发动机原理第三章3、4节
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第三章 涡轮喷气发动机
• • • • 第一节 第二节 第三节 第四节 各部件的共同工作 发动机特性 双轴涡轮喷气发动机 加力涡轮喷气发动机
2018年11月26日
1
考试时间
• 暂定12月16日（15周周一） • 下午4:00-6:00
2018年11月26日
2
内容回顾
• 油门特性
– 一定飞行条件和调节规律下，发动机推力、耗 油率随发动机油门位置的变化关系。
2018年11月26日 15
二、双轴涡轮发动机的特点
2018年11月26日
16
三、各部件的共同工作
对于高压转子，如果： 把低压压气机出口视为进气道出口；
把低压涡轮导向器视为尾喷管；
那么，高压转子完全等同于一个单轴燃气涡轮发动机
2018年11月26日 17
三、各部件的共同工作
流量连续
低压 压气机
2018年11月26日
5
内容回顾
• 过渡状态特性
– 发动机性能及主要参数短时间内发生显著变化 的过程为过渡过程（动态过程）
2018年11月26日
6
内容回顾
• 过渡状态特性 地面起动
– 0转速到慢车状态 – 最小平衡转速n’ – 必须靠外动力源 – 分三个阶段
• I 起动机带转 • II 起动机和涡轮共同带转 • III 涡轮单独带转
• • • • • 一、单轴涡喷发动机的发展瓶颈 二、双轴涡轮发动机的特点 三、各部件的共同工作 四、尾喷管面积影响 五、调节规律
2018年11月26日
9
一、单轴涡喷发动机的发展瓶颈
• 为何现役高性能航空发动机都是双转子或 多转子的？
提高性能 提高涡轮前温度 提高增压比 增加压气机级数 非设计状态压气机前后 不匹配的情况加剧
* p3 8 1,dx 1 t * const p4
流量连续1：
功平衡：
k ek 1 const q(1 ) k
前提： 1. 单轴涡轮喷气发动机 2. 几何不可调 3. 涡轮导向器和尾喷口临界8
流量连续2：
2018年11月26日
第三节 双轴涡轮喷气发动机
2018年11月26日
13
一、单轴涡喷发动机的发展瓶颈
• 设计增压比对单轴发动机工作线的影响
高设计增压比
低设计增压比
在低相似工作转速下：
设计增压比越高，喘振边界越陡，工作线越平缓
2018年11月26日
设计增压比越低，喘振边界越平缓，工作线越陡
14
二、双轴涡轮发动机的特点
• 在低ncor时：
– 低压压气机负荷相对变重，转速相对下降； – 高压压气机负荷相对变轻，转速相对升高； – 高压转子和低压转子的转速差增加，缓和了前 后不协调的矛盾。
2018年11月26日 20
三、各部件的共同工作
• 高、低压涡轮膨胀比的分析
流 量 连 续 流 量 连 续
低压 压气机
高压 压气机
燃烧室
高压 涡轮
低压 涡轮
尾 喷 口
2018年11月26日
21
三、各部件的共同工作
• 高、低压涡轮膨胀比的分析
对于双轴燃气涡轮喷气发动机，如果高压涡轮导 向器、低压涡轮导向器、尾喷口都处于临界状态，那 么，高压涡轮、低压涡轮的膨胀比都为常数。
2018年11月26日 7
n1 – 点火转速 n’ – 最小平衡转速 n2 – 起动机脱开转速
内容回顾
燃烧室 压气机
流量连续1
涡 轮
流 量 连 续 2
尾 喷 口
功平衡
T3* k D * q (1 ) T1
* e 1 cp T3 1 k * T1 k 1 c 1 1 t m p t
2 kTh kTh 1
dxl 1,dxh 1 const
2018年11月26日
22
三、各部件的共同工作
流量连续
低压 压气机
高压 压气机
燃烧室
高压 涡轮
低压 涡轮
尾 喷 口
功平衡
2018年11月26日 23
三、各部件的共同工作
低压压气机进口流量与低压涡轮导向器喉道质量流量的关系为： qm （ qm1 qm3.1 qm.dxl 1 1 v引气 f ） 根据流量连续： K
高压 压气机
燃烧室
流量连续
高压 涡轮
