發(fā)動機原理第三章節(jié)

發(fā)動機原理第三章節(jié)2023/1/231第一頁，共五十六頁，2022年，8月28日第三章

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)動機第四節(jié)

加力渦輪噴氣發(fā)動機2023/1/232第二頁，共五十六頁，2022年，8月28日考試時間暫定12月16日（15周周一）下午4:00-6:002023/1/233第三頁，共五十六頁，2022年，8月28日內(nèi)容回顧油門特性一定飛行條件和調(diào)節(jié)規(guī)律下，發(fā)動機推力、耗油率隨發(fā)動機油門位置的變化關(guān)系。2023/1/234第四頁，共五十六頁，2022年，8月28日內(nèi)容回顧速度特性發(fā)動機調(diào)節(jié)規(guī)律一定，飛行高度一定，發(fā)動機推力、耗油率等隨飛行Ma的變化關(guān)系。2023/1/235第五頁，共五十六頁，2022年，8月28日內(nèi)容回顧高度特性發(fā)動機調(diào)節(jié)規(guī)律一定，飛行Ma一定，發(fā)動機推力、耗油率等隨飛行高度的變化關(guān)系。2023/1/236第六頁，共五十六頁，2022年，8月28日內(nèi)容回顧過渡狀態(tài)特性發(fā)動機性能及主要參數(shù)短時間內(nèi)發(fā)生顯著變化的過程為過渡過程（動態(tài)過程）2023/1/237第七頁，共五十六頁，2022年，8月28日內(nèi)容回顧過渡狀態(tài)特性

地面起動0轉(zhuǎn)速到慢車狀態(tài)最小平衡轉(zhuǎn)速n’必須靠外動力源分三個階段I起動機帶轉(zhuǎn)II起動機和渦輪共同帶轉(zhuǎn)III渦輪單獨帶轉(zhuǎn)n1–點火轉(zhuǎn)速n’–最小平衡轉(zhuǎn)速n2–起動機脫開轉(zhuǎn)速2023/1/238第八頁，共五十六頁，2022年，8月28日內(nèi)容回顧壓氣機渦輪燃燒室尾噴口功平衡流量連續(xù)1流量連續(xù)2前提：單軸渦輪噴氣發(fā)動機幾何不可調(diào)渦輪導(dǎo)向器和尾噴口臨界流量連續(xù)1：功平衡：流量連續(xù)2：2023/1/239第九頁，共五十六頁，2022年，8月28日第三節(jié)雙軸渦輪噴氣發(fā)動機一、單軸渦噴發(fā)動機的發(fā)展瓶頸二、雙軸渦輪發(fā)動機的特點三、各部件的共同工作四、尾噴管面積影響五、調(diào)節(jié)規(guī)律2023/1/2310第十頁，共五十六頁，2022年，8月28日一、單軸渦噴發(fā)動機的發(fā)展瓶頸為何現(xiàn)役高性能航空發(fā)動機都是雙轉(zhuǎn)子或多轉(zhuǎn)子的？提高性能提高渦輪前溫度提高增壓比增加壓氣機級數(shù)非設(shè)計狀態(tài)壓氣機前后不匹配的情況加劇2023/1/2311第十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日一、單軸渦噴發(fā)動機的發(fā)展瓶頸當(dāng)相似轉(zhuǎn)速下降，PC增壓比下降通道收縮速度相對過快，后面級成為“瓶頸”壓氣機前面級正攻角葉背分離壓氣機后面級負(fù)攻角葉盆分離2023/1/2312第十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日一、單軸渦噴發(fā)動機的發(fā)展瓶頸2023/1/2313第十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日一、單軸渦噴發(fā)動機的發(fā)展瓶頸2023/1/2314第十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日一、單軸渦噴發(fā)動機的發(fā)展瓶頸設(shè)計增壓比對單軸發(fā)動機工作線的影響在低相似工作轉(zhuǎn)速下：設(shè)計增壓比越高，喘振邊界越陡，工作線越平緩設(shè)計增壓比越低，喘振邊界越平緩，工作線越陡高設(shè)計增壓比低設(shè)計增壓比2023/1/2315第十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日二、雙軸渦輪發(fā)動機的特點在低ncor時：低壓壓氣機負(fù)荷相對變重，轉(zhuǎn)速相對下降；高壓壓氣機負(fù)荷相對變輕，轉(zhuǎn)速相對升高；高壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速差增加，緩和了前后不協(xié)調(diào)的矛盾。2023/1/2316第十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日二、雙軸渦輪發(fā)動機的特點2023/1/2317第十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日三、各部件的共同工作對于高壓轉(zhuǎn)子，如果：把低壓壓氣機出口視為進氣道出口；把低壓渦輪導(dǎo)向器視為尾噴管；那么，高壓轉(zhuǎn)子完全等同于一個單軸燃氣渦輪發(fā)動機2023/1/2318第十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日三、各部件的共同工作低壓壓氣機高壓渦輪燃燒室尾噴口功平衡流量連續(xù)高壓壓氣機低壓渦輪功平衡流量連續(xù)流量連續(xù)流量連續(xù)2023/1/2319第十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日三、各部件的共同工作低壓壓氣機高壓渦輪燃燒室尾噴口功平衡流量連續(xù)高壓壓氣機低壓渦輪流量連續(xù)低壓渦輪導(dǎo)向器相當(dāng)于高壓轉(zhuǎn)子的尾噴口低壓壓氣機出口相當(dāng)于高壓轉(zhuǎn)子的進氣道高壓轉(zhuǎn)子等效于單軸渦輪噴氣發(fā)動機2023/1/2320第二十頁，共五十六頁，2022年，8月28日三、各部件的共同工作高壓轉(zhuǎn)子的共同工作方程（推導(dǎo)過程略）如果雙軸燃氣渦輪噴氣發(fā)動機高壓渦輪導(dǎo)向器、低壓渦輪導(dǎo)向器處于臨界狀態(tài)，那么，高壓轉(zhuǎn)子具有唯一的共同工作線。2023/1/2321第二十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日三、各部件的共同工作高、低壓渦輪膨脹比的分析低壓壓氣機高壓渦輪燃燒室尾噴口高壓壓氣機低壓渦輪流量連續(xù)流量連續(xù)2023/1/2322第二十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日三、各部件的共同工作高、低壓渦輪膨脹比的分析

