计性能 一台已完成设计的发动机，当它的使用条件偏离设计状态时的性能，即推力、耗油率、燃油流量随使用条件的变化称作为非设计性能 包括：稳态特性、过渡态特性2022年4月30日9第一节 各部件的共同工作 “牵一发，动全身” 仿真：在发动机供油量不变的情况下，缩小尾喷口面积2022年4月30日10第一节 各部件的共同工作 “牵一发，动全身”2022年4月30日11第一节 各部件的共同工作2022年4月30日12进气道压气机燃烧室涡轮尾喷口进口流动亚音或超音亚音亚音亚音

5、亚音出口流动亚音亚音亚音亚音亚音、临界、超音流道形式亚音:扩张型超音:缩扩型动叶:扩张静叶:扩张进口扩压静叶:收缩动叶:收缩收缩收缩-扩张临界截面部分有一般没有没有有有一、共同工作及共同工作线1、共同工作定义及条件 定义： 各部件组合成整台发动机，部件间的相互作用和影响称为“共同工作”。2022年4月30日13一、共同工作及共同工作线1、共同工作定义及条件 条件： 流量连续 压气机与涡轮功率平衡：WkWt 压气机与涡轮转速相等：ncnt 压力平衡：2022年4月30日14压气机涡轮燃烧室尾喷口功平衡转速相等流量连续流量连续一、共同工作及共同工作线2、所需基本知识及基本假设 基本知识2022年4

6、月30日15流量公式流量公式 AqTpKqm*constK其中，压缩功压缩功：膨胀功：膨胀功：压气机功与进口总温和增压比有关涡轮功与进口总温与膨胀比有关ckkcpcTcL/ 1)(1*1tkktptTcL)(11 1*3一、共同工作及共同工作线2、所需基本知识及基本假设 基本假设 发动机进气道、燃烧室、涡轮导向器、尾喷管总压恢复系数近似不变； 发动机涡轮效率近似不变；2022年4月30日16一、共同工作及共同工作线3、压气机进口与涡轮导向器流量连续2022年4月30日17压气机涡轮燃烧室尾喷口流量连续一、共同工作及共同工作线3、压气机进口与涡轮导向器流量连续 进入压气机的流量： 燃烧室加入的燃

7、油流量: （ f表示油气比） 飞机引气： （ 表示引气比） 流经涡轮的流量：2022年4月30日1812348压气机燃烧室涡导尾喷口进气道涡转飞机引气燃油流量maqmafqmaVq引气=1mgmamamamaqqfqVqqfV引气引气（）mafqmaVq引气maqV引气一、共同工作及共同工作线3、压气机进口与涡轮导向器流量连续2022年4月30日19*111*1*3*2*3*2*111*1)()(1323)()(2)(111TqAKpTqApKTqApKTqApKqTqAKpqfvqfvqqdxdxdxbdxdxdxbdxdxdxdxmgmamamamg）可得）代入（）（将（）（涡轮导向器流量

8、：）（压气机进口流量：其中，）（）（设）（关系为：导向器喉道质量流量的压气机进口流量与涡轮引气引气燃烧室、涡轮导向器总压恢复系数涡轮导向器喉道面积压气机进口面积一、共同工作及共同工作线3、压气机进口与涡轮导向器流量连续2022年4月30日20constD)(1)()()(11*1*3*1*2*111*1*3*2若导向器为临界状态：其中，变成：整理之后流量平衡方程dxbdxdxcdxdxdxbqAAKKDqTTDppTqAKpTqApK一、共同工作及共同工作线3、压气机进口与涡轮导向器流量连续2022年4月30日21一条直线在通用特性图上表示为那么：如果,)(,)(*1*31*1*31*1*3*

9、1*2CTTqconstCTTqTTDppcc一、共同工作及共同工作线3、压气机进口与涡轮导向器流量连续2022年4月30日22 温度比越高，等值线越陡；温度比越高，等值线越陡； 当进气温度一定时，提高涡当进气温度一定时，提高涡轮前温度将导致压气机工作轮前温度将导致压气机工作点移向喘振边界。点移向喘振边界。)(1*1*3qTTDc一、共同工作及共同工作线4、压气机与涡轮的功平衡2022年4月30日23压气机涡轮燃烧室尾喷口功平衡mTkkTpmackkcpmaTcqTcq)(11 /)1)(1*31*1衡：由压气机和涡轮的功平机械效率 当飞行条件变化引起压气机功变化时，当飞行条件变化引起压气机功

