第十三章 進(jìn)氣道控制

第十三章進(jìn)氣道控制進(jìn)氣道是航空發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力裝置中一個(gè)十分重要的部件?，F(xiàn)代飛機(jī)動(dòng)力裝置進(jìn)氣道的主要功能是：供給發(fā)動(dòng)機(jī)需要的空氣流量；保證發(fā)動(dòng)機(jī)在各種狀態(tài)下都能穩(wěn)定工作；對(duì)進(jìn)入進(jìn)氣道的空氣進(jìn)行壓縮，使氣流的部分動(dòng)能變?yōu)閴毫δ?。氣流流過進(jìn)氣道，總要產(chǎn)生壓力損失。這種損失是磨擦、形成渦流（當(dāng)速度場(chǎng)不均勻，氣流分離時(shí)）和熱交換引起的，而當(dāng)超聲速氣流受到滯止時(shí)，還有因產(chǎn)生激波而引起的壓力損失。因?yàn)橛袚p失，所在進(jìn)氣道中實(shí)際能達(dá)到的增壓比值小于理論上可能達(dá)到的值。為了有效而充分的發(fā)揮進(jìn)氣效果，現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道應(yīng)該保證：有盡可能高的總壓恢復(fù)系數(shù)：壓氣機(jī)進(jìn)口處的流場(chǎng)要足夠地均勻；在各種使用工作狀態(tài)下都能穩(wěn)定地工作（沒有嚴(yán)重的氣流分離和壓力脈動(dòng)）；外部阻力盡可能小。2

進(jìn)氣道

2

概述

亞音速進(jìn)氣道

超音速進(jìn)氣道

2024/3/13航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理32024/3/133概述44

概述1.進(jìn)氣道的必要性發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的進(jìn)氣軸向速度都是亞音速，例如在設(shè)計(jì)條件下，進(jìn)口軸向M數(shù)不超過0.7，而目前的飛機(jī)卻經(jīng)常在超音速下飛行。離開設(shè)計(jì)條件時(shí)，壓氣機(jī)進(jìn)口M數(shù)和飛行M數(shù)的變化也是不一致的。這就需要有一段管道，通過它氣流減速擴(kuò)壓，然后進(jìn)入壓氣機(jī)。是推進(jìn)系統(tǒng)的一個(gè)組成部分。雖然有時(shí)候它還是飛機(jī)結(jié)構(gòu)的一部分，但那只是結(jié)構(gòu)上的需要而已。55進(jìn)氣道前方氣流的速度是由飛機(jī)的飛行速度決定，進(jìn)氣道出口氣流速度是由發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)確定，兩者一般不等，進(jìn)氣道要在任何情況下滿足氣流速度的轉(zhuǎn)變。

進(jìn)氣道基本功能引導(dǎo)外界空氣進(jìn)入壓氣機(jī)，輸送和調(diào)整氣流；調(diào)整氣流流場(chǎng)，使其出口均勻；飛機(jī)超聲速飛行時(shí)，減小進(jìn)氣道出口馬赫數(shù)，擴(kuò)壓。

概述1.進(jìn)氣道的必要性航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理662.進(jìn)氣道的基本參數(shù)1）總壓恢復(fù)系數(shù)——進(jìn)氣道出口截面的總壓——進(jìn)氣道前方未擾動(dòng)氣流的總壓壓氣機(jī)進(jìn)口截面的流量為：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況不變，

不變時(shí)，表征氣體流動(dòng)的流動(dòng)損失，亞音速進(jìn)氣道一般為0.94~0.98。概述航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理772.進(jìn)氣道的基本參數(shù)2）流量系數(shù)

概述航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理88

概述2.進(jìn)氣道的基本參數(shù)3）阻力系數(shù)Cxi航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理99概述2.進(jìn)氣道的基本參數(shù)3）阻力系數(shù)Cxi1010概述2.進(jìn)氣道的基本參數(shù)以下兩種情況分別地都會(huì)使得外阻明顯增加。超音速飛行時(shí)，如果激波不貼口，會(huì)有附加阻力。進(jìn)氣道唇口的存在使外流急劇加速，有可能引起氣流分離或形成超音速區(qū)。3）阻力系數(shù)Cxi1111概述2.進(jìn)氣道的基本參數(shù)4）穩(wěn)定裕度1212概述3.進(jìn)氣道的主要類型

