涡轮喷气发动机转速特性实验
涡轮喷气发动机效率和涡轮前温度的关系
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2、发动机速度特性试验
实验二:发动机速度特性试验（车2、）一、实验仪器设备1．测功机：长沙湘仪动力测式仪器有限公司生产的电涡流测功机：型号：GW160；额定吸收功率：160kw；最高转速：1,0000r/mim启东市联通测功器有限公司生产的电涡流测功机：型号： DW400；额定吸收功率：400kw；最高转速：5000r/mim2．实验用发动机型号：YC6L-280-30型柴油发动机：最大功率：206/2200 (kw/rpm)；排量：8.4L 3．发动机自动测控系统4．数字智能油耗仪二、实验步骤速度特性是油门开度保持在某一位置时测取的，油门开度处于最大位置时的速度特性称为全负荷速度特性，亦称为外特性，其余位置时的速度特性称为部分速度特性。
外特性只有一条，而部分速度特性则有多条。
1 .起动测功器，再起动发动机，调节测功器负荷和油门大小，使发动机暖机，在热状态稳定时准备进行测量。
2 逐步开大油门同时增加测功器负荷，到油门开度达到最大位置后固定，在转速达到标定转速并稳定运转后，由组长发出指令，测量记录发动机转速、测功器读数、耗油量、耗油经历时间、冷却水进出水温、机油温度、机油压力等数据。
在第一点数据测量完毕后，油门开度不变，继续增加测功器负荷，使转速降低，每隔200r/min为一个测量点，直到45％标定转速为止，依次重复上述过程。
要求测点不少于8点，且包括最大转矩转速。
3 外特性实验结束后，减小油门开度，测取部分速度特性，油门开度可按标定功率的百分比或油门开度的百分比来确定，其方法同上所述三、车一A组数据及图表：车二A组数据及图表：车二B组数据及图表：总结：①扭矩随着发动机转速上升而降低②燃油消耗率随着发动机转速上升而上升③有效功率随着发动机转速上升而上升。
高效涡轮发动机的设计与实验
高效涡轮发动机的设计与实验在现代航空航天领域，高效涡轮发动机的研发一直是备受关注的焦点。
涡轮发动机作为飞机、直升机等航空器的核心动力装置，其性能的优劣直接决定了飞行器的飞行速度、航程、燃油效率以及可靠性等关键指标。
因此，设计一款高效的涡轮发动机，并通过严格的实验验证其性能，具有极其重要的意义。
涡轮发动机的工作原理基于热力学和流体力学的基本原理。
简单来说，空气被吸入发动机的进气道，经过压气机压缩后，进入燃烧室与燃料混合并燃烧，产生高温高压的燃气。
这些燃气随后驱动涡轮旋转，涡轮一方面带动压气机继续工作，另一方面通过喷管高速喷出，产生推力。
要实现高效的性能，就需要在每个环节进行精心的设计和优化。
在设计阶段，首先要考虑的是压气机的设计。
压气机的作用是将空气压缩到较高的压力，从而提高燃烧效率。
为了实现高效压缩，需要选择合适的叶片形状、级数和转速。
先进的计算流体力学（CFD）技术可以帮助我们模拟气流在压气机内部的流动情况，从而优化叶片的设计，减少气流分离和损失。
同时，采用新型的材料和制造工艺，可以减轻压气机的重量，提高其可靠性。
燃烧室的设计也是至关重要的。
良好的燃烧室设计能够确保燃料充分燃烧，提高能量转换效率，同时减少污染物的排放。
这需要精确控制燃料的喷射方式、燃烧室内的气流组织以及火焰稳定机制。
通过采用先进的燃烧模型和实验研究，可以不断改进燃烧室的设计，实现高效、清洁的燃烧。
涡轮的设计则需要考虑如何在高温高压的燃气环境下高效地将燃气的能量转化为机械能。
涡轮叶片需要承受极高的温度和应力，因此需要采用耐高温的材料，如高温合金，并通过复杂的冷却技术来保证叶片的工作可靠性。
同时，优化涡轮叶片的形状和布局，可以提高涡轮的效率，增加发动机的输出功率。
除了上述核心部件的设计，发动机的整体结构和系统也需要精心规划。
例如，进气道和喷管的设计要考虑减少气流的阻力和损失；润滑、冷却和燃油供应系统要保证发动机在各种工况下的正常运行；控制系统要能够精确地调节发动机的工作参数，以适应不同的飞行条件。
燃气涡轮发动机实训报告
一、引言燃气涡轮发动机作为一种高效、清洁的动力装置，广泛应用于航空、船舶、发电等领域。