10、变化时，为维持功平衡，必须改变为维持功平衡，必须改变涡轮前温度涡轮前温度或或涡涡轮膨胀比轮膨胀比，否则将导致转子转速变化。，否则将导致转子转速变化。4、压气机与涡轮的功平衡一、共同工作及共同工作线一、共同工作及共同工作线4、压气机与涡轮的功平衡2022年4月30日251131111*mapkkmaptmtq c T () /q c T () 由压气机和涡轮的功平衡：机械效率*3*1111111(),()pkkptmtkkttcTeTceeeconst 整理后可得：其中，？consteeeeccTTTcqTcqkkTTkkccccmTTppmTkkTpmackkcpma11*1*31*31*1)

11、(,)(1111)(11 /)1)(其中，整理后可得：衡：由压气机和涡轮的功平机械效率？一、共同工作及共同工作线一、共同工作及共同工作线5、涡轮导向器和尾喷管的流量连续2022年4月30日27压气机涡轮燃烧室尾喷口流量连续一、共同工作及共同工作线5、涡轮导向器和尾喷管的流量连续2022年4月30日28TT*3.*3*888488.8*84*3884.8*43T1*38844*334()()()(),()()dxdxdxm dxcmcm dxmdxdxdxkkctdK pA qqTK p A qK pA qqTTpA qTqqpTA qkpA qTpTpp涡轮导向器喉道流量：尾喷管喉道流量：由流

12、量连续：整理后可得：假设涡轮膨胀过程多变指数为21()TTkkxdxdxA q一、共同工作及共同工作线5、涡轮导向器和尾喷管的流量连续2022年4月30日292138848811TTk*kct*dxdxdxdxdxtpA q()pA q()AA,const涡轮膨胀比：一般条件下，涡轮导向器喉道、尾喷管喉道都处于临界状态即：，假设导向器喉道面积，尾喷口喉道面积 都保持不变 可得当涡轮导向器和尾喷管为临界状态时，涡轮膨胀比近似为常数。一、共同工作及共同工作线6、单轴涡轮喷气发动机共同工作方程30ppTTdxbdxdxcccppTTccTccppTTccceqAAKKCeCqabconstccebe

13、TTconsteconstecceTTaqTTDdxm*11m*1*3T1, 1m*1*31*1*3111)(11)(111B1B323111112)(18其中），最后得到：）代入（将（其中，）（）可得：）（由（或：）涡导和喷管流量连续（平衡：）由压气机和涡轮的功（）（连续：）由压气机和涡导流量（一、共同工作及共同工作线6、单轴涡轮喷气发动机共同工作方程2022年4月30日31ckkccconstq1)(11 上述方程在压气机通用特性图上述方程在压气机通用特性图上确定了唯一的曲线，该曲线叫上确定了唯一的曲线，该曲线叫做发动机共同工作线。做发动机共同工作线。一、共同工作及共同工作线7、结论202

14、2年4月30日32 一台几何不变的发动机，当一台几何不变的发动机，当涡轮导向器和尾喷管处于临涡轮导向器和尾喷管处于临界工作状态时，无论飞行条界工作状态时，无论飞行条件或发动机工作转速如何变件或发动机工作转速如何变化发动机的共同工作点总在化发动机的共同工作点总在同一条工作线上移动同一条工作线上移动 共同工作线与每一条等相似共同工作线与每一条等相似转速线有唯一交点转速线有唯一交点一、共同工作及共同工作线7、结论2022年4月30日33 当飞行条件一定时：当飞行条件一定时： 转速增加，工作点沿工作线右上移转速增加，工作点沿工作线右上移 转速降低，工作点沿工作线左下移转速降低，工作点沿工作线左下移 当

15、转速一定时：当转速一定时： 飞行飞行Ma增加，工作点沿工作线左增加，工作点沿工作线左下移下移 飞行高度增加（低于飞行高度增加（低于11公里），工公里），工作点沿工作线右上移作点沿工作线右上移 飞行条件、转速变化归结为飞行条件、转速变化归结为*1Tn一、共同工作及共同工作线7、结论 尾喷口面积的影响： 当A8变化时，引起涡轮膨胀比变化，共同工作线移动， A8 越小，越靠近喘振边界。2022年4月30日342*1388*41*131*38*1*38*1()()1()1)/1()TTkkctdxdxdxpkkptmtttpA qpA qc Tc TTATTAT 功平衡功平衡涡轮膨胀比：功平衡关系：远

16、离喘振边界靠近喘振边界一、共同工作及共同工作线7、结论 引气量的影响： 当飞机引气量增加时，引起涡轮前温度增加和涡轮及喷管的流量下降，共同工作线移动，飞机引气量越大，越远离喘振边界。2022年4月30日35*31*1*3*1*31*1()1B11()kkkkTDqTTeTTDvfqT 引气压气机和涡导流量连续：压气机功平衡：，代入上式可得： 即：v 引气工作线下移一、共同工作及共同工作线7、结论 发动机各部件共同工作的结果共同工作线。 无论飞行条件或发动机工作转速如何变化，发动机的工作点总在共同工作线上移动。 当A8变化时，引起涡轮膨胀比变化，共同工作线移动， A8 越小，越靠近喘振边界。 当