對于雙軸燃氣渦輪噴氣發(fā)動機，如果高壓渦輪導(dǎo)向器、低壓渦輪導(dǎo)向器、尾噴口都處于臨界狀態(tài)，那么，高壓渦輪、低壓渦輪的膨脹比都為常數(shù)。2023/1/2323第二十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日三、各部件的共同工作低壓壓氣機高壓渦輪燃燒室尾噴口高壓壓氣機低壓渦輪功平衡流量連續(xù)2023/1/2324第二十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日三、各部件的共同工作2023/1/2325第二十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日三、各部件的共同工作2023/1/2326第二十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日三、各部件的共同工作2023/1/2327第二十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日三、各部件的共同工作雙軸渦噴發(fā)動機高、低壓轉(zhuǎn)子的共同工作方程：

分析：高壓壓氣機共同工作線可在高壓壓氣機特性圖上唯一確定低壓壓氣機共同方程包含高壓壓氣機增壓比，說明低壓轉(zhuǎn)子和高壓轉(zhuǎn)子的共同工作點存在著關(guān)聯(lián)關(guān)系。但是，當(dāng)確定了高壓轉(zhuǎn)子的共同工作點后，僅根據(jù)上述方程并不能確定低壓轉(zhuǎn)子的共同工作點，說明上述方程不足以完整的描述低壓轉(zhuǎn)子和高壓轉(zhuǎn)子的共同工作點之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。2023/1/2328第二十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日三、各部件的共同工作低壓壓氣機高壓渦輪燃燒室尾噴口高壓壓氣機低壓渦輪流量連續(xù)2023/1/2329第二十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日三、各部件的共同工作該方程表明了高壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子之間的流量約束條件2023/1/2330第三十頁，共五十六頁，2022年，8月28日三、各部件的共同工作共同工作方程組：上述共同工作方程說明：高、低壓轉(zhuǎn)子分別在高、低壓壓氣機特性圖上各有一條共同工作線。當(dāng)飛行條件變化時，發(fā)動機的工作點在其共同工作線上移動。高、低壓轉(zhuǎn)子的工作點存在對應(yīng)關(guān)系，這種對應(yīng)關(guān)系取決于流量連續(xù)。當(dāng)發(fā)動機幾何不可調(diào)時，與單軸渦噴發(fā)動機一樣，只有一個調(diào)節(jié)中介，即主燃燒室的供油量。被調(diào)參數(shù)只能選取一個，無論選取哪個被調(diào)參數(shù)，共同工作線不變。2023/1/2331第三十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日三、各部件的共同工作共同工作方程組：2023/1/2332第三十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日四、尾噴管面積影響假設(shè)調(diào)節(jié)規(guī)律：2023/1/2333第三十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日四、尾噴管面積影響單軸渦噴發(fā)動機：共同工作線遠離喘振邊界雙軸渦噴發(fā)動機：低壓轉(zhuǎn)子：共同工作線靠近喘振邊界高壓轉(zhuǎn)子：共同工作線不受影響當(dāng)尾噴口面積A8增加時：2023/1/2334第三十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日五、調(diào)節(jié)規(guī)律尾噴管幾何面積不可調(diào)，調(diào)節(jié)量：供油量可能的調(diào)節(jié)規(guī)律：保持低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不變保持高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不變保持渦輪前總溫不變2023/1/2335第三十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日五、調(diào)節(jié)規(guī)律當(dāng)T1*上升時：