1313概述3.進(jìn)氣道的主要類型

航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理14

概述3.進(jìn)氣道的主要類型航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理15概述3.進(jìn)氣道的主要類型航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理16概述3.進(jìn)氣道的主要類型2024/3/13航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理173.進(jìn)氣道的主要類型2024/3/13航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理183.進(jìn)氣道的主要類型2024/3/13航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理193.進(jìn)氣道的主要類型航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理203.進(jìn)氣道的主要類型2024/3/13航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理3.進(jìn)氣道的主要類型航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理22

亞音速進(jìn)氣道23亞音速進(jìn)氣道1.進(jìn)氣道的流動(dòng)模型一定的進(jìn)氣道，它的進(jìn)口流動(dòng)模型取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)和飛行的M數(shù)。

在設(shè)計(jì)條件下的流動(dòng)模型和參數(shù)沿流程的變化。M1為壓氣機(jī)進(jìn)口的M數(shù)，它決定于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和進(jìn)口的總溫T1*；Mi為進(jìn)氣道的進(jìn)口M數(shù)，決定于M1，與飛行的M數(shù)M0沒有直接的關(guān)系。亞音速進(jìn)氣道1.進(jìn)氣道的流動(dòng)模型M1MiM0根據(jù)流量連續(xù)有等熵條件（總參數(shù)不變）得亞音速進(jìn)氣道2.進(jìn)氣道的流量系數(shù)變化而q(li)或(Mi)主要是決定于發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，M0與Mi無直接關(guān)系。所以，隨著飛行M數(shù)的變化(或q(l0)的變化)，f是變化的。亞音速進(jìn)氣道2.進(jìn)氣道的流量系數(shù)變化(1)當(dāng)M0下降時(shí)，f增加，可大于1，出現(xiàn)如圖(b)所示的流動(dòng)模型。若M0=0，則F

→∞，流動(dòng)模型如圖(a)所示，氣流從前面各方進(jìn)入進(jìn)氣道。亞音速進(jìn)氣道2.進(jìn)氣道的流量系數(shù)變化(2)當(dāng)M0增加時(shí)，F(xiàn)下降，圖(c)表示F

<1。(3)當(dāng)M0>1時(shí)，在進(jìn)氣道前出現(xiàn)脫體激波，如圖(d)所示。氣流經(jīng)過正激波，總壓有損失，靜壓上升，激波后氣流繼續(xù)滯止，直到進(jìn)氣道進(jìn)口Ai截面，M數(shù)達(dá)到Mi，相應(yīng)地恰好是發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)進(jìn)氣道所要求的q(li)。如果飛行M數(shù)有變化，則自動(dòng)調(diào)整激波強(qiáng)度和相對(duì)位置。亞音速進(jìn)氣道2.進(jìn)氣道的流量系數(shù)變化29亞音速進(jìn)氣道3.亞音速進(jìn)氣道在亞音速條件下工作30亞音速進(jìn)氣道3.亞音速進(jìn)氣道在亞音速條件下工作31亞音速進(jìn)氣道3.亞音速進(jìn)氣道在亞音速條件下工作32亞音速進(jìn)氣道4.亞音速進(jìn)氣道在超音速條件下工作亞音速進(jìn)氣道3.亞音速進(jìn)氣道在亞音速條件下工作2024/3/13航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理3434超音速進(jìn)氣道1.超音速進(jìn)氣道基本工作原理航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理3535超音速進(jìn)氣道1.超音速進(jìn)氣道基本工作原理航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理3636超音速進(jìn)氣道1.超音速進(jìn)氣道基本工作原理航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理3737超音速進(jìn)氣道1.超音速進(jìn)氣道基本工作原理航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理38超音速進(jìn)氣道2.超音速進(jìn)氣道的類型（a）混合式進(jìn)氣道入口氣流為超聲速；內(nèi)部氣流通道為收斂-擴(kuò)張型；（b）外壓式進(jìn)氣道入口氣流為超聲速；內(nèi)部氣流通道為擴(kuò)張型；（c）內(nèi)壓式進(jìn)氣道入口氣流為飛機(jī)速度；內(nèi)部氣流通道為收斂-擴(kuò)張型；超音速轉(zhuǎn)變?yōu)閬喴羲偃跉饬魍ǖ览锩嫱瓿?。航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理超音速進(jìn)氣道（1）外壓式進(jìn)氣道航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理超音速進(jìn)氣道（1）外壓式進(jìn)氣道航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理超音速進(jìn)氣道（1）外壓式進(jìn)氣道航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理42超音速進(jìn)氣道（1）外壓式進(jìn)氣道航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理43超音速進(jìn)氣道（2）內(nèi)壓式進(jìn)氣道航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理超音速進(jìn)氣道（2）內(nèi)壓式進(jìn)氣道4545超音速進(jìn)氣道（2）內(nèi)壓式進(jìn)氣道航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理超音速進(jìn)氣道（2）內(nèi)壓式進(jìn)氣道航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理超音速進(jìn)氣道（2）內(nèi)壓式進(jìn)氣道2024/3/13航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理482024/3/13超音速進(jìn)氣道（2）內(nèi)壓式進(jìn)氣道航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理49超音速進(jìn)氣道（3）混合式進(jìn)氣道超音速進(jìn)氣道3.超音速進(jìn)氣道特性

