发动机原理(第二章压气机)
发动机原理-压气机
压气机尽可能提供连续的、均匀的气流，以确保燃料的稳定燃烧，避免燃烧不完全和火 灾等问题。
3 降低燃油消耗
通过提高发动机的压缩比，压气机可以降低燃油消耗，使发动机更加节能环保。
压气机的工作原理
1
压缩
2
旋转的叶片将空气压缩，使其体积变小。
3
循环往复
4
空气经过多级压缩，不断循环往复，达 到更高的压缩比。
高效节能
未来的压气机将更加注重提高燃 烧效率，降低对环境的影响。
电动化
随着电动飞机的发展，压气机将 逐渐转向电动驱动。
创新设计
压气机的设计将不断创新，以提 高效率和性能。
结论和要点
1 压气机是发动机的核心组成部分，负责将空
气压缩并提供给燃烧室。
3 压气机的应用领域广泛，涵盖航空、动力工
程、汽车工业和军事装备等。
压气机的应用领域
航空领域
喷气式飞机和直升机等航空器的发动机都需要 压气机来提供压缩空气。
汽车工业
柴油发动机、涡轮增压器和气动制动系统等都 离不开压气机的应用。
动力工程
发电厂、船舶和工业设备等动力系统中的内燃 机也需要压气机。
军事装备
各类军用飞机、坦克、导弹系统等军事装备中 都需要压气机。
压气机的发展趋势
进气
压气机通过进气口吸入大量空气。
弹动能
离心力带动压缩的空气弹出，形成高速 气流。
压气机的种类
1 离心式压气机
2 轴流式压气机
利用离心力来压缩空气， 适用于低压缩比的发动机。
通过叶片的轴向流动来压 缩空气，适用于高压缩比 和高效率要求的发动机。
3 混流式压气机
结合了离心式和轴流式的 优点，兼具高压缩比和高 效率。
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
航空发动机工作原理
航空发动机工作原理
航空发动机是现代飞机的核心部件之一，它的工作原理基于热力循环和喷气推进的原理。
下面将阐述航空发动机的工作原理，以及其主要组成部分的功能和作用。
航空发动机通过燃烧内燃机燃料，产生高压高温的气体，并将其排出，产生向后的推力，从而使飞机获得动力。
整个过程可以简要地分为以下几个步骤：
1. 压气机：航空发动机的压气机主要负责将空气压缩，以提高进气量和气体压力。
压气机由多级转子叶片组成，通过转子的旋转来增压。
2. 燃烧室：压缩后的空气经过喷油器喷入燃烧室，与燃料混合并点火燃烧。
燃料燃烧产生的高温高压气体通过增大压力和温度来释放更多能量。
3. 高压涡轮：高温高压气体通过高压涡轮，使其转动，驱动压气机和涡轮扇叶。
4. 喷气扇：喷气扇位于发动机前端，是航空发动机产生推力的重要组成部分。
其主要作用是将一部分空气通过扇叶加速排出喷管，产生向后的推力。
同时，喷气扇还能通过副扇气流提供辅助推力。
5. 喷管：喷管是航空发动机的尾部部分，其形状和尺寸对喷气流产生限制和控制，进一步提高推力效率。
通过以上的工作原理，航空发动机能够在短时间内产生大量的推力，使飞机获得前进的动力。
为了提高效率和性能，航空发动机还采用了涡轮增压器、可变导向喷管、燃油喷嘴等辅助装置。
总之，航空发动机的工作原理基于热力循环和喷气推进的原理，通过压缩空气、燃烧燃料、喷出高速气流，产生向后的推力，为飞机提供动力。
第二章压气机
2.5 工作叶片
31
2.5 工作叶片
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2.6 榫头
工作叶片通过榫头实现与轮盘的联接。因此，对榫的主 要设计要求是： 1)在尺寸小，重量轻的条件下，将叶身所受的负荷可 靠地传递给轮盘； 2)保证工作时片的准确定位和可靠固定； 3)应有足够的强度、适宜的刚性及合理的受力状态， 尽量避免应力集中 4)结构简单、装拆方便。 目前铀流式压气机转子叶片榫头形式有三种: A）燕尾式 B）销钉式 C)枞树式
6
2.2轴流式压气机
轴流式压气机转子 转子是一个高速旋转对气流做功的组合件。在双转子涡 喷发动机中，压气机又分为低压转子和高压转子；在双转子 涡扇发动机中．低压转子就是风扇转子．或者是风扇转子和 低压压气机转子的组合。压气机转子一船是简支的，也有些 是悬臂 轴流式压气机静子
