发动机原理课件完整版：双轴回顾

1、1,考试,考试时间： 12月16日（15周周一） 下午4:00-6:00 考试地点： 主M202 答疑时间地点： 12月14日（14周周六）下午2:00-4:00 科研南一号楼301室,双轴燃气涡轮发动机部件的共同工作,共同工作方程组：,单、双轴涡轮喷气发动机对比,双轴涡喷发动机调节规律,?,?,双轴涡喷发动机调节规律分析,双轴涡轮喷气发动机几何不可调 （1） nL.cor=const，Ma （2） nL=const，Ma （3） nH=const，Ma （4） T3*=const，Ma 双轴涡轮喷气发动机几何可调 （1） nL=const， A8 （2） nH=const， A8 （3） T

2、3*=const， A8 ,双轴涡喷发动机调节规律,双轴涡轮喷气发动机几何不可调： （1）nL.cor=const，Ma,双轴涡喷发动机调节规律,双轴涡轮喷气发动机几何不可调： （2）nL=const，Ma,双轴涡喷发动机调节规律,双轴涡轮喷气发动机几何不可调： （3）nH=const，Ma,例题分析,双轴涡轮喷气发动机几何不可调： （4）T3*=const，Ma,双轴涡喷发动机调节规律分析,小结： 几何不可调双轴涡喷发动机，高、低压转子工作点有确定的对应关系，不是独立变化的； 几何不可调双轴涡喷发动机，最大状态调节规规律的选取多工作线没有影响。,双轴涡喷发动机调节规律分析,双轴涡轮喷气发动机

3、几何不可调 （1） nL.cor=const，Ma （2） nL=const，Ma （3） nH=const，Ma （4） T3*=const，Ma 双轴涡轮喷气发动机几何可调 （2） nL=const， A8 （3） nH=const， A8 （4） T3*=const， A8 ,双轴涡喷发动机调节规律,双轴涡轮喷气发动机几何可调 （1）nl=const，A8,依据功平衡,双轴涡喷发动机调节规律,双轴涡轮喷气发动机几何可调 （2）nh=const，A8,双轴涡喷发动机调节规律,双轴涡轮喷气发动机几何可调 （3）T3*=const，A8,双轴涡喷发动机调节规律分析,小结： 原工作线：几何不可调

4、的工作线 调节双轴涡喷发动机尾喷口面积，低压转子工作点将偏离原工作线，高压转子工作点仍沿原工作线移动；,双轴涡喷最大状态调节规律,某飞机装有几何不可调双轴涡轮喷气发动机，该发动机以标准的地面台架状态为设计点，其低压轴物理转速设计值nLd=10000r/min，最大允许值nLmax=10200r/min，其高压轴物理转速设计值nHd=13000r/min，最大允许值nHmax=13650r/min，涡轮前温度的设计值T3*=1300K，最大允许值T3*max= 1370K。该飞机由航空母舰甲板起飞，并在海面附近加速做超低空突防。若起飞阶段采用了nLcor=const调节规律，在不改变发动机调节规

5、律的情况下，飞机的最大允许飞行马赫数是多少？若要进一步提高飞行马赫数，应当如何调整发动机的调节规律？ （假设海平面附近的大气条件P=101325Pa，T=288.15K）,双轴涡喷最大状态调节规律,双轴涡喷最大状态调节规律,双轴涡喷最大状态调节规律,当nL达到限值时，调节规律变为,保持nL=const，高压转子转速nH、 涡轮前总温T3* 随飞行Ma的增加而增加，有超转和超温的危险,双轴涡喷最大状态调节规律,保持T3* =const，高压转子转速nH随飞行Ma的增加而增加，仍然有超转危险,当T3*达到限值时，调节规律变为,双轴涡喷最大状态调节规律,保持nH=const，T1*增加，不再会引起发

6、动机的超温、超转危险。,当nH达到限值时，调节规律变为,双轴涡喷最大状态调节规律,双轴涡喷发动机组合调节规律,例题分析,几何不可调双轴涡轮喷气发动机保持涡轮前总温T3*= T3max* ，那么以下哪个参数随飞行Ma数的增加而下降（ ） 低压压气机进口空气流量 低压压气机出口总温 高压压气机出口总温 高压压气机进口Ma数,第四章 涡扇发动机,航空发动机部件的共同工作和控制规律,第一节 分别排气涡扇发动机 第二节 混合排气涡扇发动机,几种主要发动机的区别,单轴涡轮喷气发动机,双轴涡轮喷气发动机,分别排气涡轮风扇发动机,混合排气涡轮风扇发动机,涡扇发动机,涡扇发动机的优点： 涡扇发动机将从热机中获取

