發(fā)動機(jī)原理課件完整版：第一章2、3、4、5節(jié)VIP

第一章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)工作原理 第一章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)工作原理 第一節(jié)渦輪噴氣發(fā)動機(jī)熱力循環(huán)第二節(jié)推力公式第三節(jié)性能指標(biāo)和基本要求第四節(jié)能量轉(zhuǎn)換與效率第五節(jié)發(fā)展方向 2020年4月19日 2 第二節(jié)推力公式 一 有效推力及推力分布發(fā)動機(jī)提供的推進(jìn)飛機(jī)向前運(yùn)動的力 其大小等于流經(jīng)發(fā)動機(jī)內(nèi) 外的氣流對發(fā)動機(jī)各部件表面反作用力的軸向合力 用 Feff 表示 提供推動力的作用 1 克服飛行阻力 2 飛機(jī)達(dá)到一定速度機(jī)翼產(chǎn)生升力 3 矢量推力 俯仰 偏航 力矩推力分布 2020年4月19日 3 二 推力公式推導(dǎo) 取發(fā)動機(jī)單獨(dú)安裝于短艙的安裝形式遠(yuǎn)前方為 0 截面短艙進(jìn)口為 01 截面尾噴管出口為 9 截面 2020年4月19日 4 二 推力公式推導(dǎo) 氣流流經(jīng)發(fā)動機(jī)內(nèi) 外所產(chǎn)生的反作用力 Fout 氣流作用于短艙外表面的軸向合力Fin 發(fā)動機(jī)內(nèi)各部件所受氣流反作用力的軸向合力 2020年4月19日 5 二 推力公式推導(dǎo) FoutdA 短艙外表面微元面積在垂直于軸向方向上的投影 Xf 摩擦阻力因與飛行方向相反 故均為負(fù) 2020年4月19日 6 二 推力公式推導(dǎo) Fin動量定理 控制體進(jìn) 出口氣流動量變化 全部軸向力的合力控制體包括 短艙包含的氣流和進(jìn)氣道前方一段擴(kuò)張管流 2020年4月19日 7 二 推力公式推導(dǎo) Feff 2020年4月19日 8 二 推力公式推導(dǎo) Feff 2020年4月19日 9 推力 阻力 附加阻力 壓差阻力 摩擦阻力 二 推力公式推導(dǎo) 推力附加阻力壓差阻力摩擦阻力 2020年4月19日 10 二 推力公式推導(dǎo) Feff與F對于亞音速飛機(jī) 由于發(fā)動機(jī)對氣流擾動較小 可以近似認(rèn)為 Feff F對于超音速飛機(jī)在超音速飛行時激波的出現(xiàn) Feff F三項損失不容忽視 2020年4月19日 11 二 推力公式推導(dǎo) Feff與F安裝位置飛機(jī)機(jī)體設(shè)計必須與發(fā)動機(jī)工作相匹配 以減小安裝損失 2020年4月19日 12 安裝推力 非安裝推力 安裝損失 二 推力公式推導(dǎo) 推力 2020年4月19日 13 發(fā)動機(jī)推力 空氣流量 進(jìn)排氣速度差 第一章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)工作原理 第一節(jié)渦輪噴氣發(fā)動機(jī)熱力循環(huán)第二節(jié)推力公式第三節(jié)性能指標(biāo)和基本要求第四節(jié)能量轉(zhuǎn)換與效率第五節(jié)發(fā)展方向 2020年4月19日 14 第三節(jié)性能指標(biāo)和基本要求 一 性能指標(biāo)1 推力單位 N daN kgf 2020年4月19日 15 一 性能指標(biāo) 1 推力 動量變化 空氣 燃油 大涵道比 民用 渦扇燃油 空氣幾 小涵道比 軍用 渦扇燃油 空氣幾 2020年4月19日 16 排出燃?xì)饬髁?排出進(jìn)口空氣流量 一 性能指標(biāo) 1 推力 壓力變化 2020年4月19日 17 一 性能指標(biāo) 1 推力推力 尾噴管完全膨脹 p9 p0忽略進(jìn)出口流量差異qmg qma 2020年4月19日 18 一 性能指標(biāo) 1 推力如果v0 0 則為地面臺架試驗F119qma 125kg sv9 1200m sF 150000N 2020年4月19日 19 一 性能指標(biāo) 示例 進(jìn)行發(fā)動機(jī)地面臺架試車 其中發(fā)動機(jī)進(jìn)口流量100kg s 進(jìn)口速度120m s 排氣速度800m s 尾噴管完全膨脹 