发动机原理(航空)课件：第二章第四节 压气机
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发动机原理(第二章压气机)
δ = β2k − β2
β2k 几何出口角 β2 出口气流角
压气机实际压缩功
W k = CpT
* 1 * [( π k )
γ −1 γ
* − 1] / η k
压缩功与进口气流总温、 压缩功与进口气流总温、增压比 成正比， 成正比，与效率成反比
动叶叶栅速度三角形
一级： 一级：
U1 ≈U2
将进、 将进、出口 速度三角形 叠画在一起， 叠画在一起， W和V均向 和 均向 转动方向发生 偏转： 偏转： W2 < W1 V2 > V1
动叶增压原理
伯努利方程(机械能守恒 伯努利方程 机械能守恒) 机械能守恒
2
相对坐标系 dp>0 W2< W1 > 叶型弯曲形成扩张 通道， 通道，相对速度减 小，压力提高
γ −1 * γ
* − 1] / η k
绝热效率等于理想压缩功与实际压缩功之比。 绝热效率等于理想压缩功与实际压缩功之比。 损失
叶型损失
流动 分离 尾迹 激波
环面损失 (二次流损失 二次流损失) 二次流损失
环面附面层 漏气 潜流
攻角
i = β1k − β1
β1k 几何进口角 β1 进口气流角 落后角
4、全台压气机 、
沿压气机轴向，随气体不断被增压，气体密度 沿压气机轴向，随气体不断被增压， 加大，气流通道逐级缩小， 加大，气流通道逐级缩小，叶片变短
三、热力过程及主要参数
1、热力过程 、
– 理想情况：绝热等熵压缩 理想情况： – 实际情况：多变压缩 实际情况：
h 2i
理想压缩功 等熵
2
多变
扭速
∆Wu = W1u − W2u
增加叶栅的弯曲程度，增大扩张程度， 增加叶栅的弯曲程度，增大扩张程度，可以增加扭速
航空发动机基本原理PPT课件
第50页/共82页
第51页/共82页
第52页/共82页
第53页/共82页
第54页/共82页
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第56页/共82页
第57页/共82页
带有外涵道的桨扇发动机
第58页/共82页
第59页/共82页
新型的HK-93涵道浆扇发动机(俄罗斯)
优点：涵道比大,省油; 增加10%推力; 减少噪音。 缺点：造价提高。
第60页/共82页
第61页/共82页
第62页/共82页
第63页/共82页
9.真空能发动机
现代物理学认为：真空不是一无所有,“真空 是物质的凝聚态”(李政道语),真空是能量海,蕴藏 着极大的能量。有人说1立方厘米真空里面含有 1095克的能量,通过质能互换定理(E=mc2),可以 把真空中的能量看成无穷大。
第40页/共82页
第41页/共82页
第42页/共82页
6.涡轮轴发动机(功率大,直升机用)
动力输出
高压压气机
回流燃烧系统
低压压气机
普通涡轮
自由动力涡轮
进气道 双轴涡轮轴发动机(带自由动力涡轮的)
燃烧室
第43页/共82页
第44页/共82页
第45页/共82页
7.涡轮螺旋桨发动机(噪音小,寿命长,中低速飞机用)
小平同志亲自批示,太行发动机正式立项。 2009年,吴大观在北京去世。
第35页/共82页
5.涡轮风扇发动机(油耗低,难度高,大型民用客机用)
靠涡轮驱动
冷却引擎,降 低引擎噪音
靠涡轮驱动
中心轴
第36页/共82页
非加力式涡扇发动机
第37页/共82页
第38页/共82页
加力式涡扇发动机
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带有外涵道的桨扇发动机
第58页/共82页
第59页/共82页
新型的HK-93涵道浆扇发动机(俄罗斯)
优点：涵道比大,省油; 增加10%推力; 减少噪音。 缺点：造价提高。
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9.真空能发动机
现代物理学认为：真空不是一无所有,“真空 是物质的凝聚态”(李政道语),真空是能量海,蕴藏 着极大的能量。有人说1立方厘米真空里面含有 1095克的能量,通过质能互换定理(E=mc2),可以 把真空中的能量看成无穷大。
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6.涡轮轴发动机(功率大,直升机用)
动力输出
高压压气机
回流燃烧系统
低压压气机
普通涡轮
自由动力涡轮
进气道 双轴涡轮轴发动机(带自由动力涡轮的)
燃烧室
第43页/共82页
第44页/共82页
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7.涡轮螺旋桨发动机(噪音小,寿命长,中低速飞机用)
小平同志亲自批示,太行发动机正式立项。 2009年,吴大观在北京去世。
