燃气涡轮发动机
燃气涡轮发动机
谈谈目前民航飞机为什么要采用涡轮风扇发动机绪论现代民用交通工具有很多，如汽车、火车、飞机、还有现在的高铁，磁悬浮等等。
他们的驱动核心都是发动机，发动机作为诸多运输工具的心脏有很多的作用，所谓发动机又称引擎，是一种能够把一种形式的能转化为另一种更有用的能的机器，通常是把化学能转化为机械能，有时它既适用于动力发生装置，也可指包括动力装置的整个机器，比如汽油发动机，航空发动机。
也正是发动机带来的各种动力作用才使社会经济快速发展，驱动经济全球化的统一。
一、发动机的发展和分类（一）发动机的历史有人把引擎称为发动机，其实，发动机是一整套动力输出设备，包括变速齿轮，引擎和传动轴等等，可见引擎称为发动机也不为过，随着科技的进步，人们不断地研制出不同用途多种类型的发动机，但是，不管哪种发动机，它的基本前提都是要以某种燃料燃烧来产生动力。
所以，以电为能量来源的电动机，不属于发动机的范畴，回顾发动机产生和发展历史，它经历了外燃机和内燃机两个发展阶段。
1、外燃机所谓外燃机，就是说它的燃料在发动机外部燃烧，发动机将这种燃料产生的热能转化为动能，瓦特改良的蒸汽机就是一种典型的外燃机，当大量的煤燃烧产生的热能把水推动机械做功，从而完成了向动能的转化，这种早期的动力装置只适用于水蒸气对外做功的实例中，所以其有很大的局限性，也因此会被历史的脚步所践踏。
2、内燃机明白了什么是外燃机，那内燃机也就了解了，顾名思义这一类型的发动机与外燃机的最大不同在于它的燃料在其内部燃烧。
内燃机的种类十分繁多，我们不常见的火箭发动机和飞机上装配的喷气式发动机也属于内燃机，一般的，在地面上使用多的是前者，在空中使用较的为后者，当然有些汽车也随着经济的快速发展采用喷气式发动机，但是这总是很特殊的类型，并不存在批量生产的适用性。
除此之外还有燃气轮机，这种发动机的工作特点是燃烧产生高压燃气，利用燃气的高压推动燃气轮机的也叶片旋转，从而输出动力。
燃气轮机使用范围很广，但由于很难精细的调节输出的功率，所以汽车和摩托车很少使用燃气轮机，只有部分赛车装用过燃气轮机，人类的智慧是无穷无尽的各种类型的发动机不断的被研制出来。
燃气涡轮发动机01-基础知识
混流式涡轮发动机
总结词
混流式涡轮发动机是一种结合了轴流式和离心式特点的燃气涡轮发动机，具有较高的效率和较广泛的适用范围。
详细描述
混流式涡轮发动机的结构介于轴流式和离心式之间，其压气机采用轴流式设计，而涡轮机则采用离心式设计。这 种设计使得混流式涡轮发动机在低速和高速飞行时都能保持良好的性能。此外，混流式涡轮发动机的适用范围较 广，可以用于多种不同类型的飞行器。
清洁发动机外部和内部的灰尘、污垢等，保持发动机的清洁度。
紧固件检查
检查并紧固发动机上的螺栓、螺母等紧固件，确保其牢固可靠。
定期保养与维修
01
02
03
油液更换
定期更换发动机的润滑油、 燃油等油液，保证发动机 的正常运转。
滤清器更换
定期更换空气滤清器、机 油滤清器等滤清器，防止 杂质进入发动机，影响其 正常运转。
管路是否漏油等。
05
燃气涡轮发动机的发展趋势与未 来展望
技术创新与改进
材料工艺
采用更先进的材料和制造工艺，提高燃气涡轮发动机的性能和耐 久性。
冷却技术
研究和发展更有效的冷却技术，以应对高温、高压的工作环境。
控制系统
改进和优化燃气涡轮发动机的控制系统，提高其稳定性和可靠性。
应用领域的拓展
航空领域
部件检查与更换
定期检查发动机的部件， 如轴承、密封圈等，如有 损坏或磨损严重应及时更 换。
常见故障诊断与排除
发动机过热
01
检查冷却系统是否正常工作，散热器是否清洁，风扇是否正常
运转等。
发动机振动过大
02
检查发动机安装是否牢固，轴承、齿轮等部件是否磨损严重，
民用航空燃气涡轮发动机原理发动机推力燃油消耗率计算
民用航空燃气涡轮发动机原理发动机推力燃油消耗率计算民用航空燃气涡轮发动机是现代飞机上最常用的发动机之一、它的工作原理是利用燃油燃烧产生的高温高压气体来驱动涡轮，并通过涡轮的转动来带动飞机的前进运动。