静子是静子组合件的总称，包括机匣和整流器。在单 转子涡喷发动机中，压气机机匣由进气装置、整流器机匣 和扩压器机匣组成。在双转子压气机中，在风扇和压气机 之间还有一个分流机匣，将内、外涵道的气流分开；在高、 低压压气机之间有一个中介机匣，将气流由低压压气机顺 利引入高压压气机。
13
2.3 轴流式压气机转子的基本结构
加强的盘式转子
14
2.3 轴流式压气机转子的基本结构
鼓盘式转子由若干个轮盘，鼓简和前、后半轴组成。 盘缘有不同形式的榫槽用来安装转子叶片。级间联接可采 用焊接、径向销钉、轴向螺栓或拉杆。转子叶片、轮盘和 鼓简的离心力由轮盘和鼓筒共同承受．扭矩经鼓筒逐级传 给轮盘和转子叶片，转子的横向刚性由鼓筒和连接件保证。
37
2.6 榫头
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2.6 榫头
槽向固定的方式很多，通常采用卡圈、锁片、档销等锁紧 方式或复合方式，也可利用其他结构件固定，如封严环、径向 销钉等。要根据具体结构和槽向力的大小来选择固定方式。
航空发动机原理课后答案
航空发动机原理课后答案1) 燃烧室：燃烧室是航空发动机中的一个关键组件，它是燃料和空气混合物燃烧的场所。
通过燃料喷射系统将燃料喷入燃烧室，并与从压气机提供的空气混合。
在燃烧室中，通过点火将混合物点燃，产生高温高压的燃气。
2) 高压涡轮：高压涡轮是航空发动机中的核心部件之一，它由多个涡轮片组成。
高压涡轮通过从压气机传输过来的高温高压燃气驱动，使涡轮旋转。
涡轮的旋转带动压气机和燃料喷射系统等关键组件的运转。
3) 压气机：压气机是航空发动机中的一个重要组件，它由多个压气级组成。
压气机的主要作用是将空气压缩，提高空气的密度和压力，为燃烧室提供高压空气。
压气机通常分为高压级和低压级，高压级用于压缩空气到较高的压力，低压级用于进一步增加空气的压力。
4) 推力产生：航空发动机通过产生推力推动飞机前进。
推力产生的原理是通过喷出高速高温的排出气流，产生一个与排出气流相反的反作用力，从而推动飞机前进。
推力产生的主要方式有喷气推进和螺旋桨推进。
喷气推进是将排气气流直接喷出高速，而螺旋桨推进是通过螺旋桨叶片的旋转产生气流。
5) 冷却系统：航空发动机中的冷却系统主要用于降低发动机的温度，保持发动机在可靠运行温度范围内。
冷却系统通常采用冷却空气和冷却液来吸收和带走发动机产生的热量。
冷却空气可以通过多个渠道如冷却孔、涡扇中的空气等进入发动机并冷却各个部件。
6) 涡轮增压器：涡轮增压器是航空发动机中的一个关键组件，它位于压气机后方，主要用于增加进入燃烧室的空气压力。
涡轮增压器由涡轮和压缩机组成，涡轮增压器的核心是高压涡轮。
高压涡轮通过高温高压的燃气驱动，使压缩机中的涡轮旋转，进而增压进入燃烧室的空气。
7) 反推力：反推力是航空发动机的一个特殊功能，用于在起飞和着陆等特定时刻减慢飞机的速度。
通过调整发动机喷口的方向，使排气气流的方向反向，产生反向推力，从而减少飞机的速度。
反推力通常通过可逆涡轮发动机或喷气式飞机的扰流板等装置实现。
压气机原理
压气机原理
压气机是一种用来增加气体压力的机械设备，它在航空、化工、能源等领域都
有着广泛的应用。
压气机的工作原理基本上是通过动态和静态两种方式来实现的，下面我们将从这两个方面来详细介绍压气机的工作原理。
首先，我们来看一下压气机的动态工作原理。
压气机通过动态压力来增加气体
的压力。
当气体通过压气机的转子叶片时，叶片将气体加速，使其动能增加，同时使气体的静压降低。
在叶片后面的扩压器中，气体的动能转化为静压，从而增加了气体的压力。
这种动态工作原理使得压气机能够以较高的效率来增加气体的压力，因此在航空发动机等领域得到了广泛的应用。
其次，我们再来看一下压气机的静态工作原理。
压气机通过静态压力来增加气
体的压力。
