第三章 渦噴發(fā)動機第1節(jié)shangzai

第三章

渦輪噴氣發(fā)動機第三章

渦輪噴氣發(fā)動機第一節(jié)各部件的共同工作第二節(jié)

發(fā)動機特性第三節(jié)

雙軸渦輪噴氣發(fā)動機2023年2月1日2內(nèi)容回顧2023年2月1日3不穩(wěn)定區(qū)域喘振線設計點工作線等相似轉(zhuǎn)速線等效率線相似流量內(nèi)容回顧2023年2月1日4前喘后堵前重后輕前輕后重前堵后喘壓比增加效率下降壓比下降效率下降內(nèi)容回顧練習題：在標準大氣條件下(P0=101325Pa,T0=288.15K)，某壓氣機試驗臺測得的壓氣機增壓比為2.8，效率為0.84，物理轉(zhuǎn)速為5000rpm，空氣流量為280kg/s。如果將該壓氣機放在5km高空臺上試驗（P0=54020Pa,T0=255.65K）,并保持壓氣機工作狀態(tài)與地面試驗相似，那么，該壓氣機增壓比、效率、物理轉(zhuǎn)速、空氣流量分別為多少？2023年2月1日5內(nèi)容回顧2023年2月1日6P0T0P1T1T1*P1*MaaT1和T1*之間的關系？T1<T1*T0和T1*之間的關系？T0=T1*T0和T1之間的關系？T0>T1內(nèi)容回顧練習題：在標準大氣條件下(p0=101325Pa,T0=288.15K)，某壓氣機試驗臺測得的壓氣機增壓比為2.8，效率為0.84，物理轉(zhuǎn)速為5000rpm，空氣流量為280kg/s。如果將該壓氣機放在5km高空臺上試驗（p’0=54020Pa,T’0=255.65K）,并保持壓氣機工作狀態(tài)與地面試驗相似，那么，該壓氣機增壓比、效率、物理轉(zhuǎn)速、空氣流量分別為多少？2023年2月1日7第一節(jié)各部件的共同工作2023年2月1日8第一節(jié)各部件的共同工作設計點性能選擇發(fā)動機的設計參數(shù)（高度、Ma數(shù)、循環(huán)參數(shù)、部件設計參數(shù)）確定滿足發(fā)動機設計參數(shù)要求的幾何尺寸和性能（推力、單位推力、耗油率等）非設計性能一臺已完成設計的發(fā)動機，當它的使用條件偏離設計狀態(tài)時的性能，即推力、耗油率、燃油流量隨使用條件的變化稱作為非設計性能包括：穩(wěn)態(tài)特性、過渡態(tài)特性2023年2月1日9第一節(jié)各部件的共同工作“牽一發(fā)，動全身”仿真：在發(fā)動機供油量不變的情況下，縮小尾噴口面積2023年2月1日10第一節(jié)各部件的共同工作“牽一發(fā)，動全身”2023年2月1日11第一節(jié)各部件的共同工作2023年2月1日12進氣道壓氣機燃燒室渦輪尾噴口進口流動亞音或超音亞音亞音亞音亞音出口流動亞音亞音亞音亞音亞音、臨界、超音流道形式亞音:擴張型超音:縮擴型動葉:擴張靜葉:擴張進口擴壓靜葉:收縮動葉:收縮收縮收縮-擴張臨界截面部分有一般沒有沒有有有一、共同工作及共同工作線1、共同工作定義及條件定義：各部件組合成整臺發(fā)動機，部件間的相互作用和影響稱為“共同工作”。2023年2月1日13一、共同工作及共同工作線1、共同工作定義及條件條件：流量連續(xù)壓氣機與渦輪功率平衡：Wk＝Wt壓氣機與渦輪轉(zhuǎn)速相等：nc＝nt壓力平衡：2023年2月1日14壓氣機渦輪燃燒室尾噴口功平衡轉(zhuǎn)速相等流量連續(xù)流量連續(xù)一、共同工作及共同工作線2、所需基本知識及基本假設基本知識2023年2月1日15流量公式壓縮功：膨脹功：壓氣機功與進口總溫和增壓比有關渦輪功與進口總溫與膨脹比有關一、共同工作及共同工作線2、所需基本知識及基本假設基本假設發(fā)動機進氣道、燃燒室、渦輪導向器、尾噴管總壓恢復系數(shù)近似不變；發(fā)動機渦輪效率近似不變；2023年2月1日16一、共同工作及共同工作線3、壓氣機進口與渦輪導向器流量連續(xù)2023年2月1日17壓氣機渦輪燃燒室尾噴口流量連續(xù)一、共同工作及共同工作線3、壓氣機進口與渦輪導向器流量連續(xù)進入壓氣機的流量：燃燒室加入的燃油流量:（f表示油氣比）飛機引氣：（表示引氣比）流經(jīng)渦輪的流量：2023年2月1日1812348壓氣機燃燒室渦導尾噴口進氣道渦轉(zhuǎn)飛機引氣燃油流量一、共同工作及共同工作線3、壓氣機進口與渦輪導向器流量連續(xù)2023年2月1日19燃燒室、渦輪導向器總壓恢復系數(shù)渦輪導向器喉道面積壓氣機進口面積一、共同工作及共同工作線3、壓氣機進口與渦輪導向器流量連續(xù)2023年2月1日20一、共同工作及共同工作線3、壓氣機進口與渦輪導向器流量連續(xù)2023年2月1日21一、共同工作及共同工作線3、壓氣機進口與渦輪導向器流量連續(xù)2023年2月1日22溫度比越高，等值線越陡；當進氣溫度一定時，提高渦輪前溫度將導致壓氣機工作點移向喘振邊界。一、共同工作及共同工作線4、壓氣機與渦輪的功平衡2023年2月1日23壓氣機渦輪燃燒室尾噴口功平衡機械效率

