第三章

渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)第三章

渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)第一節(jié)各部件的共同工作第二節(jié)

發(fā)動(dòng)機(jī)特性第三節(jié)

雙軸渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)2023年2月1日2內(nèi)容回顧2023年2月1日3不穩(wěn)定區(qū)域喘振線設(shè)計(jì)點(diǎn)工作線等相似轉(zhuǎn)速線等效率線相似流量?jī)?nèi)容回顧2023年2月1日4前喘后堵前重后輕前輕后重前堵后喘壓比增加效率下降壓比下降效率下降內(nèi)容回顧練習(xí)題：在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下(P0=101325Pa,T0=288.15K)，某壓氣機(jī)試驗(yàn)臺(tái)測(cè)得的壓氣機(jī)增壓比為2.8，效率為0.84，物理轉(zhuǎn)速為5000rpm，空氣流量為280kg/s。如果將該壓氣機(jī)放在5km高空臺(tái)上試驗(yàn)（P0=54020Pa,T0=255.65K）,并保持壓氣機(jī)工作狀態(tài)與地面試驗(yàn)相似，那么，該壓氣機(jī)增壓比、效率、物理轉(zhuǎn)速、空氣流量分別為多少？2023年2月1日5內(nèi)容回顧2023年2月1日6P0T0P1T1T1*P1*MaaT1和T1*之間的關(guān)系？T1<T1*T0和T1*之間的關(guān)系？T0=T1*T0和T1之間的關(guān)系？T0>T1內(nèi)容回顧練習(xí)題：在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下(p0=101325Pa,T0=288.15K)，某壓氣機(jī)試驗(yàn)臺(tái)測(cè)得的壓氣機(jī)增壓比為2.8，效率為0.84，物理轉(zhuǎn)速為5000rpm，空氣流量為280kg/s。如果將該壓氣機(jī)放在5km高空臺(tái)上試驗(yàn)（p’0=54020Pa,T’0=255.65K）,并保持壓氣機(jī)工作狀態(tài)與地面試驗(yàn)相似，那么，該壓氣機(jī)增壓比、效率、物理轉(zhuǎn)速、空氣流量分別為多少？2023年2月1日7第一節(jié)各部件的共同工作2023年2月1日8第一節(jié)各部件的共同工作設(shè)計(jì)點(diǎn)性能選擇發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)（高度、Ma數(shù)、循環(huán)參數(shù)、部件設(shè)計(jì)參數(shù)）確定滿足發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)要求的幾何尺寸和性能（推力、單位推力、耗油率等）非設(shè)計(jì)性能一臺(tái)已完成設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)它的使用條件偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)時(shí)的性能，即推力、耗油率、燃油流量隨使用條件的變化稱作為非設(shè)計(jì)性能包括：穩(wěn)態(tài)特性、過(guò)渡態(tài)特性2023年2月1日9第一節(jié)各部件的共同工作