在压气机中，气体通过静叶片时，叶片将气体的动能转化为静压，从而增加了气体的压力。
在静叶片后面的扩压器中，气体的静压进一步增加，从而实现了对气体压力的增加。
这种静态工作原理使得压气机能够在一定范围内实现对气体压力的精确控制，因此在化工、能源等领域得到了广泛的应用。
除了动态和静态工作原理之外，压气机还有一些其他的工作原理，如离心压气
机的离心力原理、轴流压气机的轴流原理等。
这些工作原理都是基于动态和静态原理的基础上进行的进一步发展和应用，使得压气机能够更好地满足不同领域的需求。
总的来说，压气机的工作原理主要是基于动态和静态两种方式来实现的，通过
这些工作原理，压气机能够实现对气体压力的增加和控制，从而在航空、化工、能源等领域发挥着重要的作用。
希望通过本文的介绍，能够让大家对压气机的工作原理有一个更加深入的了解。
压气机工作原理
压气机工作原理压气机是一种用来增加气体压力的机械设备，它在各种工业领域中都有着广泛的应用。
在飞机的发动机中，压气机起着至关重要的作用，它能够将空气压缩，提高空气压力，为燃烧提供必要的氧气，从而推动飞机飞行。
那么，压气机是如何工作的呢？接下来，我们将详细介绍压气机的工作原理。
首先，压气机的工作原理可以简单地理解为通过叶片的旋转来增加气体的压力。
当空气进入压气机时，它会被叶片所围绕，随着叶片的旋转，空气被迫不断地受到挤压，从而增加了空气的压力。
这种方式类似于风扇的工作原理，但压气机的压缩效果更为显著。
其次，压气机的工作原理还涉及到了多级压缩的概念。
在压气机内部，通常会设置多个级别的叶片，每个级别都会对空气进行一次压缩，最终将空气的压力提高到所需的水平。
这种多级压缩的设计能够有效地提高压气机的效率，使得压缩过程更加充分和均匀。
另外，压气机的工作原理还包括了适当的冷却和润滑措施。
由于压气机在工作过程中会产生大量的热量，如果不及时散热，就会对设备造成损坏。
因此，压气机通常会采用冷却系统来降低温度，确保设备的正常运行。
同时，润滑系统也是不可或缺的，它能够减少叶片之间的摩擦，延长设备的使用寿命。
最后，压气机的工作原理还与叶片的设计和材料选择有关。
为了能够更好地实现空气的压缩，压气机的叶片通常会采用空气动力学设计，以确保空气能够在叶片上得到充分的压缩。
同时，叶片的材料也需要具有较高的强度和耐磨性，以承受高速旋转和持续的压缩工作。
综上所述，压气机的工作原理涉及到了空气压缩、多级压缩、冷却润滑和叶片设计等多个方面。
这些原理的相互作用，共同确保了压气机能够稳定、高效地工作，为各种工业设备和飞行器提供了必要的气体压力。
希望本文能够帮助大家更好地理解压气机的工作原理，为相关领域的工作者和爱好者提供一些参考和借鉴。
飞机发动机压气机的原理
飞机发动机压气机的原理飞机的发动机是由多个组件组成的复杂系统，其中压气机是发动机中的一个重要组成部分。
压气机的主要功能是将外部空气吸入并加压，然后将加压后的空气送往燃烧室，与燃料混合并燃烧，从而产生动力。
下面我将详细介绍飞机发动机压气机的原理。
发动机压气机一般由多级压气机级组成，每级压气机级包括一个叶轮和一个固定的导叶组成。
叶轮是通过发动机燃烧室内高温高压燃烧气体的作用，旋转并将气体压缩，使其压力和温度提高。
导叶则通过控制气流的导向，将气体引导到下一个级别的叶轮上。
压气机的原理可以分为离心式压气机和轴流式压气机两种。
离心式压气机通过叶轮的旋转将来流的气体旋转，使气体的动能转化为压力能。
其工作原理类似于离心泵，气体在叶轮的作用下产生离心力，从而加速向外移动，形成高压气体。
轴流式压气机是通过叶轮和导叶交替排列的方式将来流的气体进行压缩。
当气体通过导叶时，导叶将气体的流向转换，使其与叶轮切向速度匹配。
叶轮通过高速旋转将气体捕获，并将其压缩。
在压缩过程中，气体不仅受到力的作用，还受到叶轮的切向速度的传递，进而提高了气体的压力和能量。
无论是离心式压气机还是轴流式压气机，叶轮都是压气机的核心组件。
叶轮通常由多个叶片组成，叶片的形状和角度是根据气体流动的特性和压缩效率进行设计的。