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5.涡轮风扇发动机(油耗低,难度高,大型民用客机用)
靠涡轮驱动
冷却引擎,降 低引擎噪音
靠涡轮驱动
中心轴
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非加力式涡扇发动机
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加力式涡扇发动机
04第四讲 航空发动机核心机――压气机精品PPT课件
成都航空职业技术学院
8
航空发动机原理和结构
成都航空职业技术学院
9
航空发动机原理和结构
成都航空职业技术学院
10
航空发动机原理和结构
混合式
在中、小型发动机上，轴流式和离心 式组成混合压气机，发挥了离心压气机单 级增压比高的优点，避免了轴流式压气机 叶片高度很小时损失增大的特点。
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转子
静子
压气机
成都航空职业技术学院
19
航空发动机原理和结构
成都航空职业技术学院
20
航空发动机原理和结构
转子基本结构
主要特点：转速高 优点：压气机在尺寸小，重量轻的条件 下得到需要的性能
缺点：高负荷，易振动
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21
航空发动机原理和结构
压气机转子的基本类型
成都航空职业技术学院
22
航空发动机原理和结构
11
航空发动机原理和结构
成都航空职业技术学院
12
航空发动机原理和结构
单转子
成都航空职业技术学院
13
航空发动机原理和结构
双转子
成都航空职业技术学院
14
航空发动机原理和结构
三转子
成都航空职业技术学院
15
航空发动机原理和结构
基元级的加功扩压原理
亚声速基元级
动叶叶栅迫使气流拐弯减速， 实现加功扩压
47
航空发动机原理和结构
轴流式压 气机静子
压气机静子为压 气机中不旋转的 部件，由机匣和 静子叶片（整流 叶片）组成
成都航空职业技术学院
48
航空发动机原理和结构
成都航空职业技术学院
49
发动机原理(第二章压气机)
动叶增压原理
伯努利方程(机械能守恒)
相对坐标系 dp0 W2 W1 叶型弯曲形成扩张 通道，相对速度减 小，压力提高
1
2
dp
W22 W12 2
W fr 0
动叶增压原理
相对坐标系
1
2
dp
W22 W12 2
Wu
W fr 0
dp V22 V12 2
离心式压气机
• 气体靠离心增压 • 气体随工作轮作圆周 运动时，气体微团受 到离心惯性力的作用， 而且气体微团所在半 径越大，所受离心惯 性力就越大，工作叶 轮外径处气流的压强 比内径处压强高，气 体流经工作轮过程中 压力逐步升高
轴流式压气机
轴向进气，轴向排气 优点：流通能力强、径向尺寸小、效率高 缺点：结构复杂、级增压能力小、轴向尺寸长、零件多 适合：高推力级、高速飞行飞机发动机
(1)气流在静子叶栅中的流动
气体作绝能流动 伯努利方程 2 2 3 V V dp 3 2 W fs 0 2 2 dp0 V3 V2 对于亚音气流， 减速必须经过 扩张形通道
静子叶栅
利用叶型偏向轴线
弯曲，使叶片之间 形成扩张形气流通 道；
在静子叶片中的增
压原理：减速增压
落后角
2k 2
2k 几何出口角 2 出口气流角
压气机实际压缩功
Wk CpT1*[( k )
1 *
* 1] / k
压缩功与进口气流总温、增压比
成正比，与效率成反比
(2)气流在动叶叶栅中的流动
速度三角形 进口：
航空发动机压气机
第二章 压气机
2.1 离心式压气机 2.2 轴流式压气机 2.3 轴流式压气机转子的基本结构 2.4 鼓盘式转子 2.5 工作叶片 2.6 榫头 2.7 轴流式压气机静子 2.8 压气机防喘系统 2.9 防冰系统 2.10 封气装置
1
第二章 压气机
压气机是用来提高进入发动机内的空气压力，供给发动机工作 时所需要的压缩空气，也可以为座舱增压、涡轮散热和其他发动机 的起动提供压缩空气。
不可拆卸的转子重量轻、结构简单、有足够的横向刚性，能 良好地定心和可靠地传力，因而曾被广泛采用。在结构许可的 条件下，采用焊接或整体加工成型的转子，有利于减轻转子重 量，提高工作可靠性，改进转子的平衡性，便于生产中的质量 控制，是重要的发展方向。
随着焊接技术的发展，在现代先进发动机中采用焊接式转 18
7
2.2轴流式压气机