为了更好地了解燃气涡轮发动机的结构、工作原理以及性能特点，我们开展了燃气涡轮发动机实训。
本次实训旨在通过实际操作和理论分析，使学生掌握燃气涡轮发动机的基本知识和操作技能。
二、实训目的1. 了解燃气涡轮发动机的结构、工作原理和性能特点；2. 掌握燃气涡轮发动机的操作步骤和维护方法；3. 培养学生动手能力和团队协作精神。
三、实训内容1. 燃气涡轮发动机概述燃气涡轮发动机是一种热力发动机，主要由压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管等部件组成。
空气经过进气道进入压气机，被压缩成高压气体，随后与燃油混合燃烧，产生高温高压气体，推动涡轮旋转，带动压气机工作。
最后，高温气体通过尾喷管排出，产生推力。
2. 燃气涡轮发动机的结构与工作原理（1）压气机：压气机是燃气涡轮发动机的核心部件之一，其作用是将空气压缩成高压气体。
压气机通常采用轴流式结构，由静叶和动叶组成。
静叶固定不动，动叶随涡轮旋转。
（2）燃烧室：燃烧室是燃气涡轮发动机的燃烧场所，其主要作用是将燃油与空气混合燃烧，产生高温高压气体。
燃烧室通常采用火焰稳定器来保证燃烧稳定。
（3）涡轮：涡轮是燃气涡轮发动机的能量转换部件，其主要作用是将燃烧产生的热能转换为机械能。
涡轮通常采用轴流式结构，由静叶和动叶组成。
（4）尾喷管：尾喷管是燃气涡轮发动机的排气部分，其主要作用是将高温气体加速排出，产生推力。
3. 燃气涡轮发动机的操作步骤（1）启动前准备：检查发动机各部件是否完好，加注燃油，检查燃油供应系统，预热发动机。
（2）启动：按照操作规程启动发动机，观察发动机运行状态。
（3）运行：调整发动机转速和推力，观察发动机运行参数，确保发动机稳定运行。
（4）停机：按照操作规程停机，检查发动机各部件状态。
4. 燃气涡轮发动机的维护方法（1）定期检查：定期检查发动机各部件，如压气机、燃烧室、涡轮等，确保其正常运行。
涡轮试验
口气流角α随涡轮折合功 的变化。 + (5)级间参数测量 + 即是当 保持不变时录取级间静压p随 涡轮功的变化。
+ (6)涡轮冷却效率试验 + 由于涡轮三维设计技术的发展，验证三维
设计的试验是必不可少的；主动间隙控制 技术与涡轮工作的协调性试验、整体叶盘 设计的气动热力性能试验考查、对转涡轮 的气动性能试验和可变面积涡轮随发动机 工作状态变化的试验研究等将是涡轮发展 性试验的主要内容。 + 运用三维设计技术大大节省了涡轮的试验、 方便了涡轮的设计。
+ 航空发动机在高温高压高转速下运行时，
燃气在涡轮中的流动为复杂的非定常、有 粘的三维流动。通常，所设计的涡轮都必 须在涡轮试验器上进行气动性能试验。试 验涡轮可以是单级涡轮、多级涡轮、全尺 寸涡轮和模型涡轮。由于气源和水力测功 器吸收功率的限制，目前都不能进行全温 全压试验，而只能进行启动模拟试验，其 理论基础即是相似理论。
GE — 梦想启动未来，是一家多元化的科技、媒 体和金融服务公司. 中国自主研制的新型涡扇支 线飞ARJ21“ 翔凤” ，GE航空集团与ACAC合作生 产和装配的CF34-10A是专为 ARJ21机型设计的动 力装置，2008年，波音787梦想飞机将采用GE新 一代飞机发 动机 GEnx。 与原先的 发动机相 比，Genx 可降低油 耗15%。
+ 冲击反作用涡轮
– 在导向叶片中气 流加速 – 在工作叶片中气 流也加速 – 航空发动机
+ 冲击涡轮
– 在导向叶片中气 流加速 – 在工作叶片中气 流不加速 – 水力涡轮，蒸汽 涡轮
+ 航空燃气涡轮的特点是功率大、燃气温度高、
转速高、负荷大。现在大推力涡扇发动机的 涡轮输出功率高达100MW以上，平均一片涡 轮叶片发出的功率达200kW。可想而知的燃 气轮机的推力之大，因而燃气轮机被广泛应 用，如飞机的发动机、坦克的发动机、大型 舰的动力装置都采用了燃气涡轮机。 + 燃气轮机是新型驱逐舰的必选动力装置。由 于大型舰用燃气轮机的缺失，中国新型驱逐 舰的后续建造已经停滞。中国最新一艘驱逐 舰为2005年下水的“石家庄”号，仍采用老 式的蒸汽轮机为动力
航空发动机涡轮的流动特性分析与优化