“牽一發(fā)，動(dòng)全身”仿真：在發(fā)動(dòng)機(jī)供油量不變的情況下，縮小尾噴口面積2023年2月1日10第一節(jié)各部件的共同工作“牽一發(fā)，動(dòng)全身”2023年2月1日11第一節(jié)各部件的共同工作2023年2月1日12進(jìn)氣道壓氣機(jī)燃燒室渦輪尾噴口進(jìn)口流動(dòng)亞音或超音亞音亞音亞音亞音出口流動(dòng)亞音亞音亞音亞音亞音、臨界、超音流道形式亞音:擴(kuò)張型超音:縮擴(kuò)型動(dòng)葉:擴(kuò)張靜葉:擴(kuò)張進(jìn)口擴(kuò)壓靜葉:收縮動(dòng)葉:收縮收縮收縮-擴(kuò)張臨界截面部分有一般沒(méi)有沒(méi)有有有一、共同工作及共同工作線1、共同工作定義及條件定義：各部件組合成整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，部件間的相互作用和影響稱為“共同工作”。2023年2月1日13一、共同工作及共同工作線1、共同工作定義及條件條件：流量連續(xù)壓氣機(jī)與渦輪功率平衡：Wk＝Wt壓氣機(jī)與渦輪轉(zhuǎn)速相等：nc＝nt壓力平衡：2023年2月1日14壓氣機(jī)渦輪燃燒室尾噴口功平衡轉(zhuǎn)速相等流量連續(xù)流量連續(xù)一、共同工作及共同工作線2、所需基本知識(shí)及基本假設(shè)基本知識(shí)2023年2月1日15流量公式壓縮功：膨脹功：壓氣機(jī)功與進(jìn)口總溫和增壓比有關(guān)渦輪功與進(jìn)口總溫與膨脹比有關(guān)一、共同工作及共同工作線2、所需基本知識(shí)及基本假設(shè)基本假設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道、燃燒室、渦輪導(dǎo)向器、尾噴管總壓恢復(fù)系數(shù)近似不變；發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪效率近似不變；2023年2月1日16一、共同工作及共同工作線3、壓氣機(jī)進(jìn)口與渦輪導(dǎo)向器流量連續(xù)2023年2月1日17壓氣機(jī)渦輪燃燒室尾噴口流量連續(xù)一、共同工作及共同工作線3、壓氣機(jī)進(jìn)口與渦輪導(dǎo)向器流量連續(xù)進(jìn)入壓氣機(jī)的流量：燃燒室加入的燃油流量:（f表示油氣比）飛機(jī)引氣：（表示引氣比）流經(jīng)渦輪的流量：2023年2月1日1812348壓氣機(jī)燃燒室渦導(dǎo)尾噴口進(jìn)氣道渦轉(zhuǎn)飛機(jī)引氣燃油流量一、共同工作及共同工作線3、壓氣機(jī)進(jìn)口與渦輪導(dǎo)向器流量連續(xù)2023年2月1日19燃燒室、渦輪導(dǎo)向器總壓恢復(fù)系數(shù)渦輪導(dǎo)向器喉道面積壓氣機(jī)進(jìn)口面積一、共同工作及共同工作線3、壓氣機(jī)進(jìn)口與渦輪導(dǎo)向器流量連續(xù)2023年2月1日20一、共同工作及共同工作線3、壓氣機(jī)進(jìn)口與渦輪導(dǎo)向器流量連續(xù)2023年2月1日21一、共同工作及共同工作線3、壓氣機(jī)進(jìn)口與渦輪導(dǎo)向器流量連續(xù)2023年2月1日22溫度比越高，等值線越陡；當(dāng)進(jìn)氣溫度一定時(shí)，提高渦輪前溫度將導(dǎo)致壓氣機(jī)工作點(diǎn)移向喘振邊界。一、共同工作及共同工作線4、壓氣機(jī)與渦輪的功平衡2023年2月1日23壓氣機(jī)渦輪燃燒室尾噴口功平衡機(jī)械效率