空气在轴流式压气机中的流动方向大致平行于工作 轮轴．所以称为轴流式压气机：它的流动特点使其在结 构上容易组织多级压缩，以每一级都较低的增压压力比 获得较高的压气机总增压压力比。一般每级的增压压力 比在1．15～1．35之间，使得空气流经每级叶片通道时 无需急剧地改变方向，这样就减少了流动损失，因而压 气机效率高。特别是大流量时，轴流式压气机较离心式 压气机更容易获得较高的压气机效率，一般轴流式压气 机效率可达87％以上，而离心式压气机效率最高在84 ％—85％、与离心式压气机相比，多级轴流式压气机还 具有大流量，高效率、小迎风面积等优点．所以现代航 空用燃气涡轮发动机中多采用多级轴流式压气机。
1．不可拆却的鼓盘式转子 不可拆卸的鼓盘式转子的级间联接常用圆柱面紧度配合加径
向销钉联接和焊接两种方法．这两种方法在完成装配后都不可能 再进行无损分解。在先进的F119发动机上是直接整体加上成型。
2.1 离心式压气机 2.2 轴流式压气机 2.3 轴流式压气机转子的基本结构 2.4 鼓盘式转子 2.5 工作叶片 2.6 榫头 2.7 轴流式压气机静子 2.8 压气机防喘系统 2.9 防冰系统 2.10 封气装置
1
第二章 压气机
压气机是用来提高进入发动机内的空气压力，供给发动机工作 时所需要的压缩空气，也可以为座舱增压、涡轮散热和其他发动机 的起动提供压缩空气。
不可拆卸的转子重量轻、结构简单、有足够的横向刚性，能 良好地定心和可靠地传力，因而曾被广泛采用。在结构许可的 条件下，采用焊接或整体加工成型的转子，有利于减轻转子重 量，提高工作可靠性，改进转子的平衡性，便于生产中的质量 控制，是重要的发展方向。
随着焊接技术的发展，在现代先进发动机中采用焊接式转 18
7
2.2轴流式压气机
空气在轴流式压气机中的流动方向大致平行于工作 轮轴．所以称为轴流式压气机：它的流动特点使其在结 构上容易组织多级压缩，以每一级都较低的增压压力比 获得较高的压气机总增压压力比。一般每级的增压压力 比在1．15～1．35之间，使得空气流经每级叶片通道时 无需急剧地改变方向，这样就减少了流动损失，因而压 气机效率高。特别是大流量时，轴流式压气机较离心式 压气机更容易获得较高的压气机效率，一般轴流式压气 机效率可达87％以上，而离心式压气机效率最高在84 ％—85％、与离心式压气机相比，多级轴流式压气机还 具有大流量，高效率、小迎风面积等优点．所以现代航 空用燃气涡轮发动机中多采用多级轴流式压气机。
1．不可拆却的鼓盘式转子 不可拆卸的鼓盘式转子的级间联接常用圆柱面紧度配合加径
向销钉联接和焊接两种方法．这两种方法在完成装配后都不可能 再进行无损分解。在先进的F119发动机上是直接整体加上成型。
飞机压气机
沿叶高不相等。
压气机转子沿叶高方向是扭转的
②工作叶轮后空气旋转流
பைடு நூலகம்
场中，必然产生径向压力差，
半径越大，静压越高，使气 体微团产生向心加速度。 基元级叶栅形状和气流流 入角沿叶高不同，因此轴流 压气机的工作轮叶片和导流 器叶片呈扭曲状。
3.3 轴流式压气机的喘振
压气机非稳定工况可以分为两大类。
结构
就是一个盘，盘上 有沿径向排布的叶片。
叶轮 结构
分为导风轮和叶轮，中小型压气机两者做成一体，
大型压气机则装配在一起（大多数分开，为什么？）。 导风轮：使轴向进来的气流能更容易流进叶轮，一 般在叶轮的中央加工有一朝旋转方向扭转的叶片
叶轮 分类
叶轮
分类
叶轮 分类
叶轮 分类
扩压器
叶片式扩压器
叶轮的出口环
腔内沿周向装有 许多叶片，这些 叶片排布时与叶 轮相切，并且相 邻两叶片之间形 成扩张通道。
扩压器
管式扩压器
按气流流线方
向弯曲的，截面 形状为扩张形的 若干根管子。 不但降速扩压， 同时还从径向转 变为轴向流动。
集气管 作用
进一步降低
气流速度，提高 压力，并把压缩 空气送入燃烧室。
变化的关系通常称为压气机的流量特性。用曲线表示这些
参数之间的关系称为特性曲线。
压气机特性实验
在一定的压力、温度下：
固定转速，改变容积流量,用流量测量管测取流量。
在不同转速下做这个实验，就可以得到每个转速下，空 气流量与增压比之间的关系
压气机的工作特性
在某一转速下流过压气机 的空气流量有最大值和最小 值。所有最小流量连接起来 为“不稳定边界”（旋转失 速和喘振）。 流量特性线最右端为流量 阻塞点（流量再无法增加）。 随着空气流量减少，增压比增加。但增加到一定程度，增 压比有所降低，最后到达喘振边界。 实际发动机中，在稳定状态下，需要确定压气机在每个转 速下的工作点，把每个转速下的工作点连在一起就是稳态工 作线。（当代，工作线很靠近喘振边界）
压气机转子沿叶高方向是扭转的
②工作叶轮后空气旋转流
பைடு நூலகம்
场中，必然产生径向压力差，
半径越大，静压越高，使气 体微团产生向心加速度。 基元级叶栅形状和气流流 入角沿叶高不同，因此轴流 压气机的工作轮叶片和导流 器叶片呈扭曲状。
3.3 轴流式压气机的喘振
压气机非稳定工况可以分为两大类。
结构
就是一个盘，盘上 有沿径向排布的叶片。
叶轮 结构
分为导风轮和叶轮，中小型压气机两者做成一体，
大型压气机则装配在一起（大多数分开，为什么？）。 导风轮：使轴向进来的气流能更容易流进叶轮，一 般在叶轮的中央加工有一朝旋转方向扭转的叶片