航空发动机涡轮的流动特性分析与优化航空发动机是现代飞行的核心动力装置，其发动机设计与性能直接影响飞机的安全性、性能和燃油效率。
在航空发动机中，涡轮是一个至关重要的组成部分，负责将燃烧后的高温高压气体转化为动能，提供动力给喷气式飞机。
本文将重点讨论航空发动机涡轮的流动特性分析与优化。
首先，我们需要了解涡轮的工作原理。
涡轮是由许多叶片组成的，在燃烧室内燃烧的高温高压气体经过涡轮叶片时会产生反作用力，推动涡轮旋转。
涡轮的旋转又带动风扇和压气机等其他部件的旋转，最终将动能传递给飞机。
因此，涡轮的流动特性直接关系到整个发动机的效能。
为了优化涡轮的流动特性，我们首先需要对其进行流场分析。
流场分析是通过数值模拟方法进行的，通过计算和仿真，可以获得涡轮内部流场的速度、压力、温度等参数。
这些参数可以帮助工程师发现潜在的问题，并提供指导进行涡轮设计和优化。
例如，通过流场分析可以确定涡轮叶片之间的距离和角度，在保证气体顺利通过的同时最大限度地提高能量转换效率。
然而，流场分析只是涡轮流动特性分析的一部分。
更为重要的是，我们需要考虑流场分析的结果与实际性能测试数据之间的关系。
在涡轮性能测试中，工程师们会在真实的试验台上对涡轮进行测试，记录下涡轮的转速、温度、压力等参数。
通过与流场分析的结果进行对比，工程师们可以进一步改进涡轮设计，提高其性能。
此外，为了更好地理解涡轮的流动特性，我们还需要运用其他的工程工具和技术手段。
例如，流线分析可以帮助我们观察涡轮内部的气流走向和流线分布，从而找出气流可能出现的扰动和失速现象。
同时，声学分析可以帮助我们了解涡轮产生的噪音，并提供改进设计的方向。
对于航空发动机涡轮的流动特性分析与优化，我们还可以运用多学科的方法。
比如，结构力学分析可以帮助我们确定涡轮叶片的强度和刚度，并确定最佳材料和制造工艺。
热力学分析可以帮助我们确定涡轮的热效率和热耗损。
流固耦合分析可以帮助我们了解涡轮叶片与气流之间的相互作用。
航发原理-第十一章发动机特性
2.
推力F变化原因；
F = Wa ⋅ Fs
Wa = KA 2 Pt 2 Tt 2 q ( λ2 )
① 随着H ↑，当H<11km时，T0 ↓, P0 ↓; 当H≥11km 时， T0 →, P0 ↓； ② 当H<11km时， T0 ↓ ，Tt0 ↓, Tt2 ↓ ，Wa ↑; P0 ↓ ，Pt0 ↓, Pt2 ↓, Wa ↓ 。 Pt2 ↓比Tt2 ↓对流量的影 响更大，因此 Wa ↓ ； ③ 当H≥11km时， T0 →, Wa → ；P0 ↓， Wa ↓ ，因 此Wa ↓ ↓； ④ 推力F=Wa与Fs的乘积; 由于Wa ↓比Fs ↑的变化快， F 因此F ↓ ；当H≥11km时， Wa ↓ ↓， Fs → ， ↓↓。
5. 燃油流量相似参数
6. 耗油率相似参数
( sfc )cor
288.15
=
( sfc )m
Tt 0
发动机转速特性及其相似换算
11.2 单轴涡喷发动机特性
一、 速度特性 （调节规律Tt4=Tt4max=const.，气流在尾喷管中完全膨胀）
a) Ma0 ↑， Fs ↓，当Ma0增大至某一数值时， Fs =0； b) Ma0 ↑， Wa ↑ ； c) Ma0 ↑，开始 F ↓或↑慢，随后 F ↑ ↑ 到最大值而后↓ ↓ 直至F=0 ； d) Ma0 ↑，sfc ↑直至到一定Ma0 后sfc ↑ ↑。
nD2 = const Tt 2
n = const Tt 2
几何相似的WP/WS发动机工作状态相似的充分必要条件是：
Ma0 = const
n = const Tt 2
Ma0 = const
n = const Tt 2
发动机在工作状态相似时的重要性质：
02第二章涡轮喷气发动机的性能
2.2 燃气涡轮发动机的性能
1 燃气涡轮发动机的性能指标（ performance criteria ）
(1)推力（Thrust） (2)耗油率（Specific Fuel Consumption, SFC）
发动机的耗油率是发动机的第一性能指标，它反映了发动机的 经济性。降低发动机的耗油率始终是发动机设计、研制中的一项重 要目标。