叶轮的旋转速度和叶片的数量也会影响压气机的性能。
另外，压气机的工作需要大量的能量，并且需要确保空气的流量和压力达到发动机的要求。
为了实现这一点，压气机通常会采用多级结构，每级压气机级都有不同的气流加压效果，并且通过多级压缩来提高气体的压力。
一些大型发动机甚至会采用多级轴流式压气机和离心式压气机的组合。
除了上述的压气机原理，飞机发动机的压气机还包括一些附加的设计和控制元件。
例如，可以通过调整导叶和叶轮的角度来控制气体的流动和压缩效果，以达到不同工况下的需求。
此外，还需要确保压气机的可靠性和稳定性，因此对压气机的飞行性能和工作状态进行监控和控制也是必要的。
飞机发动机原理与结构—压气机
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
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
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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。
发动机原理(第二章压气机特性)
2、压气机特性实验和通用特性 、
实验设备及实验过程（ 实验设备及实验过程（P74） ） 相似理论和相似准则
– 几何相似 – 运动相似
对应点速度方向相同， 对应点速度方向相同，大小成比例
*
通用特性
π k = f1 ( ηk = f 2 (
*
qma T1* p1
*
,
n T1* n T1
*
)
– 动力相似 轴向M 轴向 a相等 切向M 切向 u相等
主要参数 – 增压比： 增压比： – – – – 流量： 流量： 转速： 转速： 多变压缩功： 多变压缩功： 绝热效率： 绝热效率：
* πk =
* p2 * p1
qma (kg / s) n(rpm) Wk = CpT1*[(π k )
γ −1 * γ
* − 1] / ηk
ηk = Wkad / Wk
节
主要参数（增压比、效率、压缩功等） 主要参数（增压比、效率、压缩功等） 压气机通用特性
– 三种线 等相似转速、等效率、稳定工作边界 三种线(等相似转速 等效率、稳定工作边界) 等相似转速、 – 特性线变化原因 – 喘振及主要防喘措施
qma T1* p1
*
,
)
通用特性图
相似流量为横坐标 增压比为纵坐标 相似转速为参变量 三种线
– 等相似转速线 – 等效率线 – 喘振边界线
稳定工作范围
– 边界线右下方
高效率区
– 等效率线中心
如果设计点在P点 如果设计点在 点
–相似流量变化 相似流量变化 工作点 → A 工作点 → B –相似转速变化 相似转速变化 工作点 → C 工作点 → D
通过调节静子叶片角度，使动叶进口气流的绝 通过调节静子叶片角度， 对速度向转动方向偏斜， 对速度向转动方向偏斜，相对速度的方向与设 计状态相接近，进气攻角恢复到“ 计状态相接近，进气攻角恢复到“零”，消除 了叶背分离， 了叶背分离，因此防止了喘振发生
发动机原理-压气机与涡轮
压力比
表示压气机每单位时间内吸入或排出的空 气体积。
表示压气机出口压力与进口压力的比值。
效率
喘振
表示压气机对能量的利用程度，即实际得 到的空气压力与理论最大压力的比值。
当压气机的空气流量减小到一定程度时， 压气机出口压力会突然下降，导致发动机 出现喘振现象，影响发动机的正常工作。
03 涡轮原理
涡轮的作用与原理
原理
压气机通过旋转的叶轮或螺旋桨将空气吸入，然后通过叶片的旋转对空气进行 压缩，使其压力和密度增加，最后将压缩后的空气送入发动机的燃烧室。
压气机的种类与特点
01
轴流式压气机
轴流式压气机具有较高的空气压缩效率，适用于大流量、低压力的场合。其叶片来自度可调，以适应不同工况下的需求。
02 03
离心式压气机
或千瓦。
转速
表示发动机曲轴的转速，单位 为转/分钟。