叶轮 分类
叶轮
分类
叶轮 分类
叶轮 分类
扩压器
叶片式扩压器
叶轮的出口环
腔内沿周向装有 许多叶片，这些 叶片排布时与叶 轮相切，并且相 邻两叶片之间形 成扩张通道。
扩压器
管式扩压器
按气流流线方
向弯曲的，截面 形状为扩张形的 若干根管子。 不但降速扩压， 同时还从径向转 变为轴向流动。
集气管 作用
进一步降低
气流速度，提高 压力，并把压缩 空气送入燃烧室。
变化的关系通常称为压气机的流量特性。用曲线表示这些
参数之间的关系称为特性曲线。
压气机特性实验
在一定的压力、温度下：
固定转速，改变容积流量,用流量测量管测取流量。
在不同转速下做这个实验，就可以得到每个转速下，空 气流量与增压比之间的关系
压气机的工作特性
在某一转速下流过压气机 的空气流量有最大值和最小 值。所有最小流量连接起来 为“不稳定边界”（旋转失 速和喘振）。 流量特性线最右端为流量 阻塞点（流量再无法增加）。 随着空气流量减少，增压比增加。但增加到一定程度，增 压比有所降低，最后到达喘振边界。 实际发动机中，在稳定状态下，需要确定压气机在每个转 速下的工作点，把每个转速下的工作点连在一起就是稳态工 作线。（当代，工作线很靠近喘振边界）
飞机发动机原理与结构—压气机
特点：鼓式转子结构简单，零件数目少，加工方便， 具有较高的抗弯刚性，但 是承受离心载荷能力差，只能在圆周速度较低的条件下使用。
举例：CFM56 发动机低压压气机的转子采用的就是鼓式转子。
一. 轴流式压气机的结构
（1）鼓式转子
CFM56低压压气机的转子
一. 轴流式压气机的结构
（2）盘式转子
结构形式：盘式转子由一根轴和若干个轮盘组成，用轴将各级轮盘联成一体。
2
转子叶片
3
压气机静子
4 轴流式压气机的工作原理
二.转子叶片 1. 叶片叶身特点
特点：数量多，尺寸形状复杂 组成：叶身 + 榫头
二.转子叶片 1. 叶片叶身特点
（1）叶身扭转：叶尖处叶型弯度小，安装角大，叶根处叶型弯度大，安装角小； （2）减振凸台：减振；减小空气流量,效率下降，离心力增加； （3）加强筋：减震的一种形式； （4）宽弦叶片：叶栅通道面积大，喘振裕度大，级效率高，减振效果好；
二. 转子叶片
2. 榫 头
周向燕尾形榫头
——简单，加工费用低，允许单独更换，所以一般用于压气机后几级 （叶片小，相应的离心负荷小）。
周燕尾型榫头叶片
周燕尾型榫槽
二. 转子叶片
3. 叶片的槽向固定
（a）榫头凸块和锁片固定
作用：防止叶片沿槽向
移动。
固定方法：
• 卡圈 • 锁片 • 挡销
（b）挡销和锁片固定 （c）（d）锁片固定 （e）弹簧卡圈固定 （f）锁丝固定
优点：
• 增加刚性，改变叶片的固有频率，降低叶片根部的弯 曲扭转应力。
• 减震凸台结合面上喷涂耐磨合金，当叶片发生振动时， 结合面互相摩擦，可起阻尼减振的作用。
缺点：
• 增加叶片的重量，使叶片的离心负荷加大； • 连接处局部加厚，使流道面积减少2%，减少发动机的
举例：CFM56 发动机低压压气机的转子采用的就是鼓式转子。
一. 轴流式压气机的结构
（1）鼓式转子
CFM56低压压气机的转子
一. 轴流式压气机的结构
（2）盘式转子
结构形式：盘式转子由一根轴和若干个轮盘组成，用轴将各级轮盘联成一体。
2
转子叶片
3
压气机静子
4 轴流式压气机的工作原理
二.转子叶片 1. 叶片叶身特点
特点：数量多，尺寸形状复杂 组成：叶身 + 榫头
二.转子叶片 1. 叶片叶身特点
（1）叶身扭转：叶尖处叶型弯度小，安装角大，叶根处叶型弯度大，安装角小； （2）减振凸台：减振；减小空气流量,效率下降，离心力增加； （3）加强筋：减震的一种形式； （4）宽弦叶片：叶栅通道面积大，喘振裕度大，级效率高，减振效果好；
二. 转子叶片
2. 榫 头
周向燕尾形榫头
——简单，加工费用低，允许单独更换，所以一般用于压气机后几级 （叶片小，相应的离心负荷小）。
周燕尾型榫头叶片
周燕尾型榫槽
二. 转子叶片
3. 叶片的槽向固定
（a）榫头凸块和锁片固定
作用：防止叶片沿槽向
移动。
固定方法：
• 卡圈 • 锁片 • 挡销
（b）挡销和锁片固定 （c）（d）锁片固定 （e）弹簧卡圈固定 （f）锁丝固定
优点：
• 增加刚性，改变叶片的固有频率，降低叶片根部的弯 曲扭转应力。
• 减震凸台结合面上喷涂耐磨合金，当叶片发生振动时， 结合面互相摩擦，可起阻尼减振的作用。
缺点：
• 增加叶片的重量，使叶片的离心负荷加大； • 连接处局部加厚，使流道面积减少2%，减少发动机的
发动机原理-压气机
备。
汽车发动机中的压气机通常与 发动机曲轴联动，利用发动机
的旋转来驱动压气机工作。
为了提高效率和减少能耗，汽 车发动机中的压气机通常采用 高效的设计，如采用高效的叶 轮和良好的密封措施。
汽车发动机中的压气机也需要 定期维护和检修，以确保其正 常工作和可靠性。