第二章 涡轮喷气发动机的性能
2.1 燃气涡轮发动机的主要热力参数 1 空气流量（ Air mass flow rate ） 2 压气机的增压比（ Compressor pressure ratio / Compression ratio ） 3 涡轮前的最高燃气温度（ TIT-Turbine Inlet Temperature / EGT-Exhaust Gas Temperature ） 4 喷气速度（发动机压力比 EPR） 2.2 燃气涡轮发动机的性能 1 燃气涡轮发动机的性能指标（ performance criteria ） 2 涡轮喷气发动机的转速特性（节流特性） 3 涡轮喷气发动机的速度特性 4 涡轮喷气发动机的高度特性
2 压气机的增压比（ Compressor pressure ratio / Compression ratio）
发动机的增压比和它的功率输出能力与效率有很大的关系，增 压比越高，单位空气量的输出功率越大，同时，效率也越高。
提高增压比的过程中主要解决单级增压比和多级匹配问题、压 气机的稳定性和高温材料与冷却问题。
Q
燃油消耗率与单位空气流量推力的关系为 sfc ?
H uT
随着增压比的提高，压气机出口空气温度也越高，可加入的燃油量 便越少。
? ? Q ? C p T4* ? T3*
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《涡轮喷气发动机转速特性实验》
实验指导书
发动机控制实验室2006年3月
涡轮喷气发动机转速特性实验
1试验目的
测定涡喷发动机转速特性。
即在地面台架试车条件下（飞行M＝0、飞行高度H＝0），测量发动机的推力F、耗油率sfc、压气机增压比 k*、排气温度T4*、空气流量ma随发动机转速n的变化关系。
2实验设备
2.1实验发动机
本试验所用发动机为MAи－201单轴涡喷发动机。
该发动机为莫斯科航空学院在涡轮起动机TC－21的基础上制造的，将涡轮起动机带减速器的自由涡轮拆下，换上收敛喷管，在发动机的进口安装了带测量段的进气装置，改装成涡喷发动机。
发动机的压气机为一级带导风轮的离心式压气机，燃烧室为带四个单独头部的环形燃烧室，燃油经过四个离心式喷嘴向燃烧室供油。
MAи－2 01发动机采用单级涡轮和收敛形尾喷管。
发动机在最大状态工作时的主要参数如下：
发动机转速：50500rpm
增压比： 2.0
涡轮前温度：850°C
空气流量： 1.2kg/s
2.2试车台架
试验台采用弹簧片式的台架，其构造如图1所示。
由活动框架1（动架）和固定底架2（定架）两部分组成，动架和定架靠四片弹簧片3相连接，发动机装在动架上。
定架用螺钉与地基相连，测力系统测力计4固定在定架上，活塞杆5与动架相连。
当发动机工作时，推力通过两侧支架传到动架，通过动架又传递给测力计，实验时根据推力表指示数据查推力校准曲线，即可得到发动机推力。
推力校准曲线是根据对发动机台架的校准结果绘制而成的（见图3）。
为了测量空气流量，在发动机的压气机前安装了进气流量管6。
2.3操纵台
操纵台上安装有发动机油门操纵杆，控制和监视发动机工作的开关和仪表，以及测量发动机数据的仪器、仪表。
2.4燃油系统
燃油系统如图2所示，包括油路开关1、油滤2、燃油泵3、油门操纵杆4、油路开关5、油滤6、燃油压力传感器7、测量燃油消耗率的涡轮流量计8等。
2.5监控与测量仪表
2推力表：为一个毫伏表，发动机推力通过推力传感器将推力转换为电压信号。
3 转速表：有指针式和数字式两种，监控用指针式转速表，测量用数字式转速表。
4
排气温度表：用热电偶及其配套仪表指示排气温度，监控用指针式排气温度表，测量用数字式排气温度表。
5 离心式压气机出口压力表：为标准压力表。
6
大气压力计和大气温度表：为动槽式水银大气压力计和温度计。
3实验方法和操作步骤
3.1 开车前准备
(1) 安装好尾喷管排气筒，检查发动机及实验台架的各连接部分是否松动，管路和附件是否漏油。
(2) 开动直流发电机，打开供电开关、燃油箱阀门，检查各电器系统及仪器仪表是否正常工作。
3.2 冷转
