飞机发动机原理与结构-喷管

典型发动机喷管维护介绍一、典型发动机喷管的部件识别典型发动机的喷管组件排气尾锥排气管2.5.2典型发动机喷管维护介绍1.喷管的目视检查对喷管进行目视检查时，需要检查喷管有无裂纹、变形等损伤。喷管裂纹损伤，如右图。一、典型发动机喷管的部件识别喷管有裂纹2.5.2典型发动机喷管维护介绍最小慢车起飞功率175英尺2100英尺2.安全注意事项B787飞机GEnx发动机排气危险区地面维护人员需要遵守接近发动机安全通道，系上安全带、佩戴防护耳罩并与驾驶舱试车人员保持沟通；高于慢车功率时不能接近发动机。二、典型发动机喷管的维护及注意事项2.5.2典型发动机喷管维护介绍喷管（1）使从涡轮(或加力燃烧室)流出的燃气，在喷管中继续膨胀，燃气中的一部分热焓转变为动能，以很大的速度沿一定的方向喷出，增大出口动量，使发动机产生反作用推力；（2）其次是通过反推力装置改变喷气方向，将向后排出的喷气折转向斜前方排出，产生反推力，以迅速降低飞机落地后的滑跑速度，缩短飞机的滑跑距离；（3）是采用消音喷管降低发动机的排气噪声；（4）最后是通过调节喷管的临界面积来改变发动机的工作状态。一、喷管的作用和类型1.喷管的主要功用2.5.1喷管2.喷管的分类（1）亚音速喷管是收敛形的管道（2）超音速喷管是先收敛后扩张形的管道一、喷管的作用和类型2.5.1喷管涡轮风扇发动机的排气有两股气流：低温的外涵空气流和高温的内涵燃气流，其排气方式主要有分开排气和混合排气两种。低压压气机高压压气机外涵道气流混合排气低涵道比长外涵涡扇发动机高涵道比短外涵涡扇发动机风扇排气分开排气热气流一、喷管的作用和类型2.5.1喷管整流锥排气管壳体喷口涡轮支板1.组成排气管(中介管)壳体后整流锥支板喷口二、亚音速喷管典型的亚音速喷管2.5.1喷管（1）落压比实际落压比是喷管进口处的总压与喷管出口处静压之比；可用落压比是喷管进口处的总压与喷管出口外的反压之比；实际落压比可以等于或小于可用落压比,但实际落压比不能大于可用落压比。2.亚音速喷管的性能参数二、亚音速喷管2.5.1喷管（2）喷管的总压恢复系数喷管出口处的总压与喷管进口处的总压的比值。目前喷管的总压恢复系数约为0.96左右2.亚音速喷管的性能参数二、亚音速喷管2.5.1喷管（3）

喷气速度

根据绝能流动可推出：影响因素及分析：和流动损失

不变，越高，则喷气速度越高；不变，越高，则喷气速度越高；流动损失越小，则喷气速度越高。2.亚音速喷管的性能参数二、亚音速喷管2.5.1喷管（1）亚临界工作状态（2）临界工作状态（3）超临界工作状态3.收缩喷管的三种工作状态二、亚音速喷管2.5.1喷管实际落压比等于可用落压比,而且随着反压的降低,通过喷管的质量流量不断的增加；出口气流马赫数小于1，出口静压=反压，属于完全膨胀。（1）亚临界工作状态

3.收缩喷管的三种工作状态二、亚音速喷管2.5.1喷管概述2.5.1喷管二、亚音速喷管完全膨胀,实际落压比等于可用落压比,都等于临界压比，喷管出口气流马赫数=1；当来流总压和总温不变时,通过喷管的质量流量达到最大值。（2）临界工作状态3.收缩喷管的三种工作状态二、亚音速喷管2.5.1喷管不完全膨胀,实际落压比小于可用落压比；当来流总压和总温不变时,通过喷管的质量流量不随反压的变化而变化,达到最大值。3.收缩喷管的三种工作状态二、亚音速喷管2.5.1喷管（3）超临界工作状态结构：先收敛后扩张形的管道；工作原理：燃气进入收敛段，速度增加，静压降低；在可用落压比足够大的情况下，到达喉部时速度可增大至当地声速，燃气离开喉部进入扩散段，速度仍不断增加，加速达到音速。1、超音速喷管的结构和工作原理超音速喷管

三、超音速喷管2.5.1喷管2、收敛-扩张形喷管气流流动状态实现超音速流动的条件：喷管有一定的面积比；气流总压和出口的反压有一定的关系。面积比：指的是缩－扩形喷管中,任意一个截面的面积与临界截面的面积之比（正常情况下喉道为临界状态）超音速喷管进、出口气流

三、超音速喷管2.5.1喷管

，各截面上的压力均相等，喷管的气体没有流动；，在上下游压差的作用下，喷管内气体流动，但流速较低，质量流量较小；

继续下降，喷管喉部达到临界亚比，喉部达到音速，由于大于喉部压力，气流在扩散段重新回升，至出口处等于反压，扩张段为亚音速；继续下降，喉部以后气流达到超声速，在扩张段某个截面形成一道正激波；继续下降，扩张段内激波位置后移，正激波到喷管出口处，喷管扩张段全部为超音速；继续下降，激波移除喷口变成斜激波系，喷管内流动不再随反压变化；降低到某一数值，出口截面气流压力恰好等于反压，出口不再产生激波；再降低，出口截面处气流压力大于反压，喷管外产生膨胀波。亚音速产生激波产生斜激波产生膨胀波

超音速喷管气流流动

总压不变，反压变化对流动的影响产生激波产生激波2.5.1喷管收敛-扩张形喷管气流流动状态的类型：（1）亚音速流态（2）管内产生激波的流态；（3）管内产生斜激波的流态；（4）管外产生膨胀波的流态。2.5.1喷管2、收敛-扩张形喷管气流流动状态三、超音速喷管发动机噪声响度与排气速度的8次方成正比！四、排气消音2.5.1喷管1、噪声背景知识：夜间：30db工厂附近：90db白天车辆繁多时：80db

>70db：心烦意乱>90db：损害听觉

120db：听觉器官的极限喷气发动机噪声源：风扇、压气机、涡轮和排气流纯喷气发动机和低涵道比发动机主要噪声：尾喷气流；高涵道比发动机主要噪声：风扇和涡轮。喷管噪音来源示意图

噪声辐射噪声的传播进口噪声噪声的产生压气机噪声涡轮噪声排气噪声2.5.1喷管四、排气消音（1）降低喷气速度（2）利用吸音材料（3）改变振动的频率（4）改进发动机内部的设计2、降低发动机噪音的方法四、排气消音2.5.1喷管降低喷气速度

因为噪音的能级与喷气速度的八次方成正比,所以降低一点速度就可以大大地降低噪音；民用发动机喷口采用波纹形或瓣形的消声器以增大排气流与大气的接触面积来达到降低喷气速度，降低噪音的目的。利用吸音材料将声能转变成热，是一种非常有效的降低噪声技术。消音的部位：进气整流罩内壁面，风扇机匣内壁，尾喷管内壁面。2、降低发动机噪音的方法四、排气消音2.5.1喷管改变振动的频率因为噪音的传播与振动的频率有关，高频振动很容易被大气所吸收,所以高频振动传播距离不远，而低频振动不容易被大气所吸收,传动传播的距离较远。利用此原理,变低频振动为高频振动，缩小噪音的影响范围改进发动机的内部设计采用无进口导流叶片的单级风扇；加大风扇转子叶片与出口整流叶片之间的距离；合理选择转子叶片和静子叶片的