其他领域的应用
01
02
03
04
除了航空和汽车领域，压气机 还广泛应用于工业领域，如压 缩机站、气体分离和液化等。
现代航空发动机通常采用多级轴流式 压气机，这种设计能够提供更高的压 缩效率，同时降低能耗。
压气机的维护和检修对于确保航空发 动机的安全和可靠性至关重要，需要 定期进行清洗、检查和更换损坏的零 件。
汽车发动机中的压气机
在汽车发动机中，压气机通常 被称为空气压缩机，用于压缩 空气以供应制动系统、气瓶、 空调和其他需要压缩空气的设
空气的压缩
总结词
压缩过程是压气机工作的核心，主要通过压气机的旋转叶片实现。
详细描述
吸入的空气在压气机的叶片作用下开始压缩，随着叶片的旋转，空气被逐渐压缩，压力和温度也随之升高。这个 过程中，空气的体积被减小，密度增大，以便于更有效地进行燃烧。
空气的排
总结词
排出过程是压气机工作的最后一步， 主要通过排气口实现。
压气机的种类
离心式压气机
离心式压气机利用旋转叶片的离心力将空气吸入并压缩。其结构简单，可靠性 高，但效率较低。
轴流式压气机
轴流式压气机利用高速旋转的叶片将空气吸入并沿轴向流动，通过叶片的多次 压缩达到高压。其效率较高，但结构复杂，维护成本较高。
压气机的工作原理
01
02
03
空气吸入
压气机通过进气道吸入空 气。
汽车发动机中的压气机通常与 发动机曲轴联动，利用发动机
的旋转来驱动压气机工作。
为了提高效率和减少能耗，汽 车发动机中的压气机通常采用 高效的设计，如采用高效的叶 轮和良好的密封措施。
汽车发动机中的压气机也需要 定期维护和检修，以确保其正 常工作和可靠性。
其他领域的应用
01
02
03
04
除了航空和汽车领域，压气机 还广泛应用于工业领域，如压 缩机站、气体分离和液化等。
现代航空发动机通常采用多级轴流式 压气机，这种设计能够提供更高的压 缩效率，同时降低能耗。
压气机的维护和检修对于确保航空发 动机的安全和可靠性至关重要，需要 定期进行清洗、检查和更换损坏的零 件。
汽车发动机中的压气机
在汽车发动机中，压气机通常 被称为空气压缩机，用于压缩 空气以供应制动系统、气瓶、 空调和其他需要压缩空气的设
空气的压缩
总结词
压缩过程是压气机工作的核心，主要通过压气机的旋转叶片实现。
详细描述
吸入的空气在压气机的叶片作用下开始压缩，随着叶片的旋转，空气被逐渐压缩，压力和温度也随之升高。这个 过程中，空气的体积被减小，密度增大，以便于更有效地进行燃烧。
空气的排
总结词
排出过程是压气机工作的最后一步， 主要通过排气口实现。
压气机的种类
离心式压气机
离心式压气机利用旋转叶片的离心力将空气吸入并压缩。其结构简单，可靠性 高，但效率较低。
轴流式压气机
轴流式压气机利用高速旋转的叶片将空气吸入并沿轴向流动，通过叶片的多次 压缩达到高压。其效率较高，但结构复杂，维护成本较高。
压气机的工作原理
01
02
03
空气吸入
压气机通过进气道吸入空 气。
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• 静叶
– 使在动叶中获得能量的气流，通过扩张叶栅通 道减速增压
– 同时静子还起导向作用将气流引导到一定方向 ，为顺利进入下一级做准备
对于亚音气流，减速 必须经过扩张形通道
2020年9月27日
15Βιβλιοθήκη 三、轴流式压气机增压原理2、亚音基元级增压原理 • 气流在静叶栅中的流动
– 利用叶型偏向轴线弯曲，使叶片之间形成扩张 形气流通道；
– 气体流经扩张通道减速增压（亚音速）；
2020年9月27日
16
三、轴流式压气机增压原理
2、亚音基元级增压原理 • 动叶栅
– 转子（工作轮）：叶片、盘、轴 – 静子（导向器）：叶片、机匣
• 转子在前、静子在后，交错排列
静子
转子 2020年9月27日
11
三、轴流式压气机增压原理
2、亚音基元级增压原理 • 分解
– 级基元级平面叶栅
• 平面叶栅
– 动叶栅 – 静叶栅
2020年9月27日
12
三、轴流式压气机增压原理
2、亚音基元级增压原理 • 截面编号
2020年9月27日
3
第二章 发动机部件工作原理
• 第一节 气动热力基础 • 第二节 进气道 • 第三节 尾喷管 • 第四节 压气机 • 第五节 涡轮 • 第六节 燃烧室
2020年9月27日
4
第四节 压气机
一、生活中的叶轮机
风车、水车、电风扇、鼓风机、汽轮机、水轮机、 水泵、螺旋桨（飞机、轮船）……
2020年9月27日
17
三、轴流式压气机增压原理
2、亚音基元级增压原理
• 气体在动叶栅中的流动：
• 速度三角形（进口）：
– 气流流向动叶的绝对速度V1；
– 叶片转动切线速度为U1； – 气流进入动叶的相对速度为W1。
• 速度三角形（出口）：
– 气流流出动叶的相对速度为W2；
– 叶片转动切线速度为U2；
•否 • 如果不对气体作功，只靠减速增压，压力