當飛行條件變化引起壓氣機功變化時，為維持功平衡，必須改變渦輪前溫度或渦輪膨脹比，否則將導致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化。4、壓氣機與渦輪的功平衡一、共同工作及共同工作線一、共同工作及共同工作線4、壓氣機與渦輪的功平衡2023年2月1日25機械效率？機械效率？一、共同工作及共同工作線一、共同工作及共同工作線5、渦輪導向器和尾噴管的流量連續(xù)2023年2月1日27壓氣機渦輪燃燒室尾噴口流量連續(xù)一、共同工作及共同工作線5、渦輪導向器和尾噴管的流量連續(xù)2023年2月1日28一、共同工作及共同工作線5、渦輪導向器和尾噴管的流量連續(xù)2023年2月1日29當渦輪導向器和尾噴管為臨界狀態(tài)時，渦輪膨脹比近似為常數(shù)。一、共同工作及共同工作線6、單軸渦輪噴氣發(fā)動機共同工作方程30一、共同工作及共同工作線6、單軸渦輪噴氣發(fā)動機共同工作方程2023年2月1日31

上述方程在壓氣機通用特性圖上確定了唯一的曲線，該曲線叫做發(fā)動機共同工作線。一、共同工作及共同工作線7、結(jié)論2023年2月1日32一臺幾何不變的發(fā)動機，當渦輪導向器和尾噴管處于臨界工作狀態(tài)時，無論飛行條件或發(fā)動機工作轉(zhuǎn)速如何變化發(fā)動機的共同工作點總在同一條工作線上移動共同工作線與每一條等相似轉(zhuǎn)速線有唯一交點一、共同工作及共同工作線7、結(jié)論2023年2月1日33當飛行條件一定時：轉(zhuǎn)速增加，工作點沿工作線右上移轉(zhuǎn)速降低，工作點沿工作線左下移當轉(zhuǎn)速一定時：飛行Ma增加，工作點沿工作線左下移飛行高度增加（低于11公里），工作點沿工作線右上移飛行條件、轉(zhuǎn)速變化歸結(jié)為一、共同工作及共同工作線7、結(jié)論尾噴口面積的影響：當A8變化時，引起渦輪膨脹比變化，共同工作線移動，A8越小，越靠近喘振邊界。2023年2月1日34一、共同工作及共同工作線7、結(jié)論引氣量的影響：當飛機引氣量增加時，引起渦輪前溫度增加和渦輪及噴管的流量下降，共同工作線移動，飛機引氣量越大，越遠離喘振邊界。2023年2月1日35一、共同工作及共同工作線7、結(jié)論發(fā)動機各部件共同工作的結(jié)果共同工作線。無論飛行條件或發(fā)動機工作轉(zhuǎn)速如何變化，發(fā)動機的工作點總在共同工作線上移動。當A8變化時，引起渦輪膨脹比變化，共同工作線移動，A8越小，越靠近喘振邊界。當飛機引氣量增加時，引起渦輪前溫度增加和渦輪及噴管的流量下降，共同工作線移動，飛機引氣量越大，越遠離喘振邊界。2023年2月1日36練習題對于單軸渦噴發(fā)動機，除噴管外，幾何均不可調(diào)，渦輪導向器和尾噴口處于臨界狀態(tài)，試分析：（1）在保持飛行狀態(tài)、物理轉(zhuǎn)速不變的情況下減小A8，發(fā)動機渦輪前溫度和空氣流量如何變化？（2）若保持飛行狀態(tài)、A8和物理轉(zhuǎn)速不變，增加飛行高度（<11km），發(fā)動機壓氣機的增壓比如何變化？（3）保持A8、飛行狀態(tài)、壓氣機增壓比不變的情況下，增加飛機引氣量，渦輪前溫度和物理轉(zhuǎn)速如何變化？（4）在保持飛行狀態(tài)、物理轉(zhuǎn)速不變的情況下開通加力，發(fā)動機渦輪前溫度和空氣流量如何變化？2023年2月1日37練習題對于單軸渦噴發(fā)動機，除噴管外，幾何均不可調(diào)，渦輪導向器和尾噴口處于臨界狀態(tài)，試分析：（1）在保持飛行狀態(tài)、物理轉(zhuǎn)速不變的情況下減小A8，發(fā)動機渦輪前溫度和空氣流量如何變化？2023年2月1日38練習題對于單軸渦噴發(fā)動機，除噴管外，幾何均不可調(diào)，渦輪導向器和尾噴口處于臨界狀態(tài)，試分析：（2）若保持飛行狀態(tài)、A8和物理轉(zhuǎn)速不變，增加飛行高度（<11km），發(fā)動機壓氣機的增壓比如何變化？2023年2月1日39練習題對于單軸渦噴發(fā)動機，除噴管外，幾何均不可調(diào)，渦輪導向器和尾噴口處于臨界狀態(tài)，試分析：（3）保持A8、飛行狀態(tài)、壓氣機增壓比不變的情況下，增加飛機引氣量，渦輪前溫度和物理轉(zhuǎn)速如何變化？