超音速進(jìn)氣道的工作特性比較敏感，它取決于飛行M數(shù)和發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)。當(dāng)偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)后，對(duì)于不可調(diào)節(jié)的超音速進(jìn)氣道，飛行M數(shù)變化不僅會(huì)影響波系角度，而且與發(fā)動(dòng)機(jī)工況變化類似，會(huì)使進(jìn)氣道出口換算流量q(l1)變化，從而引起進(jìn)氣道工況變化，從臨界轉(zhuǎn)為亞臨界或超臨界。（1）波系角度變化，交點(diǎn)不再落在唇口上

當(dāng)飛行M數(shù)下降時(shí)，如圖(a)所示，激波交點(diǎn)前移，通常叫做亞臨界工作狀態(tài)，

f<1，要產(chǎn)生較大的附加阻力。

當(dāng)飛行M數(shù)增加時(shí)，如圖(b)所示，通常叫超臨界工作狀態(tài)，這時(shí)候si要下降，激波交點(diǎn)進(jìn)入進(jìn)氣道，有可能影響進(jìn)氣道的穩(wěn)定工作。

超音速進(jìn)氣道3.超音速進(jìn)氣道特性(a)(b)

（1）波系角度變化，交點(diǎn)不再落在唇口上此外，例如軸對(duì)稱進(jìn)氣道受到氣流迎角或側(cè)滑角的影響時(shí)，破壞了波系的對(duì)稱性，在對(duì)稱的部位上有可能同時(shí)出現(xiàn)上述兩種不同的情況。超音速進(jìn)氣道3.超音速進(jìn)氣道特性（2）擴(kuò)壓段的正激波被推出口外出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是發(fā)動(dòng)機(jī)所需要的流量小于進(jìn)氣道所提供的流量，在壓氣機(jī)前反壓增加，正激波前移，直至被推出口外。

這種現(xiàn)象出現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降或進(jìn)口總溫T1*增加的時(shí)候。出現(xiàn)這一現(xiàn)象，破壞了波系的組織，會(huì)使si下降，

f<1，外阻增加，并可能導(dǎo)致喘振。

超音速進(jìn)氣道3.超音速進(jìn)氣道特性（3）喘振正激波被推出口外之后，由于正激波比較強(qiáng)，與錐面附面層干擾的結(jié)果很容易出現(xiàn)分離，在分離之后，損失增加，使喉道的有效流通面積減小，流量受堵，迫使激波更加前移，強(qiáng)度更加加強(qiáng)，激波直往前推，直到錐面的頂部附近，附面層比較薄，波后不再分離了，損失突然減少，喉道通暢了，激波又后移。由此交替進(jìn)行，產(chǎn)生流量和壓力的低頻大振幅脈動(dòng)，這就是進(jìn)氣道喘振。

它的危害甚大，不僅使發(fā)動(dòng)機(jī)性能下降，面且有可能造成發(fā)動(dòng)機(jī)熄火或損壞機(jī)件。超音速進(jìn)氣道3.超音速進(jìn)氣道特性（4）嗡鳴

當(dāng)進(jìn)氣道處于超臨界工況時(shí)，擴(kuò)壓段中正激波后移，波的強(qiáng)度加強(qiáng)，當(dāng)其達(dá)到一定強(qiáng)度后，會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)分離造成的高頻振動(dòng)，叫做嗡鳴。