流 量 连 续
低压 涡轮
流 量 连 续
尾 喷 口
功平衡
功平衡
2018年11月26日 18
三、各部件的共同工作
低压压气机出口 相当于高压转子 的进气道 低压涡轮导向 器相当于高压 转子的尾喷口
低压 压气机
高压 压气机
燃烧室
流量连续
高压 涡轮
流 量 连 续
低压 涡轮
2018年11月26日 10
一、单轴涡喷发动机的发展瓶颈
当相似转速下降，P C • 增压比下降
通道收缩速度相对过快， 后面级成为“瓶颈”
• 压气机前面级正攻角
– 叶背分离
• 压气机后面级负攻角
– 叶盆分离
2018年11月26日 11
一、单轴涡喷发动机的发展瓶颈
2018年11月26日
12
一、单轴涡喷发动机的发展瓶颈
尾 喷 口
功平衡
高压转子等效于单轴涡轮喷气发动机
2018年11月26日 19
三、各部件的共同工作
• 高压转子的共同工作方程
– （推导过程略）
* * kh ekh 1 const * q(1.1 ) kh
• 如果双轴燃气涡轮喷气发动机高压涡轮导 向器、低压涡轮导向器处于临界状态，那 么，高压转子具有唯一的共同工作线。
低压涡导与尾喷管流量连续：
* c A8 q (8 ) p * 3.1 tl * p4 dxl Adxl q(dxl ) 高压涡导与低压涡导流量连续： 2 kTl kTl 1
dxl 1,8 1 const
* dxl Adxl q (dxl ) p3 * p3.1 dxh Adxh q (dxh ) * th
1600
1400
涡轮前温度（K）
1200
1000
Байду номын сангаас800
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
ncor
2018年11月26日
3
内容回顾
• 速度特性
– 发动机调节规律一定，飞行高度一定，发动机 推力、耗油率等随飞行Ma的变化关系。
2018年11月26日
4
内容回顾
• 高度特性
– 发动机调节规律一定， 飞行Ma一定，发动机 推力、耗油率等随飞行 高度的变化关系。
• • • • 第一节 第二节 第三节 第四节 各部件的共同工作 发动机特性 双轴涡轮喷气发动机 加力涡轮喷气发动机
2018年11月26日
1
考试时间
• 暂定12月16日（15周周一） • 下午4:00-6:00
2018年11月26日
2
内容回顾
• 油门特性
– 一定飞行条件和调节规律下，发动机推力、耗 油率随发动机油门位置的变化关系。
2018年11月26日 15
二、双轴涡轮发动机的特点
2018年11月26日
16
三、各部件的共同工作
对于高压转子，如果： 把低压压气机出口视为进气道出口；
把低压涡轮导向器视为尾喷管；
那么，高压转子完全等同于一个单轴燃气涡轮发动机
2018年11月26日 17
三、各部件的共同工作
流量连续
低压 压气机
2018年11月26日
5
内容回顾
• 过渡状态特性
– 发动机性能及主要参数短时间内发生显著变化 的过程为过渡过程（动态过程）
2018年11月26日
6
内容回顾
• 过渡状态特性 地面起动
– 0转速到慢车状态 – 最小平衡转速n’ – 必须靠外动力源 – 分三个阶段
• I 起动机带转 • II 起动机和涡轮共同带转 • III 涡轮单独带转
• • • • • 一、单轴涡喷发动机的发展瓶颈 二、双轴涡轮发动机的特点 三、各部件的共同工作 四、尾喷管面积影响 五、调节规律
2018年11月26日
9
一、单轴涡喷发动机的发展瓶颈
• 为何现役高性能航空发动机都是双转子或 多转子的？
提高性能 提高涡轮前温度 提高增压比 增加压气机级数 非设计状态压气机前后 不匹配的情况加剧
* p3 8 1,dx 1 t * const p4
流量连续1：
功平衡：
k ek 1 const q(1 ) k
前提： 1. 单轴涡轮喷气发动机 2. 几何不可调 3. 涡轮导向器和尾喷口临界8
流量连续2：
2018年11月26日
第三节 双轴涡轮喷气发动机
