1、第五章 進(jìn)氣道,定義 狹義：從飛機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)短艙進(jìn)口到壓氣機(jī)進(jìn)口的一段管道（對(duì)于渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)） 短艙進(jìn)口到風(fēng)扇進(jìn)口（對(duì)于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)） 廣義：指進(jìn)氣系統(tǒng)，除了上述管道之外，還包括防喘裝置、附面層吸除裝置、自動(dòng)控制裝置、防止外來(lái)物進(jìn)入的防護(hù)裝置等 本課程中所指的一般為進(jìn)氣系統(tǒng),5.1 概述,5.1 概述,進(jìn)氣道的功用 在各種狀態(tài)下, 將足夠量的空氣, 以最小的流動(dòng)損失, 順利地引入壓氣機(jī)，并在壓氣機(jī)進(jìn)口形成均勻的流場(chǎng)以避免壓氣機(jī)葉片的振動(dòng)和壓氣機(jī)失速; 當(dāng)飛行馬赫數(shù)大于壓氣機(jī)進(jìn)口處的氣流馬赫數(shù)時(shí), 通過(guò)沖壓壓縮空氣, 提高空氣的壓力。 渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣道分類(lèi) 亞音速進(jìn)氣道 主要用于民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)，

2、而且為單狀態(tài)飛機(jī) 大多采用擴(kuò)張形、幾何不可調(diào)的亞音速進(jìn)氣道 超音速進(jìn)氣道 可分為內(nèi)壓式、外壓式和混合式三種,5.1 概述,對(duì)進(jìn)氣道最基本性能要求是： 飛機(jī)在任何飛行狀態(tài)以及發(fā)動(dòng)機(jī)在任何工作狀態(tài)下，進(jìn)氣道都能以最小的總壓損失滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)空氣流量的要求。 損失越小，發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓比越高，推力越大；而外部阻力小則會(huì)直接增大發(fā)動(dòng)機(jī)的有效推力。 使氣流以均勻的速度和壓力進(jìn)入壓氣機(jī)。從而保持壓氣機(jī)有較高的效率和工作穩(wěn)定。 在各種非設(shè)計(jì)狀態(tài)和較大的工作范圍內(nèi)保證穩(wěn)定工作，尤其對(duì)超聲速進(jìn)氣道。,5.1 概述,1、空氣流量 qm：每秒中流過(guò)進(jìn)氣道的空氣質(zhì)量。 計(jì)算公式 影響因素 大氣密度, 飛行速度V和壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)

3、速n 大氣密度越高, 進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量越多 大氣密度受大氣溫度和飛行高度H的影響 飛行速度V越大, 則進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量也越多 壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速n越高, 進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量越多 壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速n將影響壓氣機(jī)進(jìn)口處氣流參數(shù)及進(jìn)氣道前方氣流的流動(dòng)狀況。,性能參數(shù),性能參數(shù) 2、總壓恢復(fù)系數(shù)（掌握）,5.1 概述,總壓恢復(fù)系數(shù)是描述氣流經(jīng)過(guò)進(jìn)氣道時(shí)流動(dòng)損失大小的指標(biāo)。由于氣流流過(guò)進(jìn)氣道時(shí)總會(huì)有各種原因引起的能量損失，所以，總壓恢復(fù)系數(shù)總小于1。,性能參數(shù) 3、沖壓比（掌握） 影響沖壓比的因素有3個(gè)：流動(dòng)損失、飛行速度、大氣溫度。,5.1 概述,性能參數(shù) 4、畸變指數(shù) 流場(chǎng)出口截面中最高總壓和最低總壓

4、之差與最高總壓之比叫畸變指數(shù)。它是描述進(jìn)氣道出口氣流分布狀態(tài)的參數(shù)?；冎笖?shù)越小，說(shuō)明出口流場(chǎng)越均勻。 5、流量系數(shù)（了解）,5.1 概述,5.1 概述,性能參數(shù) (11km),5.1 概述,性能參數(shù)(0km),5.2 進(jìn)氣道工作原理,(一)什么是動(dòng)力壓縮 在飛行中，發(fā)動(dòng)機(jī)前方的空氣經(jīng)進(jìn)氣道流過(guò)壓氣機(jī)(見(jiàn)圖21)。進(jìn)氣道前方未受擾動(dòng)氣流的速度(即圖上00截面處的氣流速度)，與飛行速度大小相等，方向相反?？諝饬鞒鲞M(jìn)氣道的速度(c1)就是壓氣機(jī)的進(jìn)口氣流速度。,一、空氣流經(jīng)進(jìn)氣道時(shí)的動(dòng)力壓縮器過(guò)程,5.2 進(jìn)氣道工作原理,(一)什么是動(dòng)力壓縮 在飛行速度大于壓氣機(jī)進(jìn)口氣流速度的情況下，空氣流過(guò)進(jìn)氣