增加程度充其量等于来流总压； • 动叶对气体作功加入能量，增加绝对动能
，使气流在其后的静叶中有足够的能量减 速增压； • 排列顺序：动叶在前，静叶在后。
2020年9月27日
29
三、轴流式压气机增压原理
级增压原理：
• 动叶
– 加功增速 – 靠扩张叶栅通道减相对速度，增加压力；
• 然后气流转弯速度 降到W2 ，静压进 一步提高
• Mw1=1.3-1.5, 总压恢复系数=0.97-0.94
级增压比=1.8-2.2
2020年9月27日
25
三、轴流式压气机增压原理
4、压气机级 • 叶片扭转
因沿叶高的切线速度大小不同 相对速度大小和方向均不同 速度三角形不同；
2020年9月27日
第二章 发动机部件工作原理
内容回顾
• 进气道
– 功能和要求 – 进气道的性能参数：总压恢复系数与冲压比 – 亚音速进气道和超音速进气道的基本工作原理 – 超音速进气道的三种基本类型及优缺点 – 超音速进气道的三种工作状态 – 超音速进气道的调节
2020年9月27日
2
内容回顾
• 尾喷管
– 功能和要求 – 尾喷管的分类(纯收敛型、收敛-扩张型) – 纯收敛型尾喷管的三种工作状态和推力公式 – 收敛-扩张型尾喷管四种主要类型
• 伯努利方程（绝对坐标系）
•
Wu
2 1
dp
V22
V12 2
两式相减，得：
Wfr Wu
V22
V12 2
W12
W22 2
压气机对气体作轮缘功＝绝对动能增量+相对动能增量
动叶增压原理：加功、增速、增压
2020年9月27日
21
三、轴流式压气机增压原理
2、亚音基元级增压原理 • 流动本质：
– 气体在动叶和静叶中的流动过程，本质上都是 亚音速气体的减速增压过程。
2020年9月27日
22
三、轴流式压气机增压原理
2、亚音基元级增压原理 • 压气机叶栅
2020年9月27日
23
三、轴流式压气机增压原理
2、亚音基元级增压原理 • 气体在轴流压气机中的参数变化
2020年9月27日
24
三、轴流式压气机增压原理
3、超音叶栅增压原理
• 进口超音速气流W1 经激波后降为亚音 流W2’ ，静压提高
26
三、轴流式压气机增压原理
4、压气机级 • 叶片扭转
2020年9月27日
27
三、轴流式压气机增压原理
5、全台压气机 • 沿压气机轴向，随气体不断被增压，气体
密度加大，气流通道逐级缩小，叶片变短
2020年9月27日
28
三、轴流式压气机增压原理
思考：是否可以只采用静子叶片减速增压？ 可否取消动叶？
2020年9月27日
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一、生活中的叶轮机
小涵道比涡轮风扇发动机
2020年9月27日
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二、功能、要求及分类
• 功能 加功增压，即对气流进行压缩以提高压力
• 设计要求 流通能力强、效率高、稳定、重量轻
• 分类 离心式和轴流式
2020年9月27日
10
三、轴流式压气机增压原理
1、组成 • 多级组成，每一级由转子与静子组成。
– 气流流出动叶的绝对速度为V2。
2020年9月27日
18
三、轴流式压气机增压原理
2、亚音基元级增压原理 • 气体在动叶栅中的流动：
– 近似认为动叶前后切向速度不变U1 U2 – 气流在动叶中相对速度降低，W2 W1（减速增压） – 气流流经动叶的绝对速度增加，即V2 V1（转子做功）
2020年9月27日
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三、轴流式压气机增压原理
2、亚音基元级增压原理 • 气体在动叶栅中的流动： • 伯努利方程（相对坐标系）
2
1
dp
W22
W12 2
Wfr
0
• dp0 W2 W1
叶型弯曲形成扩张通道，相对 速度减小，压力提高
2020年9月27日
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三、轴流式压气机增压原理
2、亚音基元级增压原理
• 气体在动叶栅中的流动：
2020年9月27日
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一、生活中的叶轮机
• 电脑芯片的风扇：
– 由微型电机驱动，向散热器提供冷却空气
• 发动机的压气机：
– 由涡轮驱动，向燃烧室提供高压空气
2020年9月27日
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一、生活中的叶轮机
• 压气机
1.5个大气压 3个大气压 30个大气压
2020年9月27日
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一、生活中的叶轮机