下面我将详细介绍燃气涡轮发动机的工作原理、推力和燃油消耗率的计算方法。
首先，我们来了解燃气涡轮发动机的工作原理。
燃气涡轮发动机由三个主要部分组成：进气系统、燃烧室和涡轮。
当飞机在地面开始起飞时，空气从飞机前部进入进气系统，经过增压器增压后进入燃烧室。
在燃烧室中，燃油和压缩空气混合并燃烧，产生高温高压的气体。
这些气体经过涡轮，驱动涡轮的转动。
同时，涡轮的转动通过轴传递给飞机的前进推进器，使飞机向前推进。
接下来，我们来了解燃气涡轮发动机的推力计算。
燃气涡轮发动机的推力与燃烧室内的燃气流速和喷射速度相关。
喷射速度实际上是燃气速度，它可以通过马赫数和声速计算得到。
具体计算公式如下：推力=燃料流量×(喷射速度-进气速度)其中，燃料流量表示燃油的消耗速率，单位为千克/秒；喷射速度和进气速度分别表示喷射出口和进气口的速度，单位为米/秒。
最后，我们来了解燃气涡轮发动机的燃油消耗率计算。
燃油消耗率与燃气涡轮发动机的推力和效率相关。
燃气涡轮发动机的效率可以通过喷气比来计算，喷气比表示喷射出口的质量流量与进气流量之比。
根据热力学理论，喷气比可以通过下面的公式计算得到：喷气比=1/(1+空气-燃料比)其中，空气-燃料比表示进入燃烧室的空气质量流量与燃料质量流量之比。
燃油消耗率可以通过以下公式计算：燃油消耗率=燃料流量/推力通过这些公式，我们可以计算燃气涡轮发动机的推力和燃油消耗率。
这些参数可以在设计和优化飞机性能、计划航程和决策燃油储备等方面提供指导意义。
综上所述，民用航空燃气涡轮发动机的工作原理涉及进气系统、燃烧室和涡轮三个主要部分。
推力和燃油消耗率的计算可以通过公式计算得到。
掌握这些知识有助于我们更好地理解飞机发动机的工作原理和性能计算方法。
航空燃气涡轮发动机原理,王琴芳
航空燃气涡轮发动机原理引言航空燃气涡轮发动机（Gas Turbine Engine）是一种利用燃烧产生的高温高压气体驱动涡轮，从而产生推力的发动机。
它广泛应用于现代航空领域，是飞机的主要动力装置之一。
本文将详细解释航空燃气涡轮发动机的基本原理，包括工作循环、组成部分以及运行过程。
工作循环航空燃气涡轮发动机的工作循环主要包括压缩、燃烧和膨胀三个过程。
1.压缩（Compression）：在这个过程中，来自外部的空气经过进气口进入发动机，并经过多级压缩器（Compressor）进行压缩。
压缩器由多个转子和定子组成，通过旋转运动将空气逐渐压缩，并提高其温度和压力。
2.燃烧（Combustion）：在这个过程中，经过压缩后的空气进入到燃烧室（Combustion Chamber），与喷入的燃料混合并点燃。
燃烧产生的高温高压气体通过喷嘴喷向涡轮（Turbine）。
3.膨胀（Expansion）：在这个过程中，高温高压气体经过涡轮的作用，使其旋转并释放出能量。
涡轮与压缩机共用一根轴，因此涡轮的旋转也会带动压缩机的旋转。
同时，涡轮还通过输出轴将剩余的能量传递给飞机的推进系统，产生推力。
组成部分航空燃气涡轮发动机由多个组成部分构成，下面将对每个部分进行详细解释。
1.进气系统（Inlet System）：进气系统负责将外界空气引入发动机内部，并通过滤清器去除杂质。
进气口通常位于飞机的前部，并采用特殊设计以确保稳定流量和适当压力。
2.压缩系统（Compression System）：压缩系统由多级压缩器组成，其中的转子和定子通过旋转运动将空气逐渐压缩。
这样做不仅提高了空气的密度和温度，也为燃烧提供了必要的条件。
3.燃烧室（Combustion Chamber）：燃烧室是将压缩空气与喷入的燃料混合并点燃的地方。
在燃烧过程中，释放出的能量会使气体温度和压力升高，为后续的膨胀提供动力。
4.涡轮（Turbine）：涡轮是航空燃气涡轮发动机中最重要的组成部分之一。
燃气涡轮发动机工作原理
燃气涡轮发动机工作原理