5、道，流速減小，壓力和溫度升高，空氣受到了壓縮?？諝庥捎诒旧硭俣冉档投艿降膲嚎s，叫做動(dòng)力壓縮。在飛行速度小于壓氣機(jī)進(jìn)口氣流速度的情況下，空氣流過(guò)進(jìn)氣道時(shí)，流速增大，壓力和溫度降低，這時(shí)沒(méi)有動(dòng)力壓縮。 目前，飛機(jī)平飛時(shí)的速度，一般都大于壓氣機(jī)進(jìn)口氣流速度。因此，在飛行中空氣流過(guò)進(jìn)氣道時(shí)，一般都受到動(dòng)力壓縮。,一、空氣流經(jīng)進(jìn)氣道時(shí)的動(dòng)力壓縮器過(guò)程,5.2 進(jìn)氣道工作原理,(二)動(dòng)力壓縮器過(guò)程中的流動(dòng)損失 空氣流經(jīng)進(jìn)氣道時(shí)的流動(dòng)損失，包括摩擦損失、分離損失和激波損失等三種。 1.摩擦損失 進(jìn)氣道內(nèi)的摩擦損失是由于空氣具有粘性，在管壁表面形成了附面層而產(chǎn)生的。摩擦損失的大小，除了取決于氣流速度以外，還

6、直接與進(jìn)氣道管壁的光滑程度有關(guān)。因此，機(jī)務(wù)人員應(yīng)當(dāng)重視進(jìn)氣道的維護(hù)工作，注意防止劃傷進(jìn)氣道的表面，并且保持進(jìn)氣道的清潔，以免增大摩擦損失，使發(fā)動(dòng)機(jī)推力減小。,一、空氣流經(jīng)進(jìn)氣道時(shí)的動(dòng)力壓縮器過(guò)程,5.2 進(jìn)氣道工作原理,(二)動(dòng)力壓縮器過(guò)程中的流動(dòng)損失 2.分離損失 分離損失主要是由于氣流在進(jìn)氣道進(jìn)口的流動(dòng)方向與進(jìn)氣道前緣內(nèi)壁的方向不一致而產(chǎn)生的。當(dāng)進(jìn)口的氣流方向與進(jìn)氣道前緣內(nèi)壁的方向不一致時(shí)，由于氣流轉(zhuǎn)彎時(shí)慣性離心力的作用(見(jiàn)圖22)，,一、空氣流經(jīng)進(jìn)氣道時(shí)的動(dòng)力壓縮器過(guò)程,(二)動(dòng)力壓縮器過(guò)程中的流動(dòng)損失,2.分離損失 進(jìn)氣道前緣內(nèi)壁附近的空氣壓力降低，在前緣內(nèi)壁附近會(huì)出現(xiàn)與氣流流動(dòng)方向相

7、反的壓力差，發(fā)生分離現(xiàn)象，而造成氣流分離損失。為了減小氣流分離損失，進(jìn)氣道前緣應(yīng)做成流線形，使氣流逐漸地改變流動(dòng)方向，避免產(chǎn)生嚴(yán)重的分離現(xiàn)象。,(二)動(dòng)力壓縮器過(guò)程中的流動(dòng)損失,3.激波損失 超聲速氣流流過(guò)激波后，雖壓力升高，但氣體受到猛烈撞擊，速度突然減小，有一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)換成熱能。所以，氣體通過(guò)激波后，總壓下降，這種由于激波而引起的總壓損失叫激波損失。 超音速飛行時(shí)，空氣以超音速流向進(jìn)氣道。要把超音速氣流變成亞音速氣流，不可避免地要產(chǎn)生激波損失。 在亞音速飛行中，由于亞音速進(jìn)氣道采用較厚的圓頭流線前緣。當(dāng)飛行速度較大時(shí)，便可能使前緣局部氣流速度超過(guò)音速，從而引起局部激波損失。,(二)動(dòng)力壓

