第三章涡喷发动机第1节shangzai剖析

T
* dx
T
* 3
（3）
2019年1月2日
T
* 3

* Kp1 A1q (1 )
T1*
燃烧室、涡轮导向器 总压恢复系数
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一、共同工作及共同工作线
3、压气机进口与涡轮导向器流量连续
* K p2 b dx Adx q(dx )
T
* 3

* Kp1 A1q(1 )
T1*
整理之后流量平衡方程 变成：
其中，B
1 1 1 e* T m T
cp const c p
将（b）代入（a），最后得到：
2019年1月2日 20
一、共同工作及共同工作线
3、压气机进口与涡轮导向器流量连续
* * T p2 3 c * D * q(1 ) p1 T1 T3* 如果 * C , 那么： T1
c const q(1 )
T3* C , 在通用特性图上表示为 一条直线 * T1
2019年1月2日
5
内容回顾
P0 P1 P1*
Maa
T0
T1和T1*之间的关系？ T1<T1 T0和T1
* *之间的关系？
T1 T1*
n T1*

n T0 q ma T0 p0 6
T0=T1* T0和T1之间的关系？
2019年1月2日
T0>T1
q ma T1* p 1*
内容回顾
2019年1月2日
16
一、共同工作及共同工作线
3、压气机进口与涡轮导向器流量连续
燃烧室
压气机
流量连续
涡 轮
尾 喷 口
2019年1月2日
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一、共同工作及共同工作线
3、压气机进口与涡轮导向器流量连续 • 进入压气机的流量： qma • 燃烧室加入的燃油流量:f q（ ma f表示油气比） V引气 qma（ V引气 • 飞机引气： 表示引气比） qmg qma f qma V引气 qma • 流经涡轮的流量：
临界截面
2019年1月2日
部分有
一般没有
没有
有
有
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一、共同工作及共同工作线
1、共同工作定义及条件 • 定义：
– 各部件组合成整台发动机，部件间的相互作用 和影响称为“共同工作”。
2019年1月2日
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一、共同工作及共同工作线
1、共同工作定义及条件
燃烧室 压气机
流量连续 功平衡 转速相等
涡 轮
流 量 连 续
（a ） c p ec 1 c p c
8 1, dx 1 （3）涡导和喷管流量连续 ： T const或eT const
T3* B ec 1 由（2）（3）可得： * （b） T1 c
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一、共同工作及共同工作线
* c A8 q( 8 ) kT 1 p3 涡轮膨胀比： t * p4 dx Adx q( dx )
5、涡轮导向器和尾喷管的流量连续 2k
T
一般条件下，涡轮导向器喉道、尾喷管喉道都处于临界状态 即：dx 1，8 1 假设导向器喉道面积Adx，尾喷口喉道面积A8都保持不变 ,可得
尾 喷 口
• 条件：
– 流量连续 – 压气机与涡轮功率平衡：Wk＝Wt – 压气机与涡轮转速相等：nc＝nt – 压力平衡：
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一、共同工作及共同工作线
2、所需基本知识及基本假设 • 基本知识
流量公式
qm K p* T
*
Aq
其中，K const
压缩功：
Lc c pT1*[( c )
k 1 k
1] / c
]t
压气机功与进口总 温和增压比有关 涡轮功与进口总 温与膨胀比有关
15
膨胀功：
Lt c pT3*[1
2
一、共同工作及共同工作线
2、所需基本知识及基本假设 • 基本假设
– 发动机进气道、燃烧室、涡轮导向器、尾喷管 总压恢复系数近似不变； – 发动机涡轮效率近似不变；
* 8 * K p8 A8 q (8 )