燃气涡轮发动机是一种常见的航空发动机类型，它利用燃气的能量来产生推力。
该类型发动机主要由压气机、燃烧室、涡轮和喷管等部件组成。
首先，空气通过进气道进入压气机。
压气机中有一系列叶片，当空气经过叶片时，叶片将会加速并增加空气的压强。
这个过程使得空气被压缩，准备进入燃烧室。
接下来，被压缩的空气进入燃烧室，与燃料混合后点燃。
燃料的燃烧释放出高温和高压的燃气。
这些高温高压的燃气通过喷头喷到涡轮叶片上。
涡轮由高温高压燃气的冲击作用下开始旋转。
涡轮的旋转驱动压气机，使其能够继续向前压缩更多的空气。
同时，涡轮也驱动了喷气喷管（喷嘴），使得高速喷出的燃气产生向后的推力。
燃气涡轮发动机通过不断循环上述过程，使得发动机能够持续地产生推力。
更多的推力产生，取决于压气机的压缩效率、燃烧室的燃烧效率以及涡轮的性能。
此外，燃气涡轮发动机还通过调整喷气喷管的喷出速度和方向，实现飞行器的姿态控制。
总之，燃气涡轮发动机利用压气机将空气压缩，经过燃烧室的燃烧后释放出燃气，再通过涡轮的旋转驱动压气机和喷气喷管，产生推力。
这种工作原理使得燃气涡轮发动机成为现代航空业中最为重要的动力装置之一。
第一讲 燃气涡轮发动机概述
推力18000-22000 kg 耗油率比小涡扇低1/3 授课人 贾斯法
高涵道比涡扇发动机特点
起飞推力大 耗油率低 噪声低
授课人 贾斯法
第一代宽体客机
B747
1970年
L1011 (1972) DC-10 (1971)
71
高涵道比涡扇发动机
已在现代民机上广泛采用 A300、A310、A320、A330、A340, B737、B747、B757、B767、B777, A3XX B747-500X、 B717、A318、湾流Ⅴ
授课人
贾斯法
51
F-22用发动机－F119-PW-100
总压比 35 涵道比 ~0.2 涡轮前燃气温度 ~1850~1950 K 3+6___1+1 反向转动的双转子 推力 157.5 kN 推重比 10.0
授课人 贾斯法
52
F119 与 F100 比较
级数 17---11 少 6 级 零件数少 40% 中间推力大 47% 可使战斗机超声速巡航 巡航耗油率低 11% 可靠性、维修性好
授课人
贾斯法
40
加力式涡轮风扇发动机扇发动机 F-4“鬼怪”式战斗机 用涡扇(斯贝MK202)换装涡喷(J79)后 飞机性能的改进 最大M数 由 2.2→2.4 最大航程 ↑54% 加速到M=2的时间 ↓1/3 爬升到12000m的时间 ↓20%
授课人 贾斯法
41
加力式涡轮风扇发动机
60年代后期采用高循环参数 总压比≈25、T3≈1600K 发展高性能核心机 研制成专为先进战斗机用的、推重比为8.0一 级8的发动机 F100-PW-100→F-15 (1974)
2006年3月
航空发动机结构设计
涡轮发动机的工作原理、特点
一.涡轮发动机的工作原理、特点答：1.燃气涡轮喷气发动机工作原理：航空燃气涡轮喷气发动机是一种热机，将燃油燃烧释放出的热能转变为流经发动机气流的动能。
由于气流的速度增加而直接产生反作用推力，因此，这种发动机既是热机也是推进器特点：与航空活塞发动机相比，燃气涡轮喷气发动机结构简单，重量轻，推力大，推进效率高，而且在很大的飞行速度范围内，发动机的推力随飞行速度的增加而增加，然而其较高的耗油率逐渐被涡扇发动机所替代。
2.涡轮风扇发动机组成：进气道、风扇、低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮和喷管工作原理：涡扇发动机内路的工作情形与涡喷发动机相同。
即流入内含的空气通过高速旋转的风扇，低压压气机和高压压气机对空气做功，压缩空气，提高空气压力。
高压空气在燃烧室内和燃气混合，燃烧，将化学能转变为热能，形成高温高压的燃气。
高温高压燃气首先在高压涡轮内膨胀，推动高压涡轮旋转，去带动高压压气机，然后再低压涡轮内膨胀，推动低压涡轮旋转，去带动低压压气机和风扇，最后燃气通过喷管排入大气产生反作用推力。
