航发原理第五章

按确定发动机工作状态的参数类型可将发动机特 性分为速度特性，转速特性及高度特性。 速度特性：H=const，n=const，改变M0，在一 定调节规律下，研究发动机的推力F和耗油率sfc的变 化规律。 转速特性：H=const，M0=const，改变n，在一 定调节规律下，研究发动机的推力F和耗油率sfc的变 化规律。 高度特性：n=const，M0=const，改变H，在一 定调节规律下，研究发动机的推力F和耗油率sfc的变 化规律。
耗油率参数分析
由公式sfc=3600q0/（bHuFs）可知，影响耗油率 sfc的参数是加热量q0和单位推力Fs。 1. 由图可以看出，对每千 克气体的加热量q0和单 位推力Fs随飞行马赫数 M0的变化趋势是一样的， 都呈现出下降的变化关 系，但下降的速度不一 样，其中单位推力Fs下 降的快一些；
涡轮喷气发动机的高度特性及基本变化规律
在飞行马赫数M0=const，给定发动机调节规律， 发动机的推力和耗油率随飞行高度的变化关系称为高 度特性。 假定：压气机中等压比，调节规律：
n=const
T3*≈const
高度特性
1.
由图可得，发动机推力F随高度的增加迅速地减小，到达 11公里同温层位置时，推力F下降了近50%。
涡轮喷气发动机的转速特性基本变化规律
几何面积（A9）不可调的涡轮喷气发动机转速特性 1. 当发动机的转速从设计转速 下降时，发动机的推力F呈 急剧下降发展态势。 2. 图中虚线表示压气机喘振裕 度小于最小允许值，如不采 取措施，发动机将要进入不 稳定工作。
耗油率转速特性
3. 耗油率sfc先有所下降， 在某相似转速（图中 ncor=0.85）时达到最小 值后，随发动机转速的 下降开始增大，一直到 喘振边界。
1.
随着高度H增加，大气压力P0和密度r0总是在减小，导致进 入发动机的流量qm在下降，因此单位推力和流量之间的相 互关系决定推力F=Fs*qm的变化规律。 耗油率sfc=3600q0/xbHuFs则由加热量q0和单位推力Fs的比 值关系决定其变化规律。
2.
5-3、涡轮喷气发动机的飞行包线
根据发动机的速度特性 和高度特性计算出飞机的 飞行包线。由最大飞行高 度，最大飞行M0max数，最 小飞行M数及最大动压头 qmax组成 。最大飞行马赫 数和最大动压头由飞机的 机械强度决定。
参数曲线变化分析
1. 流量qm、供油量qmf、排气 速度V9都随飞行马赫数M0 的增加而增长的，但流量 增长得最快，尤其在超音 速阶段。 2. 燃烧室加热量q0、单位推 力Fs随飞行马赫数M0的增 长始终是减小的，但单位 推力减小的更快些。
涡轮喷气发动机的特性参数对M 0变化曲线
* （ k.d 13；T3* 1400 K；H=11Km)
推力随பைடு நூலகம்度变化规律
1. 推力F起初在所有的高度 上随M0数增加变化平缓， 有时还略有降低，之后开 始上升并在某一飞行速度 下达到最大，过后迅速下 降直至为零。 2. 随着高度H的增加，最大 推力在减小，但最大飞行 马赫数增加。
涡轮喷气发动机的速度特性曲线
* （ k.d 13，T3* 1400K )
调节规律对速度特性的影响
低马赫数范围内，差别 并不明显，
但在高马赫数时，调节 规律有较大影响。
依据压气机共同工作线的分析过程
图-a 低设计压比kd*=4 采用n=const、A9=const调节规律，T3*下降导致推力增长速度小 采用n=const、T3*=const调节规律，推力增长速度相对快一些。
T3d*，推力增大。 提高T3d*，最大飞行马赫数 加大，飞行速度范围增加。 结论：提高T3d*不仅能提高涡 轮喷气发动机的推力而且能扩 发动机的设计参数对涡轮喷气发动机速度特性曲线分布的影响 大飞行马赫数范围。
* a-- k.d (T3* 1400 K；H=11Km) * * b--T3. d ( k.d 16；H=11Km )
流量参数分析
流量：qm k m
* 2
P3* t At qt T
* 2 * 1 * 1
* 3
km
P2* b t At qt T3*
1
* i k
P P P 1 2 P P P 1 M0 压比： P0 P P0 P0 P P 2
推力曲线变化规律
单位推力和流量随飞行马赫数的变化关系决定了 推力的变化规律。 1. 在起飞或低飞行 M0<1.0时，流量增长 并不很快，单位推力 的下降抵消了流量的 增长，因此推力在开 始阶段增长较慢甚至 还有所下降。
推力曲线变化分析