則發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的推力是多少 A68000NB80000N 2020年4月19日 20 一 性能指標(biāo) 1 推力發(fā)動機(jī)推力大小僅僅反映飛機(jī)的推力需求 不能反映不同推力級發(fā)動機(jī)之間的性能優(yōu)劣例如 GE90 BY777 F 392000N qma 1420kg sD 3 524mwp 11 無人機(jī) F 8500N qma 13kg sD 0 3m 2020年4月19日 21 一 性能指標(biāo) 2 單位推力單位 N s kg每秒鐘流過發(fā)動機(jī)的每公斤空氣產(chǎn)生的推力 忽略進(jìn)出口流量變化 完全膨脹 又進(jìn)行地面臺架試驗 2020年4月19日 22 一 性能指標(biāo) 2 單位推力大涵道比民用渦扇 300高性能小涵道比軍用渦扇 700 1200單位推力越大 迎頭面積越小 2020年4月19日 23 一 性能指標(biāo) 3 推重比FW F W無量綱量綜合性指標(biāo) 反映氣動熱力循環(huán)的設(shè)計水平 如高單位推力 反映結(jié)構(gòu)設(shè)計水平 統(tǒng)計 W增加1kg導(dǎo)致飛機(jī)重量增加2 5kg 2020年4月19日 24 一 性能指標(biāo) 3 推重比J473F1008F11910飛機(jī)推重比將直接影響飛機(jī)性能 最大平飛速度 升限 有效載荷和機(jī)動性 作戰(zhàn)半徑等 先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)推重比 1 1 1 15 2020年4月19日 25 一 性能指標(biāo) 4 單位迎面推力FA F A單位 N m2發(fā)動機(jī)短艙安裝 其迎面面積的大小 決定了發(fā)動機(jī)外部阻力大小 渦噴發(fā)動機(jī)FA約為80 100kN m2 2020年4月19日 26 一 性能指標(biāo) 5 耗油率單位 kg h N或kg h daN產(chǎn)生1牛頓推力每1小時消耗的燃油量經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) 2020年4月19日 27 油氣比 一 性能指標(biāo) 示例 F119發(fā)動機(jī)qmf 7 2kg s 每小時耗油25920kg 推力 150000N耗油率 0 173kg h N 2020年4月19日 28 一 性能指標(biāo) 小結(jié)1 推力F2 單位推力Fs3 推重比Fw4 單位迎面推力FA5 耗油率sfc 2020年4月19日 29 二 使用性能要求 1 起動迅速可靠 地面 空中 t 30 60s 2 加 減速性能好指發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速迅速增加或減小 使發(fā)動機(jī)推力迅速加大或減小的能力 t 5 15s 2020年4月19日 30 二 使用性能要求 3 工作穩(wěn)定 可靠性好使用中避免發(fā)生 熄火 超溫 超轉(zhuǎn) 喘振等結(jié)構(gòu)完整性安全可靠事故率 發(fā)動機(jī)故障引起飛行事故次數(shù) 10萬小時空中停車率 空中停車次數(shù) 工作千小時 IFSD 返修率 ShopVisitRatio 1000hr 平均無故障時間 MeaningTimeBetweenFaults 2020年4月19日 31 二 使用性能要求 4 壽命長兩次返修之間發(fā)動機(jī)工作小時數(shù)軍用 100 400小時民用 上千 上萬小時5 其他可維修性 低成本 低排放污染 低噪音等 2020年4月19日 32 三 基本要求 高推重比 高單位推力 低耗油率高穩(wěn)定可靠性低成本低污染 2020年4月19日 33 第一章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)工作原理 第一節(jié)渦輪噴氣發(fā)動機(jī)熱力循環(huán)第二節(jié)推力公式第三節(jié)性能指標(biāo)和基本要求第四節(jié)能量轉(zhuǎn)換與效率第五節(jié)發(fā)展方向 2020年4月19日 34 第四節(jié)能量轉(zhuǎn)換與效率 一 能量轉(zhuǎn)換航空發(fā)動機(jī)是 熱機(jī) 推進(jìn)器 的組合體熱機(jī)熱能 機(jī)械能熱效率推進(jìn)器機(jī)械能 