2023年2月1日40練習題對于單軸渦噴發(fā)動機，除噴管外，幾何均不可調(diào)，渦輪導向器和尾噴口處于臨界狀態(tài)，試分析：（4）在保持飛行狀態(tài)、物理轉(zhuǎn)速不變的情況下開通加力，發(fā)動機渦輪前溫度和空氣流量如何變化？2023年2月1日41渦輪后總壓渦輪后總溫噴管總壓恢復系數(shù)渦輪前總壓作業(yè)1、試推導出單軸渦噴發(fā)動機渦輪與壓氣機的流量平衡方程。把該方程的圖形表示在壓氣機的特性曲線上，并說明其物理意義。2、渦噴發(fā)動機在渦輪導向器和尾噴管處在臨界或超臨界狀態(tài)時，為什么可以認為渦輪的膨脹比不變？調(diào)節(jié)尾噴管或渦輪導向器的臨界截面面積對渦輪的膨脹比有何影響？如果尾噴管處于亞臨界狀態(tài)時情況又是如何？2023年2月1日42作業(yè)3、試推導出單軸渦噴發(fā)動機在渦輪導向器和尾噴管處在臨界或超臨界狀態(tài)時的渦輪與壓氣機的共同工作方程，并說明如何利用該方程求作共同工作線。2023年2月1日43二、調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)動機的調(diào)節(jié)由各部件共同工作關系分析，發(fā)動機實際工作點構(gòu)成共同工作線，但即使已知飛行條件，仍不能確定發(fā)動機在工作線的哪一點工作。為控制工作點在工作線上的落點，必須對發(fā)動機進行自動調(diào)節(jié)。2023年2月1日44二、調(diào)節(jié)規(guī)律自動調(diào)節(jié)裝置的目的：最大限度發(fā)揮性能潛力和最有利使用發(fā)動機滿足飛機在不同飛行條件下的要求；確保發(fā)動機工作安全；便于駕駛員操作。2023年2月1日45二、調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)動機調(diào)節(jié)的4個要素：被調(diào)參數(shù)：可以主導發(fā)動機工作狀態(tài)的參數(shù)；調(diào)節(jié)中介：能改變被調(diào)參數(shù)的作用量；調(diào)節(jié)規(guī)律：被調(diào)參數(shù)的變化規(guī)律；調(diào)節(jié)器：為實現(xiàn)調(diào)節(jié)規(guī)律所必需的控制設備。2023年2月1日46二、調(diào)節(jié)規(guī)律最大狀態(tài)調(diào)節(jié)規(guī)律目的：在任何飛行條件下，發(fā)動機盡可能發(fā)出最大推力。三種可能的調(diào)節(jié)規(guī)律n=nd，A8=CT3*=T3*d，A8=Cn=nd，T3*=T3*d2023年2月1日47二、調(diào)節(jié)規(guī)律1、n=const調(diào)節(jié)規(guī)律：在飛行條件變化時，保持轉(zhuǎn)速不變：被調(diào)參數(shù)：物理轉(zhuǎn)速n調(diào)節(jié)中介：供油量調(diào)節(jié)規(guī)律：n的變化規(guī)律(n=const)調(diào)節(jié)機構(gòu)：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器2023年2月1日48

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器發(fā)動機nndqmfn二、調(diào)節(jié)規(guī)律2、T3*=const調(diào)節(jié)規(guī)律：在飛行條件變化時，保持渦輪前總溫不變:被調(diào)參數(shù)：渦輪前總溫T3*調(diào)節(jié)中介：供油量調(diào)節(jié)規(guī)律：T3*的變化規(guī)律(T3*=const)調(diào)節(jié)機構(gòu)：T3*調(diào)節(jié)器2023年2月1日49

T3*調(diào)節(jié)器發(fā)動機T3*T3*dqmfT3*二、調(diào)節(jié)規(guī)律3、n=const，T3*=const調(diào)節(jié)規(guī)律：在飛行條件變化時，保持轉(zhuǎn)速和渦輪前總溫不變:被調(diào)參數(shù)：物理轉(zhuǎn)速、渦輪前總溫調(diào)節(jié)中介：供油量、尾噴口面積調(diào)節(jié)規(guī)律：n