* K p4 c A8q (8 )
T4*
* p3 c A8 q (8 ) T4* qm.8 , 整理后可得： * p4 T3* dx Adx q (dx )
假设涡轮膨胀过程多变指数为kT
* T4* p4 * * T3 p3 kT 1 kT * c A8 q (8 ) p3 t * p4 dx Adx q (dx ) 2 kT kT 1
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qma T1* n f1 ( , ) * * p1 T1
* k
qma T1* n f2 ( , ) * * p1 T1
* k
3
压比增加 内容回顾 效率下降 前轻后重 前堵后喘 前喘后堵 前重后轻
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压比下降 效率下降
4
内容回顾
练习题：
在标准大气条件下(P0=101325Pa,T0=288.15K)，某压气机试验 台测得的压气机增压比为2.8，效率为0.84，物理转速为 5000rpm，空气流量为280kg/s。如果将该压气机放在5km高 空台上试验（P0=54020Pa, T0=255.65K）,并保持压气机工作状 态与地面试验相似，那么，该压气机增压比、效率、物理转 速、空气流量分别为多少？
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第一节 各部件的共同工作
• “牵一发，动全身”
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第一节 各部件的共同工作
进气道 进口流动 出口流动 流道形式 亚音或超音 亚音 亚音:扩张型 超音:缩扩型
压气机 亚音 亚音 动叶:扩张 静叶:扩张
燃烧室 亚音 亚音 进口扩压
涡轮 亚音 亚音 静叶:收缩 动叶:收缩
尾喷口 亚音 亚音、临界、 超音 收缩 收缩-扩张
第三章 涡轮喷气发动机
第三章 涡轮喷气发动机
• 第一节 各部件的共同工作 • 第二节 发动机特性 • 第三节 双轴涡轮喷气发动机
2019年1月2日
2
内容回顾
喘振线
设计点
不稳定区域
工作线
等相似转速 等效率线
线
相似流量
* k f1 ( Maa , Mau ) * k f 2 ( Maa , Mau )
t const
2019年1月2日
当涡轮导向器和尾喷管为临界状态时，涡 轮膨胀比近似为常数。
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一、共同工作及共同工作线
6、单轴涡轮喷气发动机共同工作方程
* T 3 （ 1 ）由压气机和涡导流量 连续： c D * q (1 ) T1 T3* 1 1 （2）由压气机和涡轮的功 平衡： * T1 1 1 e T m T
练习题：
在标准大气条件下(p0=101325Pa,T0=288.15K)，某压气机试验 台测得的压气机增压比为2.8，效率为0.84，物理转速为 5000rpm，空气流量为280kg/s。如果将该压气机放在5km高 空台上试验（p’0=54020Pa, T’0=255.65K）,并保持压气机工作 状态与地面试验相似，那么，该压气机增压比、效率、物理 转速、空气流量分别为多少？
1
const
25
一、共同工作及共同工作线
由压气机和涡轮的功平 衡：
k 1 k
qma c pT1*[( c )
1)] / c qma c p T3*[1
1 ( T )
k 1 k
]T m
整理后可得： * cp T3 1 * T1 1 cp 1 e T 其中，ec ( c ) ec 1 c T m
• 非设计性能
– 一台已完成设计的发动机，当它的使用条件偏离设 计状态时的性能，即推力、耗油率、燃油流量随使 用条件的变化称作为非设计性能 – 包括：稳态特性、过渡态特性
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第一节 各部件的共同工作
• “牵一发，动全身”
– 仿真：在发动机供油量不变的情况下，缩小尾 喷口面积
2019年1月2日
燃油流量 f qma
=qma （ 1 f V引气）
3 涡导 涡转 4 尾喷口
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qma
进气道
1
压气机
2
燃烧室
8
2019年1月2日
飞机引气V引气 qma
一、共同工作及共同工作线
3、压气机进口与涡轮导向器流量连续
压气机进口流量与涡轮 导向器喉道质量流量的 关系为： qmg qma （ 1 v引气 f） qma 其中， 设 （ 1 v引气 f） （ 1 ）
2019年1月2日
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一、共同工作及共同工作线
3、压气机进口与涡轮导向器流量连续
* T 3 c D * q(1 ) T 1
• 温度比越高，等值线越陡； • 当进气温度一定时，提高涡 轮前温度将导致压气机工作 点移向喘振边界。
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一、共同工作及共同工作线
* * T p2 3 c * D * q(1 ) p1 T 1
A1 1 K 其中，D K Adx q(dx ) b dx 若导向器为临界状态： D const
]T m
当飞行条件变化引起压气机功变化时， 为维持功平衡，必须改变涡轮前温度或涡 轮膨胀比，否则将导致转子转速变化。
一、共同工作及共同工作线
4、压气机与涡轮的功平衡
由压气机和涡轮的功平衡：
机械效率
1
qma c pT1* [( k )
整理后可得：
1 )] / k qma c pT3* [ 1
压气机进口 面积
* Kp1 A1q (1 )
涡轮导向器喉 道面积
T
* 1
压气机进口流量： qma 涡轮导向器流量： qmg 将（2）（3）代入（ 1 ）可得
* K p2 b dx Adx q(dx )
（2）
* K p2 b dx Adx q(dx )
* K pdx Adx q (dx )
4、压气机与涡轮的功平衡
燃烧室 压气机 涡 轮 尾 喷 口
功平衡
2019年1月2日
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一、共同工作及共同工作线
4、压气机与涡轮的功平衡
由压气机和涡轮的功平 衡：
机械效率
k 1 k
qma c pT1*[( c )
1)] / c qma c p T3*[1
1 ( T )
k 1 k
1 (t )
1
]t m
* cp T3 1 T1* 1 cp 1 et 其中，ek ( k )
2019年1月2日
ek 1 k t m
1
？
, et ( t )
机械效率
？
k 1 k
, eT ( T )
k 1 k
const
一、共同工作及共同工作线
5、涡轮导向器和尾喷管的流量连续
流 量 连 续
燃烧室
压气机
涡 轮
尾 喷 口
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一、共同工作及共同工作线
5、涡轮导向器和尾喷管的流量连续 *
涡轮导向器喉道流量：qm.dx 尾喷管喉道流量：qm.8 由流量连续：qm.dx K p3 dx Adx q (dx ) T3* T
压气机状态相似 n T0 n T0
c 2.8,c 0.84
T0 T0 5000* 255.65 4709.6( rpm) 288.15 280 288.15 54020 158.5(kg / s) 255.65 101325
7
n n
T0 qma q T ma 0 p0 p0
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qma qma
T0 p0 T0 p0
第一节 各部件的共同工作
2019年1月2日
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第一节 各部件的共同工作
• 设计点性能
– 选择发动机的设计参数（高度、Ma数、循环参数、 部件设计参数） – 确定满足发动机设计参数要求的几何尺寸和性能 （推力、单位推力、耗油率等）