低壓轉(zhuǎn)子加“重”，低壓轉(zhuǎn)速有下降的趨勢；

高壓轉(zhuǎn)子變“輕”，高壓轉(zhuǎn)速有上升的趨勢。2023/1/2336第三十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日五、調(diào)節(jié)規(guī)律當(dāng)采用低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速保持不變的調(diào)節(jié)規(guī)律時：為保持低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不變，調(diào)節(jié)器主動加油，提高T3*，增加渦輪功，結(jié)果使本來就有上升趨勢的高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升更多。當(dāng)采用高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速保持不變的調(diào)節(jié)規(guī)律時：為保持高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不變，調(diào)節(jié)器主動減油，降低T3*，減少渦輪功，結(jié)果使本來就有下降趨勢的低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降更多。當(dāng)采用渦輪前溫度保持不變的調(diào)節(jié)規(guī)律時：渦輪功基本保持不變，低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升。2023/1/2337第三十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日小結(jié)如果：幾何不可調(diào)；導(dǎo)向器臨界；尾噴口臨界單軸渦噴發(fā)動機雙軸渦噴發(fā)動機共同工作方程共同工作方程唯一的共同工作線高、低壓轉(zhuǎn)子各一條共同工作線，兩者存在一一對應(yīng)關(guān)系。2023/1/2338第三十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日小結(jié)單軸渦噴發(fā)動機雙軸渦噴發(fā)動機增大A8，共同工作線下移（遠離喘振）增大A8，共同工作線上移（接近喘振）A8變化對高壓轉(zhuǎn)子共同工作線沒影響2023/1/2339第三十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日作業(yè)12023/1/2340第四十頁，共五十六頁，2022年，8月28日作業(yè)2其它條件不變時，減小雙軸渦噴發(fā)動機的尾噴管臨界面積或低壓渦輪導(dǎo)向器的臨界面積，對低壓壓氣機的共同工作點如何影響？對高壓壓氣機的共同工作點如何影響？為什么？2023/1/2341第四十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日第三章

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)動機第四節(jié)

加力渦輪噴氣發(fā)動機2023/1/2342第四十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日第四節(jié)

加力渦輪噴氣發(fā)動機一、分類二、噴液加力三、復(fù)燃加力2023/1/2343第四十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日一、分類加力發(fā)動機在最大狀態(tài)工作產(chǎn)生最大推力的基礎(chǔ)上，再增加推力。方法噴液加力復(fù)燃加力2023/1/2344第四十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日二、噴液加力在壓氣機進口或燃燒室中噴入易蒸發(fā)的液體（水+甲醇）壓氣機進口噴水加力的工作原理：噴入的液體吸收氣流中熱而蒸發(fā)，將氣體的吸熱（熵增）壓縮過程變?yōu)榉艧幔販p）壓縮過程，在壓縮功不變的條件下可以獲得更高的壓氣機增壓比。增壓比增加，空氣流量增加，排氣速度增加，推力增加。2023/1/2345第四十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日二、噴液加力Sh壓縮功P1*P2*噴水P2*理想P2*不噴水在消耗相同壓縮功條件下獲得更高的增壓比2023/1/2346第四十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日二、噴液加力推力增加程度正比于噴水量優(yōu)點加力效果明顯經(jīng)濟性好缺點用水量大腐蝕結(jié)冰僅限于起飛使用2023/1/2347第四十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日三、復(fù)燃加力在渦輪后再增加一個燃燒室，利用燃氣中剩余的氧，再次噴油燃燒。兩個燃燒室前面稱為主燃燒室后面稱為加力燃燒室，參數(shù)下標(biāo)“af”2023/1/2348第四十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日三、復(fù)燃加力1、加力工作原理因渦輪后無高速旋轉(zhuǎn)件,冷卻問題比較好解決,再次噴油燃燒使氣流溫度Taf*達2000~2100K

渦輪出口溫度T4*800~1100K2023/1/2349第四十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日三、復(fù)燃加力1、加力工作原理af加力加熱比加力比af=2~2.5，推力增加40~50%2023/1/2350第五十頁，共五十六頁，2022年，8月28日三、復(fù)燃加力2、理想循環(huán)多一個等壓加熱過程2023/1/2351第五十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日三、復(fù)燃加力2、理想循環(huán)循環(huán)總加熱量q0主燃燒室加熱量q0加力燃燒室加熱量qaf放熱量q2加力循環(huán)功Waf加力循環(huán)熱效率th.af2023/1/2352第五十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日三、復(fù)燃加力3、復(fù)燃加力對性能的影響復(fù)燃加力可以有效提高推力復(fù)燃加力使發(fā)動機經(jīng)濟性變差推力提高以犧牲發(fā)動機經(jīng)濟性作為代價2023/1/2353第五十三頁，共五十六頁，2022年，8月28