将发动机起动系统的转换开关扳到“冷转”位置，并按下发动机“启动”钮进行发动机冷转。
冷转的持续时间不应超过10秒，冷转时只接通电起动机，燃油不进入发动机燃烧室，进行发动机气流通道的吹风换气，其目的是排除气流通道中的剩余燃油。
3.3 热起动（开车）
将发动机起动系统的转换开关扳到“热起动”位置，按下发动机“启动”按钮进行发动机热起动。
为了在实验时改变发动机工作状态，使用发动机操纵杆来控制供油活门，以改变发动机的供油量。
当发动机操纵杆移动时，供油活门通路的截面发生相应变化，因此燃油流量和发动机转速也发生相应变化。
在发生意外事故的情况下，应立即关闭发动机试车台的电源开关。
3.4 实验数据的录取和实验结果的整理
发动机起动后，在不同发动机转速（4～5个转速状态）下测量记录所需数据。
每次测量数据时，都要在发动机工作稳定后进行。
在实验前后，分别记录大气压力P 0和温度T 0，取平均值记录。
然后按照相似理论，将实验所得数据转换到标准大气条件下的换算参数。
（1）转速n 的测定
由数字式转速表直接读数。
数字转速表的读数n （测），换算转速n cor 为：
/288T n n cor （测）= (r/min)
（2）推力的测定
根据操纵台上的毫伏表读出的电压值V ，再查推力校准曲线图3（或按根据推力校准曲线拟合的公式进行计算）获得推力的测量值F （测），换算推力为：
0(/101325P F F cor 测）= (N)
（3）单位燃油消耗率sfc 的测定
用涡轮燃油流量计测量发动机的燃油耗油率。
从频率计上记录燃油流经涡轮流量计的频率值f ，根据记录的频率值f 查燃油流量和频率的关系曲线（图4），便可算出燃油消耗的体积流量V ，再根据测定的燃油密度ρ（煤油的密度ρ＝780kg/m3），即可计算出燃油消耗率sfc （测），即：
F
sfc /3600ρV ＝测 (kg/N.h)
换算sfc cor 为：
0/288T sfc sfc cor （测）= (kg/N.h)
（4）空气流量ma 的测定
由数字式压力表读出发动机进气流量管测量段的静压Pm ，然后根据流量公式计算出空气流量ma （测），
0/)(T P A kq m a μλ=测 （kg/s ）
式中： k － 气体物理性质常数，对于空气k ＝0.0404 μ － 进气管流量系数，μ＝0.98
A － 进气流量管测量段截面积，A ＝0.01767m 2
P 0 － 大气压力 T 0 － 试车间空气温度
q(λ) －气体密流函数，取决于气动函数π (λ)=Pm/P 0
Pm － 测量截面静压 换算空气流量为：
)
101325/(28800P T m m a
acor = （kg/s ）
（5）压气机出口空气压力P 2*和增压比πk *的测定
从操纵台上的标准压力表读出P 2*（表），
0*2*2P P P +=表 压气机增压比πk *
0*2*/P P k =π 6
压气机出口气体温度T 2*的测定 从操纵台上的数字式温度表读出t 2*（测），则换算温度为：
0*)(2*2/288)273(T t T cor +=测 （K ）
（7）排气温度T 4*的测定
从操纵台上的数字式温度表读取，测量值为t 4*（测），按下式换算到标准状态，即换算排气温度为：
*)(4*4/288)273(T t T cor +=测 （K ）
（8）测量大气温度t 0的单位为︒C ，计算时换算成绝对温度
T 0 = t 0+273 (K)
4实验报告
（1）根据实验结果画出发动机转速特性图，即下列关系图：
F cor = f(n) sfc cor = f(n) πk * = f(n) T 2cor * = f(n) T 4cor * = f(n) ma cor = f(n)
（2）回答下列问题：
b) 发动机试车数据为什么要进行换算？若要求今天试车的换算转速为35000rpm ，做实验时
的实际转速应为多少？
c) 发动机的涡轮前温度T 3*比较难测，试问至少应测量哪些参数才能计算出T 3*？ d) 在计算空气流量时，为什么乘上流量系数μ？
发动机试车数据记录整理表
发动机型号 试车目的 大气温度 大气压力
发动机试车数据记录整理表
发动机型号试车目的大气温度大气压力。