推進(jìn)功推進(jìn)效率組合體熱能 機(jī)械能 推進(jìn)功總效率 2020年4月19日 35 二 熱效率 2020年4月19日 36 三 推進(jìn)效率 單位時間發(fā)動機(jī)對飛機(jī)所做推進(jìn)功發(fā)動機(jī)每公斤工質(zhì)單位時間對飛機(jī)所作推進(jìn)功推進(jìn)效率定義 2020年4月19日 37 三 推進(jìn)效率 兩種極端情況當(dāng)V0 0時 p 0當(dāng)V9 V0時 p 1 但Fs V9 V0 0 V9 V00 p 1 0 5 0 75 有效功 推進(jìn)功的轉(zhuǎn)換必有 損失 2020年4月19日 38 三 推進(jìn)效率 損失 有效功 推進(jìn)功 絕對坐標(biāo)系中氣流以絕對速度 V9 V0 排出發(fā)動機(jī)所帶走的能量 稱為 余速損失 若V0 0 則全部可用能以動能的形式損失在空間 不產(chǎn)生推進(jìn)功 2020年4月19日 39 三 推進(jìn)效率 思考題發(fā)動機(jī)做地面臺架試驗 F 10000N V9 500m s 推進(jìn)功和效率分別是多少 V0 0 推進(jìn)功 0 推進(jìn)效率 0 2020年4月19日 40 四 總效率 發(fā)動機(jī)作為 熱機(jī) 推進(jìn)器 的效率 經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) 0 2 0 3提高總效率途徑1 提高熱效率 改善循環(huán)參數(shù) 提高 高效率部件 2 提高推進(jìn)效率 減少V9 V0 2020年4月19日 41 四 總效率 總效率與耗油率的關(guān)系飛行速度一定時 總效率與耗油率成反比飛行速度變化時 只能用總效率表示經(jīng)濟(jì)性飛行速度為零時 只能用耗油率表示經(jīng)濟(jì)性 2020年4月19日 42 四 總效率 2020年4月19日 43 對于渦噴發(fā)動機(jī)存在矛盾渦噴發(fā)動機(jī)將熱力循環(huán)獲得的機(jī)械能全部轉(zhuǎn)換為氣體的動能增量 進(jìn) 排氣速度差大 可提高熱效率和增加推力但排氣速度差大 推進(jìn)效率低 總效率低經(jīng)濟(jì)性差 耗油率高能否在不降低發(fā)動機(jī)熱效率的條件下 提高推進(jìn)效率 改善低速飛行條件下的總效率降低耗油率 其他類型發(fā)動機(jī) 四 總效率 作業(yè) V0 300m s V9 600m s qma 100kg s qmf 1kg s Hu 42900kJ kg 求 th p 0 2020年4月19日 44 第一章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)工作原理 第一節(jié)渦輪噴氣發(fā)動機(jī)熱力循環(huán)第二節(jié)推力公式第三節(jié)性能指標(biāo)和基本要求第四節(jié)能量轉(zhuǎn)換與效率第五節(jié)發(fā)展方向 2020年4月19日 45 第五節(jié)發(fā)展方向 要求 高單位推力 低耗油率單位推力 耗油率與熱力循環(huán)關(guān)系 2020年4月19日 46 第五節(jié)發(fā)展方向 提高加熱比 即T3 可有效提高循環(huán)功 因此提高單位推力 但同時使耗油率增加 提高壓氣機(jī)增壓比 k 可提高熱效率 降低耗油率 但導(dǎo)致單位推力下降 為獲得高單位推力和低耗油率 隨T3 的提高 相應(yīng)提高壓氣機(jī)增壓比 2020年4月19日 47 第五節(jié)發(fā)展方向 2020年4月19日 48 典型亞音速飛機(jī)發(fā)動機(jī) 第五節(jié)發(fā)展方向 2020年4月19日 49 典型軍用發(fā)動機(jī) 第一章小結(jié) 推力的產(chǎn)生及推力公式性能指標(biāo)熱力循環(huán)及循環(huán)分析結(jié)果循環(huán)功 熱效率與循環(huán)增壓比 加熱比的關(guān)系三個效率 th p 0 的定義 能量轉(zhuǎn)換 損失發(fā)動機(jī)的發(fā)展方向為提高發(fā)動機(jī)推重比 單位推力 提高燃燒室出口溫度T3 為降低耗油率 提高壓氣機(jī)增壓比 k 作業(yè) 1 發(fā)動機(jī)推力與有效推力存在有什么區(qū)別 有效推力公式中的三項阻力與哪些因素有關(guān) 內(nèi)推力大小與哪些因素有關(guān) 2 對于