特点：与涡喷发动机相比，涡扇发动机具有推力大，推进效率高，噪音低，在一定的飞行速度范围内燃油消耗率低等优点。
但涡扇发动机结构复杂，速度特性差。
目前民航干线飞机大多装配涡扇发动机。
二．轴流式压气机的基元增压原理答：轴流式压气机主要是利用扩散增压的原理来提高空气压力的。
（根据气动知识得知亚音速气流流过扩张形通道时）速度降低，压力升高。
参数分析。
基元级组成：由工作叶栅和整流器叶栅组成，两处叶栅通道均是扩形的三．压气机转子的结构形式分析图3-40答：（图3-40为CFM56发动机风扇后增压级转子，鼓筒靠精密螺栓固定于风扇轮盘后端，其外圆上作出三道凸缘，用拉刀一次拉出三级燕尾形榫槽，因此三级叶片数目相同，虽然对性能有一定影响，但加工却大大地简化）轴流式压气机转子的基本结构型式有三种：鼓式盘式鼓盘式特点鼓式：结构简单、零件数目少、加工方便、有较高的抗弯刚度，但由于受到强度的限制，目前在实际中应用的不广泛。
燃气涡轮发动机
燃气涡轮发动机航空燃气涡轮发动机有四种基本类型，即涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机。
在这些发动机中都有压气机、燃烧室和燃气涡轮，因此统称为燃气涡轮发动机。
航空燃气涡轮发动机仍属于热机的一种，因此从产生输出能量的原理上讲，燃气涡轮发动机和活塞式发动机是相同的，都需要有进气、加压、燃烧和排气这四个阶段。
室与喷入的燃油混合后燃烧，形成高温、高压的燃气，再进入燃气涡轮中膨胀作功，使涡轮高速旋转并输出功率。
由燃气涡轮出来的燃气，仍具有一定的能量，正是这股具有能量的燃气，才产生了发动机的推力或输出功率。
利用这股燃气能量的方式不同，就相应地产生了不同类型的燃气涡轮发动机。
燃气发生器燃气发生器由压气机、燃烧室和燃气涡轮（简称涡轮）所组成。
燃气发生器用于提供高压、高温的燃气。
燃气发生器又称发动机的核心机。
压气机的功用：依靠其高速旋转的工作叶轮对空气作功，提高空气的压力和温度，供给发动机工作时所需要的压缩空气。
压气机的类型：轴流式压气机、心式压气机离心式压气机。
轴流式压气机的主要部件是转子和静子。
由一排固定在轮盘上的工作叶片组成的轮子叫做叶轮（也称工作轮）。
叶轮在涡轮的带动下高速旋转而工作。
成一个整流环，固定在机匣上。
式压气机的一“级”，燃气涡轮发动机都采用多级的型式以提高压气机的增压能力。
离心式压气机的级增压比较高，结构简单可靠，稳定工作范围较宽，因而在一些小型发动机上得到了广泛的应用。
离心式压气机主要由导风轮、离心叶轮、扩压器、集气管等组成。
燃烧室将燃料中所含的化学能转化为热能，燃料在燃烧过程中所释放的热量使流过燃烧室的空气的温度提高。
燃气涡轮发动机航空燃气涡轮发动机是一种利用气体工质,把燃烧的热能转换为机械能的热力机。
发动机在产生推力或拉力的过程中,不仅气体的状态在不断改变,而且气体的能量也在不断地转换。
第二次世界大战以前,飞机上的动力绝大多数是以汽油为燃料的活塞式航空发动机。
大战中,涡轮喷气发动机问世。
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燃气涡轮发动机
1.压气机、燃烧室、涡轮称为燃气发生器，燃气发生器又称为核心机。
2.发动机压力比EPR：低压涡轮出口总压与低压压气机进口总压之比，同气流通过发动机的
加速成比例。
表征推力。
发动机涵道比：指涡扇发动机通过外涵的空气质量流量与通过内涵的空气质量流量之比。
涵道比为1左右是低涵道比，2～3左右是中涵道比，4以上的高涵道比。
低涵道比发动机产生推力是热排气高温高压。
高涵道产生推力是风扇。
风扇转速n1：对于高涵道比涡扇发动机，由于风扇产生的推力占绝大部分，风扇转速也是推力表征参数。
3.总推力是指当飞机静止时发动机产生的推力，包括由排气动量产生的推力和喷口静压和环
境空气静压之差产生的附加推力。
4.当量轴功率ESHP：计算总的功率输出时，轴功率加上喷气推力的影响。