造成嗡鳴的原因與上面(3)相反，是轉(zhuǎn)速上升或進(jìn)氣的總溫T1*下降，發(fā)動(dòng)機(jī)需要更多的流量，而流量受到進(jìn)氣道喉道的限制，所以，會(huì)使正激波自動(dòng)地后移，增加激波強(qiáng)度，使p1*下降，則使壓氣機(jī)進(jìn)口的q(l1)上升。當(dāng)正激波加強(qiáng)到一定的程度時(shí)，在擴(kuò)壓段反壓的作用下有可能在激波后出現(xiàn)分離，在分離后，總壓p1*下降，激波前移，分離消失，這時(shí)總壓p1*又不適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)需要的密流函數(shù)，激波又后移，由此交替進(jìn)行，造成壓力脈動(dòng)，出現(xiàn)嗡鳴。超音速進(jìn)氣道3.超音速進(jìn)氣道特性（4）嗡鳴

嗡鳴的特點(diǎn)是頻率高，振幅小，嗡鳴本身會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的推力略有下降，一般來說，危害不大。但超臨界工況本身引起的壓力恢復(fù)下降，帶來推力下降的影響是不能忽視的。超音速進(jìn)氣道3.超音速進(jìn)氣道特性喘振與嗡鳴激波位置頻率振幅危害喘振前移低大大嗡鳴后推高小小超音速進(jìn)氣道3.超音速進(jìn)氣道特性（5）共同工作的特性圖進(jìn)氣道的工作情況，取決于發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)和飛行的M數(shù)?？倝夯謴?fù)系數(shù)。

式中，A1——壓氣機(jī)進(jìn)口截面積，與Ai一樣，對(duì)于一定的發(fā)動(dòng)機(jī)，都是定值。超音速進(jìn)氣道3.超音速進(jìn)氣道特性

因?yàn)閟是q(l1)和M0的函數(shù)，所以，總壓恢復(fù)系數(shù)si可表示為超音速進(jìn)氣道3.超音速進(jìn)氣道特性（5）共同工作的特性圖超音速進(jìn)氣道與發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作的特性圖超音速進(jìn)氣道3.超音速進(jìn)氣道特性（5）共同工作的特性圖當(dāng)飛行M數(shù)一定時(shí)，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速偏離設(shè)計(jì)值而使q(l1)下降，si有所增加，當(dāng)正激波被推出后，會(huì)使f下降，外阻增加，并有可能出現(xiàn)喘振；當(dāng)轉(zhuǎn)速上升時(shí)，f

=1，外阻也不會(huì)變化，而si下降，有可能出現(xiàn)嗡鳴。超音速進(jìn)氣道3.超音速進(jìn)氣道特性（5）共同工作的特性圖當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，隨著飛行M數(shù)偏離設(shè)計(jì)值而下降，在進(jìn)氣道的前部，斜激波的交點(diǎn)前移，使f下降，外阻增加，在進(jìn)氣道的后部，總溫T1*下降，q(l1)上升，則發(fā)動(dòng)機(jī)需要的流量大于進(jìn)氣道供給的流 量，自動(dòng)地調(diào)整正激波 后移，并加強(qiáng)。另一方 面由于飛行M數(shù)的下降，

si仍然還是有所上升。超音速進(jìn)氣道3.超音速進(jìn)氣道特性（5）共同工作的特性圖當(dāng)飛行M數(shù)上升時(shí)，在進(jìn)氣道的前部，斜激波的交點(diǎn)要落到進(jìn)氣道內(nèi)，有可能造成不穩(wěn)定工作，在進(jìn)氣道的后部，總溫T1*上升，q(l1)下降，則發(fā)動(dòng)機(jī)需要的流量小于進(jìn)氣道供給的流量，自動(dòng)地謂整正激波前移并減弱，這時(shí)候有可能把正激波

推出口外，甚至出現(xiàn)喘振。另一方面，由于飛行M數(shù)

的增加，si是下降的。超音速進(jìn)氣道3.超音速進(jìn)氣道特性（5）共同工作的特性圖如何得到共同工作的特性圖計(jì)算試驗(yàn)超音速進(jìn)氣道3.超音速進(jìn)氣道特性（5）共同工作的特性圖（6）調(diào)節(jié)

從前面的介紹中，可