2018年11月26日
13
一、单轴涡喷发动机的发展瓶颈
• 设计增压比对单轴发动机工作线的影响
高设计增压比
低设计增压比
在低相似工作转速下：
设计增压比越高，喘振边界越陡，工作线越平缓
2018年11月26日
设计增压比越低，喘振边界越平缓，工作线越陡
14
二、双轴涡轮发动机的特点
• 在低ncor时：
– 低压压气机负荷相对变重，转速相对下降； – 高压压气机负荷相对变轻，转速相对升高； – 高压转子和低压转子的转速差增加，缓和了前 后不协调的矛盾。
2018年11月26日 20
三、各部件的共同工作
• 高、低压涡轮膨胀比的分析
流 量 连 续 流 量 连 续
低压 压气机
高压 压气机
燃烧室
高压 涡轮
低压 涡轮
尾 喷 口
2018年11月26日
21
三、各部件的共同工作
• 高、低压涡轮膨胀比的分析
对于双轴燃气涡轮喷气发动机，如果高压涡轮导 向器、低压涡轮导向器、尾喷口都处于临界状态，那 么，高压涡轮、低压涡轮的膨胀比都为常数。
2018年11月26日 7
n1 – 点火转速 n’ – 最小平衡转速 n2 – 起动机脱开转速
内容回顾
燃烧室 压气机
流量连续1
涡 轮
流 量 连 续 2
尾 喷 口
功平衡
T3* k D * q (1 ) T1
* e 1 cp T3 1 k * T1 k 1 c 1 1 t m p t
2 kTh kTh 1
dxl 1,dxh 1 const
2018年11月26日
22
三、各部件的共同工作
流量连续
低压 压气机
高压 压气机
燃烧室
高压 涡轮
低压 涡轮
尾 喷 口
功平衡
2018年11月26日 23
三、各部件的共同工作
低压压气机进口流量与低压涡轮导向器喉道质量流量的关系为： qm （ qm1 qm3.1 qm.dxl 1 1 v引气 f ） 根据流量连续： K
高压 压气机
燃烧室
流量连续
高压 涡轮
流 量 连 续
低压 涡轮
流 量 连 续
尾 喷 口
功平衡
功平衡
2018年11月26日 18
三、各部件的共同工作
低压压气机出口 相当于高压转子 的进气道 低压涡轮导向 器相当于高压 转子的尾喷口
低压 压气机
高压 压气机
燃烧室
流量连续
高压 涡轮
流 量 连 续
低压 涡轮
2018年11月26日 10
一、单轴涡喷发动机的发展瓶颈
当相似转速下降，P C • 增压比下降
通道收缩速度相对过快， 后面级成为“瓶颈”
• 压气机前面级正攻角
– 叶背分离
• 压气机后面级负攻角
– 叶盆分离
2018年11月26日 11
一、单轴涡喷发动机的发展瓶颈
2018年11月26日
12
一、单轴涡喷发动机的发展瓶颈
尾 喷 口
功平衡
高压转子等效于单轴涡轮喷气发动机
2018年11月26日 19
三、各部件的共同工作
• 高压转子的共同工作方程
– （推导过程略）
* * kh ekh 1 const * q(1.1 ) kh
• 如果双轴燃气涡轮喷气发动机高压涡轮导 向器、低压涡轮导向器处于临界状态，那 么，高压转子具有唯一的共同工作线。
低压涡导与尾喷管流量连续：
* c A8 q (8 ) p * 3.1 tl * p4 dxl Adxl q(dxl ) 高压涡导与低压涡导流量连续： 2 kTl kTl 1
dxl 1,8 1 const
* dxl Adxl q (dxl ) p3 * p3.1 dxh Adxh q (dxh ) * th
1600
1400
涡轮前温度（K）
1200
1000
Байду номын сангаас800
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
ncor
2018年11月26日
3
内容回顾
• 速度特性
– 发动机调节规律一定，飞行高度一定，发动机 推力、耗油率等随飞行Ma的变化关系。
2018年11月26日
4
内容回顾
• 高度特性
– 发动机调节规律一定， 飞行Ma一定，发动机 推力、耗油率等随飞行 高度的变化关系。