17、飞机引气量增加时，引起涡轮前温度增加和涡轮及喷管的流量下降，共同工作线移动，飞机引气量越大，越远离喘振边界。2022年4月30日36练习题对于单轴涡喷发动机，除喷管外，几何均不可调，涡轮导向器和尾喷口处于临界状态，试分析：（1）在保持飞行状态、物理转速不变的情况下减小A8，发动机涡轮前温度和空气流量如何变化？（2）若保持飞行状态、A8和物理转速不变，增加飞行高度（11km），发动机压气机的增压比如何变化？（3）保持A8 、飞行状态、压气机增压比不变的情况下，增加飞机引气量，涡轮前温度和物理转速如何变化？（4）在保持飞行状态、物理转速不变的情况下开通加力，发动机涡轮前温度和空气流量如何变化？20

18、22年4月30日37练习题对于单轴涡喷发动机，除喷管外，几何均不可调，涡轮导向器和尾喷口处于临界状态，试分析：（1）在保持飞行状态、物理转速不变的情况下减小A8，发动机涡轮前温度和空气流量如何变化？2022年4月30日382*1388*4*1*83()()TTkkctdxdxdxtpA qpA qnconstTATPA 功平衡飞行状态，转速不变相当于练习题对于单轴涡喷发动机，除喷管外，几何均不可调，涡轮导向器和尾喷口处于临界状态，试分析：（2）若保持飞行状态、A8和物理转速不变，增加飞行高度（11km），发动机压气机的增压比如何变化？2022年4月30日392*1388*4*1*1()()TT

19、kkctdxdxdxpA qconstpA qManHTPDT 几何不变，共同工作线唯一飞行，转速不变相当于练习题对于单轴涡喷发动机，除喷管外，几何均不可调，涡轮导向器和尾喷口处于临界状态，试分析：（3）保持A8 、飞行状态、压气机增压比不变的情况下，增加飞机引气量，涡轮前温度和物理转速如何变化？2022年4月30日40工作点水平移动衡：由压气机和涡轮的功平引气引气constTTcfqTcqcconstconstmtkktpmakkkcpmatc*3,1*31*1*)(11 )1 (/)1)(练习题对于单轴涡喷发动机，除喷管外，几何均不可调，涡轮导向器和尾喷口处于临界状态，试分析：（4）在保持

20、飞行状态、物理转速不变的情况下开通加力，发动机涡轮前温度和空气流量如何变化？2022年4月30日41TT*38884884*8384*38844*438T1*388444*3348()()()()()()(dxdxdxccdxdxdxkkctdxdxK pA qK p A qK pA qTTTTTpA qTTpTA qTkpA qTpTTppTA q根据涡轮导向器喉道和尾喷管喉道流量连续：整理后可得：假设涡轮膨胀过程多变指数为821*1,14*8)TTdxkkdxTconstT ）相当于缩小喷口面积（功平衡APTTT *1*3t8涡轮后总压涡轮后总温喷管总压恢复系数涡轮前总压作业 1、试推导出

21、单轴涡喷发动机涡轮与压气机的流量平衡方程。把该方程的图形表示在压气机的特性曲线上，并说明其物理意义。 2、涡喷发动机在涡轮导向器和尾喷管处在临界或超临界状态时，为什么可以认为涡轮的膨胀比不变？调节尾喷管或涡轮导向器的临界截面面积对涡轮的膨胀比有何影响？如果尾喷管处于亚临界状态时情况又是如何？2022年4月30日42作业 3、试推导出单轴涡喷发动机在涡轮导向器和尾喷管处在临界或超临界状态时的涡轮与压气机的共同工作方程，并说明如何利用该方程求作共同工作线。2022年4月30日43二、调节规律 发动机的调节 由各部件共同工作关系分析，发动机实际工作点构成共同工作线，但即使已知飞行条件，仍不能确定发动机在工作线的哪一点工作。 为控制工作点在工作线上的落点，必须对发动机进行自动调节。2022年4月30日44二、调节规律 自动调节装置的目的： 最大限度发挥性能潜力和最有利使用发动机 满足飞机在不同飞行条件下的要求； 确保发动机工作安全； 便于驾驶员操作。2022年4月30日45二、调节规律 发动机调节的4个要素： 被调参数：可以主导发动机工作状态的参数； 调节中介：能改变被调参数的作用量； 调节规律：被调参数的变化规律； 调节器：为实现调节规律所必