7、的机械能分配给了更多的工作介质，降低了排气速度； 因此，在不降低发动机热效率的条件下，提高推进效率，改善低速飞行条件下的总效率，降低耗油率。 发动机由涡喷过渡到涡扇发动机，是否仅仅改善经济性？,涡扇发动机,由单轴涡喷双轴涡喷 高增压比压气机，非设计状态前后“不匹配” 双轴涡喷缓和了压气机前后“不匹配”的矛盾 随发动机循环参数提高， “不匹配”仍然严重 解决方案： 由双轴涡喷双轴涡扇 涡扇发动机的优点： 不仅改善了经济性，还进一步改善了非设计点匹配性,双轴涡喷发动机与分别排气涡扇发动机 的区别及截面定义,分别排气涡扇发动机,涵道比随飞行状态的变化：,涵道比随飞行状态的变化：,无论外涵道喷管处于何

8、种工作状态，分别排气涡扇发动机的涵道比B均随飞行Ma的增加而增加。 外涵道喷管临界：Ma增加，B增加 外函道喷管亚临界：Ma增加，B大幅度增加,假设调节规律为nH=const,当飞行Ma数的增加，导致高压压气机相对流通能力下降时，风扇出口的气流将更多的流向外涵道，这有利于进一步缓和低换算转速下“前重后轻”的矛盾。,涡扇发动机的防喘机理：,涵道比随飞行状态的变化：,分别排气涡扇发动机,与双涡涡喷发动机类似，如果高压涡轮导向器、低压涡轮导向器、尾喷口都处于临界状态，那么，高压涡轮、低压涡轮的膨胀比都为常数。,分别排气涡扇发动机,分析方法与双轴涡喷发动机类似： 把风扇出口视为进气道出口； 把低压涡轮

9、导向器视为尾喷管； 那么，高压转子完全等同于一个单轴燃气涡轮发动机,分别排气涡扇发动机,低压转子共同工作方程的推导（注意与双轴涡喷的区别）：,分别排气涡扇发动机,低压转子共同工作方程的推导：,分别排气涡扇发动机,低压转子共同工作方程的推导：,当B=0时，上述方程将变成双轴涡喷发动机低压转子共同工作方程,分别排气涡扇发动机高、低压转子的共同工作方程：,分别排气涡扇发动机,高、低压转子之间的流量约束条件,分别排气涡扇发动机,分别排气涡扇发动机的共同工作方程：,分别排气涡扇发动机,分别排气涡扇发动机,上式说明： 对于涡喷发动机，当B=0时，低压压气机出口换算流量与高压压气机进口换算流量成正比。 对于

10、涡扇发动机，飞行Ma数增加将引起涵道比增加，发动机风扇进口的换算流量下降得较慢。,补充新方程：,分别排气涡扇发动机的共同工作方程：,分别排气涡扇发动机部件的共同工作,高、低压转子各有一条共同工作线。 当飞行条件变化时，发动机的工作点在其共同工作线上移动。高、低压转子的工作点存在对应关系。 当发动机几何不可调时，与涡喷发动机一样，只有一个调节量，即主燃烧室的供油量。被调参数只能选取一个，无论选取哪个被调参数，共同工作线不变。 当Ma增加时使得换算转速下降时，涵道比B也增加，使得低压转子的共同工作线更加陡峭。,航空发动机部件的共同工作和控制规律,第一节 分别排气涡扇发动机 第二节 混合排气涡扇发动

11、机,混合排气涡扇发动机截面定义,混合排气涡扇发动机,涵道比随飞行状态的变化：,随飞行Ma增加，混合排气发动机的涵道比增加速度比分别排气发动机快。（若风扇、压气机等部件设计参数相同）,涵道比随飞行状态的变化：,混合排气涡扇发动机,如果高压涡轮导向器、低压涡轮导向器、尾喷口都处于临界状态，那么，高压涡轮膨胀比为常数，但是低压涡轮膨胀比不等于常数，这与双轴涡喷发动机不同。,由于涵道比是变量，膨胀比也是变量,分别排气与混合排气的区别,如果高压涡轮导向器、低压涡轮导向器、尾喷口都处于临界状态。,1.分别排气,高压涡轮膨胀比是常数 低压涡轮膨胀比是常数,2.混合排气,高压涡轮膨胀比是常数 低压涡轮膨胀比不是常数,混合排气与分别排气涡扇发动机共同工作方程的区别：,分别排气,混合排气,几何不可调混合排气涡扇发动机高、低压转子工作线仍然具有唯一性,不同双轴发动机之间的对比,共同点 几何不可调发动机，共同工作线都具有唯一性； 区别： 双轴涡喷发动机在低换算转速状态下，低压转子共同工作线较平缓，容易喘振； 涡扇发动机外涵道相当于对低压压气机后端放气，增大了q（）,使得工作线下移； 混合排气发动机共同工作线最陡峭，防喘效果最好。,