2. 在超音速阶段，流量增 长相当快，对推力起主 要影响作用。因此在这 一阶段，推力快速增长 达到一最大值后，单位 推力下降因素开始起作 用，随着飞行马赫数进 一步提高，推力急剧下 降，直至为零。
2. 额定状态：推力为：F=Fmax *（85～90）％，歼击机 发动机的主要工作状态、民航飞机爬高过程。
发动机基本工作状态
3. 巡航状态：推力为：F=Fmax *（50～80）％，长时 间、远距离飞行时发动机主要工作状态。 4. 慢车状态：推力为：F=Fmax *（3～5）％，常用于 着陆、滑行和地面检查，由于涡轮前温度高故不能 长时间使用。
b）流量增长的慢，
结论：低速性能好，高速性能差。 发动机的设计参数对涡轮喷气发动机速度特性曲线分布的影响
* a-- k.d (T3* 1400 K；H=11Km) * * b--T3. d ( k.d 16；H=11Km )
主要设计参数对速度特性的影响
2）涡轮前温度T3d*对发动机特性 的影响 在同样飞行M0数下， 增大
依据压气机共同工作线的分析过程
图-b 高设计压比kd*=12。 高设计压比变化规律同低设计压比变化规律正好相反。 1. 采用n=const、A9=const调节规律，T3*增加导致推力增长较快， 2. 采用n=const、T3*=const调节规律，推力增长但相对慢一些。
速度特性曲线的作用
速度特性的作用：在某高度下计算发动机的最 大平飞速度和剩余推力，用来计算飞机机动飞行时 的加速度及最大飞行马赫数。
转速特性基本分析方法
1. 在发动机几何不变A9=const 调节规律下，发动机的参数 沿着t*=const的共同工作线 变化，发动机的转速特性在 压气机特性图上可用共同工 作线表示； 2. 所有影响发动机共同工作线 的因素都影响发动机的转速 特性。
转速特性参数分析
流量分析：从压气机共同工作线来看，流量系数 q(1)大致和转速n成正比变化，即流量可近似表示：
最大动压头表达式：
qmax
r0C02
2
K 2 r0 M 0 2
5-4、涡轮喷气发动机的转速特性
飞行马赫数M0和高度H不变，给定调节规律，发 动机推力和耗油率随转速变化的规律称转速特性， 或节流特性。 发动机的基本工作状态：
1. 最大状态：推力为：F=Fmax ，一般只适用于起飞、 短时间加速或获得最大平飞速度。
2.
参数分析
qm km P3* t At q t T
* 3
km
P2* b t At q t T
* 3
3. 4.
流量qm总是随着密度r0下降而减少，在同温层内大气温度T0 不变，流量与密度r0同速度下降。 因T2*下降，燃烧室对每千克气体的加热量q0=Cp*(T3*-T2*)增 加，发动机可用能量进一步提升。
确定发动机工作状态的参数是： 飞行马赫数： M0
相似转速：
n/√(T1*)
实际上，当高度H、发动机转速n以及飞行马赫数 M0给定时，飞行马赫数M0和相似转速n/√(T1*)就唯一 确定。因此，确定发动机工作状态的物理参数是： 大气高度H： P0，T0
飞行马赫数：
发动机转速：
M0
n
发动机特性按参数类型分类
参数分析
5.
到达同温层后，由于大气温度T0不在变化，当考虑高度特性 飞行马赫数M0及转速n不变条件时，相似转速n/√(T1*)不在改 变，压比k*不再变化，因而加热量q0、单位推力FS及加热比 等工作参数不再变化，但流量qm随高度H增加继续减小而 且同大气密度r0减小的速度相同。
高度特性分析
* 0 * 1 * 0 * 2 * 1
* i kd ,0
1

1
M 02 2
1
结论：进气道冲压升i=P1*/P0导致流量qm总 是随着M0的增加而增加。
单位推力参数分析
单位推力：
e 1 ac p Fs V9 V0 2C pT0 ( 1) V02 V0 c e e
* * （ k.d 13，T3. d 1400 K）
主要设计参数对速度特性的影响
1）设计压比kd*对发动机特性的影响
低设计压比：曲线斜率大 a）起始单位推力小但增长速度快， b）流量增长的快， 结论：低速性能差，高速性能好。 高设计压比：曲线斜率小 a）起始单位推力大但增长速度慢，
1
* i kd ,0
1
M 2
2 0
1
( 1 )2
发动机喷管排气速度V9随飞行速度V0的增加而 增加，但速度的增加量（V9-V0）随飞行速度V0的增 加而始终单调地减小，也就是说单位推力Fs随飞行 速度V0的增加而减小，直到为零。
qm const * n
单位推力：必须了解P4*和T4*随转速n的变化关系 才能决定。
P0 V9 2C T [1 ( ) * e P4
' * p 4
' 1 '
]
涡轮前、后温度（T3*，T4*）随转 速n变化分析
第五章 涡轮喷气发动机的特性