當(dāng)飛行條件變化引起壓氣機(jī)功變化時(shí)，為維持功平衡，必須改變渦輪前溫度或渦輪膨脹比，否則將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化。4、壓氣機(jī)與渦輪的功平衡一、共同工作及共同工作線一、共同工作及共同工作線4、壓氣機(jī)與渦輪的功平衡2023年2月1日25機(jī)械效率？機(jī)械效率？一、共同工作及共同工作線一、共同工作及共同工作線5、渦輪導(dǎo)向器和尾噴管的流量連續(xù)2023年2月1日27壓氣機(jī)渦輪燃燒室尾噴口流量連續(xù)一、共同工作及共同工作線5、渦輪導(dǎo)向器和尾噴管的流量連續(xù)2023年2月1日28一、共同工作及共同工作線5、渦輪導(dǎo)向器和尾噴管的流量連續(xù)2023年2月1日29當(dāng)渦輪導(dǎo)向器和尾噴管為臨界狀態(tài)時(shí)，渦輪膨脹比近似為常數(shù)。一、共同工作及共同工作線6、單軸渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作方程30一、共同工作及共同工作線6、單軸渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作方程2023年2月1日31

上述方程在壓氣機(jī)通用特性圖上確定了唯一的曲線，該曲線叫做發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作線。一、共同工作及共同工作線7、結(jié)論2023年2月1日32一臺(tái)幾何不變的發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)渦輪導(dǎo)向器和尾噴管處于臨界工作狀態(tài)時(shí)，無(wú)論飛行條件或發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速如何變化發(fā)動(dòng)機(jī)的共同工作點(diǎn)總在同一條工作線上移動(dòng)共同工作線與每一條等相似轉(zhuǎn)速線有唯一交點(diǎn)一、共同工作及共同工作線7、結(jié)論2023年2月1日33當(dāng)飛行條件一定時(shí)：轉(zhuǎn)速增加，工作點(diǎn)沿工作線右上移轉(zhuǎn)速降低，工作點(diǎn)沿工作線左下移當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)：飛行Ma增加，工作點(diǎn)沿工作線左下移飛行高度增加（低于11公里），工作點(diǎn)沿工作線右上移飛行條件、轉(zhuǎn)速變化歸結(jié)為一、共同工作及共同工作線7、結(jié)論尾噴口面積的影響：當(dāng)A8變化時(shí)，引起渦輪膨脹比變化，共同工作線移動(dòng)，A8越小，越靠近喘振邊界。2023年2月1日34一、共同工作及共同工作線7、結(jié)論引氣量的影響：當(dāng)飛機(jī)引氣量增加時(shí)，引起渦輪前溫度增加和渦輪及噴管的流量下降，共同工作線移動(dòng)，飛機(jī)引氣量越大，越遠(yuǎn)離喘振邊界。2023年2月1日35一、共同工作及共同工作線7、結(jié)論發(fā)動(dòng)機(jī)各部件共同工作的結(jié)果共同工作線。無(wú)論飛行條件或發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速如何變化，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)總在共同工作線上移動(dòng)。當(dāng)A8變化時(shí)，引起渦輪膨脹比變化，共同工作線移動(dòng)，A8越小，越靠近喘振邊界。當(dāng)飛機(jī)引氣量增加時(shí)，引起渦輪前溫度增加和渦輪及噴管的流量下降，共同工作線移動(dòng)，飛機(jī)引氣量越大，越遠(yuǎn)離喘振邊界。2023年2月1日36練習(xí)題對(duì)于單軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，除噴管外，幾何均不可調(diào)，渦輪導(dǎo)向器和尾噴口處于臨界狀態(tài)，試分析：（1）在保持飛行狀態(tài)、物理轉(zhuǎn)速不變的情況下減小A8，發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度和空氣流量如何變化？（2）若保持飛行狀態(tài)、A8和物理轉(zhuǎn)速不變，增加飛行高度（<11km），發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的增壓比如何變化？（3）保持A8、飛行狀態(tài)、壓氣機(jī)增壓比不變的情況下，增加飛機(jī)引氣量，渦輪前溫度和物理轉(zhuǎn)速如何變化？（4）在保持飛行狀態(tài)、物理轉(zhuǎn)速不變的情況下開(kāi)通加力，發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度和空氣流量如何變化？2023年2月1日37練習(xí)題對(duì)于單軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，除噴管外，幾何均不可調(diào)，渦輪導(dǎo)向器和尾噴口處于臨界狀態(tài)，試分析：（1）在保持飛行狀態(tài)、物理轉(zhuǎn)速不變的情況下減小A8，發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度和空氣流量如何變化？2023年2月1日38練習(xí)題對(duì)于單軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，除噴管外，幾何均不可調(diào)，渦輪導(dǎo)向器和尾噴口處于臨界狀態(tài)，試分析：（2）若保持飛行狀態(tài)、A8和物理轉(zhuǎn)速不變，增加飛行高度（<11km），發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的增壓比如何變化？