8、縮器過(guò)程中的流動(dòng)損失,3.激波損失 激波損失的大小用激波后氣體的總壓與激波前氣體總壓的比值來(lái)表示。即“激波壓力系數(shù)”。 (51) 激波壓力系數(shù)越接近于1，激波損失越??；激波壓力損失越小于1，激波損失越大。,(二)動(dòng)力壓縮器過(guò)程中的流動(dòng)損失,摩擦損失、分離損失和激波損失的存在，使空氣的一部分機(jī)械能不可逆地轉(zhuǎn)換成熱，因此，壓氣機(jī)進(jìn)口空氣總壓小于進(jìn)氣道前方未擾動(dòng)的空氣總壓。損失越大，壓氣機(jī)進(jìn)口空氣總壓減小得越多。,5.2 進(jìn)氣道工作原理,(三)沖壓比和影響沖壓比的因素 1.沖壓比 動(dòng)力壓縮的程度，可以用沖壓比表示。壓縮器進(jìn)口空氣壓力(p1)與大氣壓力(p0)的比值，叫做沖壓比，用符號(hào)沖表示。即： (

9、52) 沖壓比的大小，說(shuō)明空氣經(jīng)過(guò)沖壓壓縮以后，壓力提高的倍數(shù)。沖壓比越大，表示空氣被壓縮得越厲害。,一、空氣流經(jīng)進(jìn)氣道時(shí)的動(dòng)力壓縮器過(guò)程,5.2 進(jìn)氣道工作原理,(三)沖壓比和影響沖壓比的因素 1.沖壓比 為了運(yùn)算方便，也常用壓縮器進(jìn)口空氣總壓與大氣壓力的比值作為沖壓比，用符號(hào)*沖表示，即： (53) 用氣體動(dòng)力學(xué)的能量方程，可以推導(dǎo)出沖壓比的公式如下。 考慮到氣體在進(jìn)氣道內(nèi)的流動(dòng)是絕能的，可以寫(xiě)出氣體從00截面流到11截面的能量方程為(見(jiàn)圖53)：,一、空氣流經(jīng)進(jìn)氣道時(shí)的動(dòng)力壓縮器過(guò)程,(三)沖壓比和影響沖壓比的因素,將上式等號(hào)的左邊改用滯止參數(shù)，則上式變?yōu)椋?用 除上式得：,(1),(三

10、)沖壓比和影響沖壓比的因素,絕熱過(guò)程中，溫度比和壓力比的關(guān)系為：,把(1)式中的溫度比換成壓力比，就可以得到?jīng)]有損失時(shí)的沖壓比公式：,(三)沖壓比和影響沖壓比的因素,上式中，p1理*是沒(méi)有流動(dòng)損失時(shí)壓縮器進(jìn)口處的空氣總壓。由于,把上式中的飛行速度換成飛行M數(shù)，沖壓比的公式還可以寫(xiě)成：,代入上式，得：,(54),(三)沖壓比和影響沖壓比的因素,2.影響沖壓比的因素 從公式(54)可以看出，影響沖壓比的因素有飛行速度(V)、大氣溫度(T0)和流動(dòng)損失。下面進(jìn)行分析。 (1)飛行速度 大氣溫度不變時(shí)，飛行速度越大，空氣流過(guò)進(jìn)氣道時(shí)速度降低得越多，有更多的動(dòng)能用來(lái)提高空氣的壓力，所以飛行速度增大時(shí)沖壓

11、比增大。,(三)沖壓比和影響沖壓比的因素,2.影響沖壓比的因素 (1)飛行速度 圖24的曲線表示在沒(méi)有流動(dòng)損失的情況下。沖壓比隨飛行速度變化的情形。圖上表明，飛行速度增大時(shí)，沖壓比增大，而且飛行速度越大，沖壓比增加得越快,(三)沖壓比和影響沖壓比的因素,2.影響沖壓比的因素 (2)大氣溫度 飛行速度保持不變時(shí)，大氣溫度越低，空氣越易于壓縮，沖壓比越大；反之，大氣溫度越高，沖壓比越小。 飛行高度變化時(shí)，沖壓比是否變化，取決于大氣溫度的變化。在11000米高度以下，飛行高度升高時(shí)，大氣溫度降低，沖壓比增大；在11000米高度以上，飛行高度改變時(shí)，大氣溫度保持不變，沖壓比也就保持不變。,(三)沖壓比

12、和影響沖壓比的因素,2.影響沖壓比的因素 (2)大氣溫度 在沒(méi)有流動(dòng)損失的情況下，沖壓比隨飛行高度變化的情形，如圖25的曲線所示。,(三)沖壓比和影響沖壓比的因素,2.影響沖壓比的因素 (3)流動(dòng)損失 動(dòng)力壓縮過(guò)程中的流動(dòng)損失，使壓縮器進(jìn)口的空氣總壓小于沒(méi)有流動(dòng)損失時(shí)的空氣總壓，因此流動(dòng)損失增大，沖壓比減小。另外，有了流動(dòng)損失，由于壓縮器進(jìn)口空氣壓力的降低，還會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量減小。 沖壓比和空氣流量的減小，將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的推力減小。流動(dòng)損失越大，發(fā)動(dòng)機(jī)推力減小的越多。,亞音速進(jìn)氣道舉例,5.3 亞音速進(jìn)氣道,亞音速進(jìn)氣道舉例,5.3 亞音速進(jìn)氣道,5.3 亞音速進(jìn)氣道,亞聲速進(jìn)氣道是在亞聲