大涵道比涡轮风扇发动机
– 1 动叶进口 – 2 动叶出口（静叶进口） – 3 静叶出口
2020年9月27日
13
三、轴流式压气机增压原理
2、亚音基元级增压原理 • 静叶栅
2020年9月27日
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三、轴流式压气机增压原理
2、亚音基元级增压原理 • 气流在静叶栅中的流动 伯努利方程
3
2
dp
V32
V22 2
Wfs
0
dp0 V3 V2
– 使在动叶中获得能量的气流，通过扩张叶栅通 道减速增压
– 同时静子还起导向作用将气流引导到一定方向 ，为顺利进入下一级做准备
对于亚音气流，减速 必须经过扩张形通道
2020年9月27日
15Βιβλιοθήκη 三、轴流式压气机增压原理2、亚音基元级增压原理 • 气流在静叶栅中的流动
– 利用叶型偏向轴线弯曲，使叶片之间形成扩张 形气流通道；
– 气体流经扩张通道减速增压（亚音速）；
2020年9月27日
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三、轴流式压气机增压原理
2、亚音基元级增压原理 • 动叶栅
– 转子（工作轮）：叶片、盘、轴 – 静子（导向器）：叶片、机匣
• 转子在前、静子在后，交错排列
静子
转子 2020年9月27日
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三、轴流式压气机增压原理
2、亚音基元级增压原理 • 分解
– 级基元级平面叶栅
• 平面叶栅
– 动叶栅 – 静叶栅
2020年9月27日
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三、轴流式压气机增压原理
2、亚音基元级增压原理 • 截面编号
2020年9月27日
3
第二章 发动机部件工作原理
• 第一节 气动热力基础 • 第二节 进气道 • 第三节 尾喷管 • 第四节 压气机 • 第五节 涡轮 • 第六节 燃烧室
2020年9月27日
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第四节 压气机
一、生活中的叶轮机
风车、水车、电风扇、鼓风机、汽轮机、水轮机、 水泵、螺旋桨（飞机、轮船）……
2020年9月27日
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三、轴流式压气机增压原理
2、亚音基元级增压原理
• 气体在动叶栅中的流动：
• 速度三角形（进口）：
– 气流流向动叶的绝对速度V1；
– 叶片转动切线速度为U1； – 气流进入动叶的相对速度为W1。
• 速度三角形（出口）：
– 气流流出动叶的相对速度为W2；
– 叶片转动切线速度为U2；
•否 • 如果不对气体作功，只靠减速增压，压力
增加程度充其量等于来流总压； • 动叶对气体作功加入能量，增加绝对动能
，使气流在其后的静叶中有足够的能量减 速增压； • 排列顺序：动叶在前，静叶在后。
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三、轴流式压气机增压原理
级增压原理：
• 动叶
– 加功增速 – 靠扩张叶栅通道减相对速度，增加压力；
• 然后气流转弯速度 降到W2 ，静压进 一步提高
• Mw1=1.3-1.5, 总压恢复系数=0.97-0.94
级增压比=1.8-2.2
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三、轴流式压气机增压原理
4、压气机级 • 叶片扭转
因沿叶高的切线速度大小不同 相对速度大小和方向均不同 速度三角形不同；
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第二章 发动机部件工作原理
内容回顾
• 进气道
– 功能和要求 – 进气道的性能参数：总压恢复系数与冲压比 – 亚音速进气道和超音速进气道的基本工作原理 – 超音速进气道的三种基本类型及优缺点 – 超音速进气道的三种工作状态 – 超音速进气道的调节
2020年9月27日
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内容回顾
• 尾喷管
– 功能和要求 – 尾喷管的分类(纯收敛型、收敛-扩张型) – 纯收敛型尾喷管的三种工作状态和推力公式 – 收敛-扩张型尾喷管四种主要类型
• 伯努利方程（绝对坐标系）
•
Wu
2 1
dp
V22
V12 2
两式相减，得：
Wfr Wu
V22
V12 2
W12
W22 2
压气机对气体作轮缘功＝绝对动能增量+相对动能增量
动叶增压原理：加功、增速、增压
2020年9月27日