5.进气道的流量损失用进气道的总压恢复系数σi表示：σi = p1*/ p0* (进气道出口截面
总压 / 进气道前方来流总压) ＜1
6.喘振：压气机喘振是气流沿压气机轴线方向发生的低频率、高振幅的振荡现象。
喘振的根
本原因是由于气流攻角过大，使气流在叶背处发生分离，而且这种气流分离严重扩展至整个叶栅通道。
7.VSV偏开导致高压压气机流量系数变大，气流在压气机叶盆会发生偏离，形成涡流状态；
高压压气机会变轻，高压压气机转速上升，由于高压压气机出现涡轮状态，导致压气机进气量下降，此时风扇的流量系数下降，会在风扇和低压压气机叶片背处出现分离，发生喘振现象，之后风扇和低压压气机所需的功率上升，低压转子呈减速降低趋势。
为保证发动机风扇的转速不变，发动机控制系统就会增加燃油流量，t3*与EGT上升，涡轮做功能力上升，保证风扇转速n1不变，n2上升。
8.防喘措施：防止压气机失速和喘振的方法常用：放气活门、压气机静止叶片可调和采用多
转子。
9.压气机结构的核心是转子组件和机匣。
10.转子的基本类型有鼓式、盘式和鼓盘式。
11.每个高压压气机总是有CDP (压气机排气压力) 密封，位于最后一级压气机的后面。
该密封防止压气机出口气流进入燃烧室下面的轴承区域。
12.空气/燃油比在富油和贫油极限之间的范围随空气速度的增加而减小，如果空气的质
量流量增加超过一定的值就会熄火。
13.由压气机来的空气分成两股进入燃烧室：第一股由燃烧室的头部经过旋流器进入，约
25%左右，与燃油混合，组成余气系数稍小于1的混合气进行燃烧。
第二股气流由火焰筒壁上开的小孔及缝隙进入燃烧室，占总进气量的75%左右，用于降低空气速度，补充燃烧，与燃气掺混，稀释并降低燃气温度，满足涡轮对温度的要求。
14.涡轮的类型有径向内流式（单级）和轴流式（多级）。
15.涡轮叶片有三种型式：冲压式（恒压式）、反力式和冲击反力式。
16.转子支承方案：压气机转子前有 1 个支点，涡轮转子后有 0 个支点，压气机与涡
轮转子之间有 3 个支点，整个转子共支承于 4 个支点上。
17.①被控对象:被控制的物体或过程, 如发动机。
②控制装置:用以完成既定控制任务的
机构总和。
控制系统：由①②组成。
18.燃油控制器外场允许的调整部位有：燃油比重、慢车转速、部分功率调整钉。
19.纯喷气发动机和低涵道比发动机中，噪声的主要来源的尾喷气流。
20.高涵道比发动机的固有特点是它比任何其他类型的燃气涡轮具有更低的排气速度(噪
声较小)，主要噪声源是风扇、涡轮。
21.发动机为何要试车：安装完毕为确认故障，检修飞机系统，修理完成后，闲置一定时
间后。
22.启动的常见故障：启动超温，转速悬挂，振动过大，启动机不能自动脱开以及发动机
的参数摆动，喘振等故障。
23.风扇叶片要做平衡：当振动值过大或更换叶片后。
更换方法：整流锥后有一排螺钉孔，
拧入不同长度的的平衡螺钉。
24.发动机的更换方法：自持系统法，升起加载器，吊车支持的吊锁法。
25.慢车状态：是稳定的状态，耗油量和推力很低。
26.发动机燃油添加剂：防冰和防微生物腐蚀。
27.轴流式压气机的做功原理：扩散增压；本质是给气流做功。
28.进气道防冰：靠高压压气机引气。
29.FADEC系统分成7个分系统，实施两方面的基
本功能：（右图）
信息处理和发动机控制。
信息处理是只FADEC输
入、处理和输出
大量电子数据，也使FADEC计算机直接地同飞机
其他计算系统通
信：发动机指示和机组警告系统，中央维护计算
机，大气数据计
算机，自动油门系统等。
信息处理有两个子系统：
传感子系统和处
理子系统。
传感子系统由发动机传感器和探头组
成，向处理子系统
提供发动机环境和工作信息。
处理子系统包括永磁式发电机，发动
机额定值塞，发动机序列号塞和电子控制装置。
发动机控制功能包括燃油计量子系统，主空气流量控制子系统，
主动间隙控制子系统，冷却空气流量控制子系统和发动机启动与点火。