13、速和低超聲速（Ma1.5）飛行范圍內(nèi)使用的進(jìn)氣道。 亞音速進(jìn)氣道大致可分為收斂形和擴(kuò)散形兩種，進(jìn)氣道的形狀不僅對(duì)內(nèi)部流動(dòng)損失有影響，而且對(duì)外部阻力也有很大影響。下面分析空氣在收斂形和擴(kuò)散形進(jìn)氣道內(nèi)的流動(dòng)情形。 (一)空氣流過(guò)收斂形進(jìn)氣道的情形 飛行速度大于壓縮器進(jìn)口氣流速度時(shí)，空氣流過(guò)收斂形進(jìn)氣道的情形，如圖26所示。,5.3 亞音速進(jìn)氣道,(一)空氣流過(guò)收斂形進(jìn)氣道的情形 由于飛行速度大于壓縮器進(jìn)口氣流速度，空氣從未擾動(dòng)的邊界00截面開(kāi)始，01段內(nèi)進(jìn)行動(dòng)力壓縮，流速減小，壓力和溫度相應(yīng)地升高。,5.3 亞音速進(jìn)氣道,(一)空氣流過(guò)收斂形進(jìn)氣道的情形 空氣流入進(jìn)氣道以后，在收斂形管道中，速度略

14、為增大，壓力和溫度略有降低。由于空氣流入壓縮器時(shí)的速度小于飛行速度，所以空氣流入壓縮器時(shí)的壓力和溫度比00截面處的空氣壓力和溫度高。 由此可見(jiàn)，在飛行速度大于壓縮器進(jìn)口氣流速度的情況下，采用收斂形進(jìn)氣道，空氣的動(dòng)力壓縮完全是在進(jìn)氣道前完成的。,5.3 亞音速進(jìn)氣道,(一)空氣流過(guò)收斂形進(jìn)氣道的情形 飛行速度小于壓縮器進(jìn)口氣流速度時(shí)，空氣不受動(dòng)力壓縮，從00截面開(kāi)始，在整個(gè)01段內(nèi)，氣流速度從飛行速度增大到壓縮器進(jìn)口氣流速度，空氣壓力和溫度則相應(yīng)地降低，如圖27所示。,5.3 亞音速進(jìn)氣道,(二)空氣流過(guò)擴(kuò)散形進(jìn)氣道的情形 飛行速度大于壓縮器進(jìn)口氣流速度時(shí)，空氣流過(guò)擴(kuò)散進(jìn)氣道時(shí)的情形，如圖28所

15、示。 由于進(jìn)氣道呈擴(kuò)散形，空氣在進(jìn)氣道前和進(jìn)氣道內(nèi)，氣流速度一直減小，從飛行速度逐漸減小到壓縮器進(jìn)口氣流速度，壓力和溫度相應(yīng)地升高。,5.3 亞音速進(jìn)氣道,(二)空氣流過(guò)擴(kuò)散形進(jìn)氣道的情形 由此可見(jiàn)，在飛行速度大于壓縮器進(jìn)口氣流速度的情況下，空氣流過(guò)擴(kuò)散形進(jìn)氣道時(shí)，動(dòng)力壓縮不僅在進(jìn)氣道內(nèi)進(jìn)行，而且也在進(jìn)氣道前進(jìn)行。 在飛行速度小于壓縮器進(jìn)口氣流速度的情況下，空氣流過(guò)擴(kuò)散形進(jìn)氣道時(shí)，從00截面開(kāi)始，在01段內(nèi)，由于壓縮器的吸力作用，氣流速度逐漸增大，壓力和溫度相應(yīng)地降低；空氣流入進(jìn)氣道以后，由于管道擴(kuò)散，氣流速度略為減小，壓力和溫度略有提高(見(jiàn)圖29)。,5.3 亞音速進(jìn)氣道,(二)空氣流過(guò)擴(kuò)散