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三、轴流式压气机增压原理
2、亚音基元级增压原理 • 流动本质：
– 气体在动叶和静叶中的流动过程，本质上都是 亚音速气体的减速增压过程。
2020年9月27日
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三、轴流式压气机增压原理
2、亚音基元级增压原理 • 压气机叶栅
2020年9月27日
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三、轴流式压气机增压原理
2、亚音基元级增压原理 • 气体在轴流压气机中的参数变化
2020年9月27日
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三、轴流式压气机增压原理
3、超音叶栅增压原理
• 进口超音速气流W1 经激波后降为亚音 流W2’ ，静压提高
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三、轴流式压气机增压原理
4、压气机级 • 叶片扭转
2020年9月27日
27
三、轴流式压气机增压原理
5、全台压气机 • 沿压气机轴向，随气体不断被增压，气体
密度加大，气流通道逐级缩小，叶片变短
2020年9月27日
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三、轴流式压气机增压原理
思考：是否可以只采用静子叶片减速增压？ 可否取消动叶？
2020年9月27日
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一、生活中的叶轮机
小涵道比涡轮风扇发动机
2020年9月27日
9
二、功能、要求及分类
• 功能 加功增压，即对气流进行压缩以提高压力
• 设计要求 流通能力强、效率高、稳定、重量轻
• 分类 离心式和轴流式
2020年9月27日
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三、轴流式压气机增压原理
1、组成 • 多级组成，每一级由转子与静子组成。
– 气流流出动叶的绝对速度为V2。
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三、轴流式压气机增压原理
2、亚音基元级增压原理 • 气体在动叶栅中的流动：
– 近似认为动叶前后切向速度不变U1 U2 – 气流在动叶中相对速度降低，W2 W1（减速增压） – 气流流经动叶的绝对速度增加，即V2 V1（转子做功）
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三、轴流式压气机增压原理
2、亚音基元级增压原理 • 气体在动叶栅中的流动： • 伯努利方程（相对坐标系）
2
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dp
W22
W12 2
Wfr
0
• dp0 W2 W1
叶型弯曲形成扩张通道，相对 速度减小，压力提高
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三、轴流式压气机增压原理
2、亚音基元级增压原理
• 气体在动叶栅中的流动：
2020年9月27日
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一、生活中的叶轮机
• 电脑芯片的风扇：
– 由微型电机驱动，向散热器提供冷却空气
• 发动机的压气机：
– 由涡轮驱动，向燃烧室提供高压空气
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一、生活中的叶轮机
• 压气机
1.5个大气压 3个大气压 30个大气压
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一、生活中的叶轮机
大涵道比涡轮风扇发动机
– 1 动叶进口 – 2 动叶出口（静叶进口） – 3 静叶出口
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三、轴流式压气机增压原理
2、亚音基元级增压原理 • 静叶栅
2020年9月27日
14
三、轴流式压气机增压原理
2、亚音基元级增压原理 • 气流在静叶栅中的流动 伯努利方程
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V22 2
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dp0 V3 V2