扭矩
表示发动机输出的转矩大小， 单位为牛顿·米。
燃油消耗率
表示发动机每输出单位功率所 消耗的燃油量，单位为克/千
瓦·小时。
02 压气机原理
压气机的作用与原理
作用
压气机是发动机的重要部件之一，其主要作用是将外界的空气吸入发动机，并 提高其压力，为发动机提供必要的空气流量和压力。
涡轮的作用
涡轮是发动机中的重要部件，其作用是将高温高压气体的能 量转化为机械能，驱动发动机转子转动，从而带动飞机或发 动机的转动。
涡轮的原理
涡轮的工作原理基于牛顿第三定律，即作用力和反作用力大 小相等、方向相反。高温高压气体进入涡轮后，对涡轮叶片 产生作用力，使涡轮旋转，同时将气体的能量转化为机械能 。
离心式压气机适用于小流量、高压力的场合，其结构简单、可靠性高。 在离心式压气机中，空气通过旋转的叶轮被加速，然后在扩压器中减速， 以提高其压力。
涡扇发动机工作原理
涡扇发动机工作原理
涡扇发动机是一种喷气式发动机，其工作原理如下：
1. 压气机：涡扇发动机的前部是一个压气机，它由一系列旋转的压气机叶片组成。
当发动机启动时，压气机将大量的空气吸入并压缩。
2. 燃烧室：压缩后的空气进入燃烧室，与喷射进来的燃料混合并点火燃烧。
这产生的燃气能量释放出高温高压的气体。
3. 高压涡轮：燃烧后的气体释放出的能量驱动高压涡轮旋转。
高压涡轮通常与压气机通过一个轴连接，它抽取了一部分燃气能量以驱动压气机的旋转。
4. 推进喷口：经过高压涡轮后，喷出高温高速的气体通过推进喷口喷射出去产生推力。
通常涡扇发动机还会通过一个喷管将一部分气体绕过喷口再排出，以产生辅助的推力。
5. 低压涡轮：推进喷口前面通常还有一个低压涡轮，它由高压涡轮后部的气体驱动。
低压涡轮的旋转进一步提取了一部分能量，用来驱动压气机和其他辅助设备的运行。
总的来说，涡扇发动机工作原理是通过将压气机压缩的空气与燃料混合并燃烧，产生高温高压的气体，然后利用高压涡轮和低压涡轮的旋转将能量转化为推力，推动飞机前进。
发动机原理-压气机24页PPT
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
涡轮发动机结构之压气机—基元级增压原理
一 如何实现增压
转动
一 如何实现增压
Ra
R Ru
Ra 产生推动气体运动的力 Ru 推动气体圆周运动，做功，
增大气体流出转子速度
一 如何实现增压
R u R 增压能力
一 如何实现增压
基本增压原理
一 如何实现增压
基本增压原理
流持持续转做续子功不叶（断片一地对次流气）过体、扩做扩散功散通，增道压推（动两气次）
基元级增压原理
回顾：压气机的组成部件
压气机
转子 静子
气流在压气机内流动
思考 如何实现增压
目标
利用气体流动规律，说明压 气机如何实现增压
一 压气机如何实现增压 二 压气机增压性能描述参数
回 顾 两只船近距离靠近行驶特别危险，为什么？
面积小
流速低
流速大
压力大 压力小
结论 流通面积与气体压力有关联影响 ，亚音速流动时面积大压力大
一 如何实现增压
基本增压原理
持续做功（一次）、扩散增压（两次） 课后拓展：为什么静子不也转动起来
一 压气机如何实现增压 二 压气机增压性能描述参数
二 增压性能参数
• 增压比
*
压气机出口总压
c
压气机进口总压
发动机截面定义
c*
P3* P2*
目前，压气机最高增压比已接近30
二 增压性能参数
• 压气机功 将1kg空气压缩到某一增压比，压气机耗费的功
• 压气机效率
: *
理想压缩耗费功
c
实际耗费功
小 结 压气机增压原理
一 如何实现增压 气流在压气机内的流动
一 如何实现增压 取出一级压气机的平面叶栅
一 如何实现增压
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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：
气流以V1流向动叶 由于叶片转动切线速度U1 气流以相对速度W1进入动叶