16、形進(jìn)氣道的情形 然而，由于飛行速度小于壓縮器進(jìn)口氣流速度，總的來(lái)說(shuō)，空氣流過(guò)進(jìn)氣道時(shí)，氣流速度是增大的，壓力和溫度有所降低，所以在這種情況下也沒(méi)有動(dòng)力壓縮。,5.3 亞音速進(jìn)氣道,(三)兩種進(jìn)氣道的比較 1.比較兩種進(jìn)氣道內(nèi)部流動(dòng)損失大小 空氣流過(guò)擴(kuò)散形進(jìn)氣道時(shí)，空氣壓力沿流動(dòng)方向逐漸增大，存在著反壓差，容易引起氣流分離；而空氣流過(guò)收斂形進(jìn)氣道時(shí)，空氣壓力沿流動(dòng)方向逐漸減小，不存在反壓差，氣流不容易分離。其次當(dāng)氣流加速流向進(jìn)氣道時(shí)，對(duì)于收斂形進(jìn)氣道，由于氣流在進(jìn)氣道前和進(jìn)氣道內(nèi)都是加速流動(dòng)，氣流在進(jìn)氣道前緣內(nèi)壁附近流動(dòng)方向的轉(zhuǎn)折較小，不容易在前緣內(nèi)壁發(fā)生分離，即便發(fā)生分離，也由于氣流在進(jìn)氣道內(nèi)

17、加速流動(dòng)，分離區(qū)不會(huì)擴(kuò)大，如圖210a所示。,5.3 亞音速進(jìn)氣道,(三)兩種進(jìn)氣道的比較 1.比較兩種進(jìn)氣道內(nèi)部流動(dòng)損失大小 如果是擴(kuò)散形進(jìn)氣道，由于氣流在進(jìn)氣道前緣內(nèi)壁附近流動(dòng)方向的轉(zhuǎn)折較大，容易發(fā)生分離，而且一旦發(fā)生分離，由于氣流在進(jìn)氣道內(nèi)作減速流動(dòng)，分離迅速擴(kuò)大，如圖210b所示。由此可見(jiàn)，空氣流過(guò)收斂形進(jìn)氣道時(shí)的流動(dòng)損失比流過(guò)擴(kuò)散形進(jìn)氣道時(shí)的小。此外，由于氣流在收斂形進(jìn)氣道內(nèi)作加速流動(dòng)，壓縮器進(jìn)口氣流速度分布也比較均勻。因此，從動(dòng)力壓縮的效果看，采用收斂形進(jìn)氣道比較有利。,5.3 亞音速進(jìn)氣道,(三)兩種進(jìn)氣道的比較 2.比較兩種進(jìn)氣道外部阻力的大小 在飛行速度比壓縮器進(jìn)口氣流速度大

18、得很多的情況下，收斂形進(jìn)氣道前空氣的動(dòng)力壓縮程度很大，氣流在進(jìn)氣道前緣外壁附近發(fā)生很大的轉(zhuǎn)折(見(jiàn)圖211)， 因而產(chǎn)生嚴(yán)重的氣流分離現(xiàn)象， 使進(jìn)氣道外部阻力劇烈增大。,5.3 亞音速進(jìn)氣道,(三)兩種進(jìn)氣道的比較 2.比較兩種進(jìn)氣道外部阻力的大小 對(duì)于擴(kuò)散形進(jìn)氣道，由于氣流再在進(jìn)氣道內(nèi)能夠進(jìn)行一定程度的動(dòng)力壓縮，進(jìn)氣道前動(dòng)力壓縮的程度減小，氣流擴(kuò)散的程度隨著減小，所以在進(jìn)氣道 前緣外壁附近不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的 氣流分離現(xiàn)象，外部阻力也就 較小。因此，從外部阻力看， 采用擴(kuò)散形進(jìn)氣道比較有利。,5.3 亞音速進(jìn)氣道,(三)兩種進(jìn)氣道的比較 綜上所述，收斂形進(jìn)氣道的內(nèi)部流動(dòng)損失較小，但在飛行速度比壓縮器進(jìn)口氣流速度大得很多的情況下，外部阻力較大；擴(kuò)散形進(jìn)氣道的外部阻力較小，但內(nèi)部的流動(dòng)損失較大，尤其在飛行速度較小的時(shí)候，在進(jìn)氣道前緣內(nèi)壁附近氣流容易分離，而且一旦發(fā)生了氣流分離現(xiàn)象，分離區(qū)將迅速擴(kuò)大，在這種情況下，內(nèi)部流動(dòng)損失更大。由此可見(jiàn)，收斂形進(jìn)氣道和擴(kuò)散形進(jìn)氣道各有優(yōu)缺點(diǎn)，究竟采用哪種為好，還必須根據(jù)具體情況作具體的分析。,5.3 亞音速進(jìn)氣道,(三)兩種進(jìn)氣道的比較 根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)材料得知，當(dāng)飛行速度未超過(guò)壓縮器進(jìn)口氣