2023年2月1日39練習(xí)題對(duì)于單軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，除噴管外，幾何均不可調(diào)，渦輪導(dǎo)向器和尾噴口處于臨界狀態(tài)，試分析：（3）保持A8、飛行狀態(tài)、壓氣機(jī)增壓比不變的情況下，增加飛機(jī)引氣量，渦輪前溫度和物理轉(zhuǎn)速如何變化？2023年2月1日40練習(xí)題對(duì)于單軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，除噴管外，幾何均不可調(diào)，渦輪導(dǎo)向器和尾噴口處于臨界狀態(tài)，試分析：（4）在保持飛行狀態(tài)、物理轉(zhuǎn)速不變的情況下開(kāi)通加力，發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度和空氣流量如何變化？2023年2月1日41渦輪后總壓渦輪后總溫噴管總壓恢復(fù)系數(shù)渦輪前總壓作業(yè)1、試推導(dǎo)出單軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪與壓氣機(jī)的流量平衡方程。把該方程的圖形表示在壓氣機(jī)的特性曲線上，并說(shuō)明其物理意義。2、渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)在渦輪導(dǎo)向器和尾噴管處在臨界或超臨界狀態(tài)時(shí)，為什么可以認(rèn)為渦輪的膨脹比不變？調(diào)節(jié)尾噴管或渦輪導(dǎo)向器的臨界截面面積對(duì)渦輪的膨脹比有何影響？如果尾噴管處于亞臨界狀態(tài)時(shí)情況又是如何？2023年2月1日42作業(yè)3、試推導(dǎo)出單軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)在渦輪導(dǎo)向器和尾噴管處在臨界或超臨界狀態(tài)時(shí)的渦輪與壓氣機(jī)的共同工作方程，并說(shuō)明如何利用該方程求作共同工作線。2023年2月1日43二、調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)由各部件共同工作關(guān)系分析，發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工作點(diǎn)構(gòu)成共同工作線，但即使已知飛行條件，仍不能確定發(fā)動(dòng)機(jī)在工作線的哪一點(diǎn)工作。為控制工作點(diǎn)在工作線上的落點(diǎn)，必須對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。2023年2月1日44二、調(diào)節(jié)規(guī)律自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的目的：最大限度發(fā)揮性能潛力和最有利使用發(fā)動(dòng)機(jī)滿足飛機(jī)在不同飛行條件下的要求；確保發(fā)動(dòng)機(jī)工作安全；便于駕駛員操作。2023年2月1日45二、調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)的4個(gè)要素：被調(diào)參數(shù)：可以主導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的參數(shù)；調(diào)節(jié)中介：能改變被調(diào)參數(shù)的作用量；調(diào)節(jié)規(guī)律：被調(diào)參數(shù)的變化規(guī)律；調(diào)節(jié)器：為實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)規(guī)律所必需的控制設(shè)備。2023年2月1日46二、調(diào)節(jié)規(guī)律最大狀態(tài)調(diào)節(jié)規(guī)律目的：在任何飛行條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)盡可能發(fā)出最大推力。三種可能的調(diào)節(jié)規(guī)律n=nd，A8=CT3*=T3*d，A8=Cn=nd，T3*=T3*d2023年2月1日47二、調(diào)節(jié)規(guī)律1、n=const調(diào)節(jié)規(guī)律：在飛行條件變化時(shí)，保持轉(zhuǎn)速不變：被調(diào)參數(shù)：物理轉(zhuǎn)速n調(diào)節(jié)中介：供油量調(diào)節(jié)規(guī)律：n的變化規(guī)律(n=const)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器2023年2月1日48

轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器發(fā)動(dòng)機(jī)nndqmfn二、調(diào)節(jié)規(guī)律2、T3*=const調(diào)節(jié)規(guī)律：在飛行條件變化時(shí)，保持渦輪前總溫不變:被調(diào)參數(shù)：渦輪前總溫T3*調(diào)節(jié)中介：供油量調(diào)節(jié)規(guī)律：T3*的變化規(guī)律(T3*=const)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)：T3*調(diào)節(jié)器2023年2月1日49

T3*調(diào)節(jié)器發(fā)動(dòng)機(jī)T3*T3*dqmfT3*二、調(diào)節(jié)規(guī)律3、n=const，T3*=const調(diào)節(jié)規(guī)律：在飛行條件變化時(shí)，保持轉(zhuǎn)速和渦輪前總溫不變:被調(diào)參數(shù)：物理轉(zhuǎn)速、渦輪前總溫調(diào)節(jié)中介：供油量、尾噴口面積調(diào)節(jié)規(guī)律：n