出口：
气流以相对速度W2 流出动叶 由于叶片转动切线速度U2 气流以绝对速度V2流出动叶
动叶叶栅速度三角形
一级：
U1 U2
将进、出口 速度三角形 叠画在一起， W和V均向 转动方向发生 偏转： W2 W1 V2 V1
多变压缩功： 绝热效率： *k=0.82~0.87
1 *
* 1] / k
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)
环面附面层 漏气 潜流
攻角
i 1k 1
1k 几何进口角 1 进口气流角
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； •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
Wu
V2 V1
2
2
2
W1 W2
2
2
2
要提高每一级的增压能力，要提高Wu 轮缘功Wu
亚音轴流压气机级增压比=1.1~1.4 多级
扭速
Wu W1u W2u
增加叶栅的弯曲程度，增大扩张程度，可以增加扭速
多级轴流压气机
为提供发动机的推重比，必须提高压气机级增压 能力，减少级数
–更高的叶尖切线速度 –提高级的气动负荷
2、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 然后气流转弯 速度降到W2 ， 静压进一步提 高
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 – 实际情况：多变压缩
h 2i
理想压缩功
2
多变
P2*
P1*
等熵
多变压缩功
1 S
2、主要参数
增压比：
k
*
p2 p1
* *
流量： 转速：
qma (kg / s ) n(rpm) Wk CpT1*[( k )
* k Wkad / Wk
– 动量矩原理推导出（见教材）
Wu U (V2u V1u ) U (W1u W2u ) U Wu
– U– 切线速度
WU – 扭速
U=f(n,D):高速旋转（n=10,000~50,000 rpm) 受强度、直径、相对速度等限制 扭速：增加叶栅的弯曲程度，增大扩张程度 扩张程度过大，气流易分离，损失增大
绝对坐标系 轮缘功压缩功、 动能增量、摩擦功
1
2
W fr
两式相减，得： 2 2 2 2 V V W W 压气机对气体作轮缘功＝ 1 2 Wu 2 1 绝对动能增量+相对动能增量 2 2
动叶增压原理：加功、增速、增压
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。
第二章
发动机部件工作原理
第一节 压气机工作原理
一、功能、要求及分类
功能
加功增压，即对气体作压缩功以提高压力
对压气机的主要要求是在满足所需增压 比的条件下:
效率高，尺寸小（径向、轴向），重量轻; 有足够的稳定工作范围 安全可靠
分类
离心式 轴流式
离心式压气机
轴向进气，径向排气 离心增压 优点： 结构简单、零件少 级增压能力强(6-12) 性能稳定 轴向尺寸短 缺点： 效率 低，迎风面大 适合：小推力级
二、 轴流压气机增压原理
多级组成 每一级由工作轮与静子组成 工作轮（转子〕：
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
1、亚音基元级增压原理
分解 级基元级平面叶栅 平面叶栅
– 动叶叶栅 – 静叶叶栅
截面编号
– 1 动叶进口 – 2 动叶出口（静叶进口） – 3 静叶出口
Mw1=1.3-1.5, 总压损失=0.97-0.94
级增压比=1.8-2.2
3、压气机级
压气机级沿叶高由基元级叠加而成； 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； 沿叶高叶片是扭转的。
4、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