第六章 双轴涡轮喷气发动机
涡轮喷气发动机
涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机(涡轮喷气发动机)涡轮喷气发动机是一种涡轮发动机。
特点是完全依赖燃气流产生推力。
通常用作高速飞机的动力。
油耗比涡轮风扇发动机高。
涡喷发动机分为离心式与轴流式两种，离心式由英国人弗兰克·惠特尔爵士于1930年取得发明专利，但是直到1941年装有这种发动机的飞机才第一次上天，没有参加第二次世界大战，轴流式诞生在德国，并且作为第一种实用的喷气式战斗机Me-262的动力参加了1945年末的战斗。
相比起离心式涡喷发动机，轴流式具有横截面小，压缩比高的优点，当今的涡喷发动机均为轴流式。
目录概述工作原理发展历史结构收缩展开概述综述涡轮喷气发动机应用喷气推进避免了火箭和冲压喷气发动机固有的弱点。
因为采用了涡轮驱动的压气机，所以在低速时发动机也有足够的压力来产生强大的推力。
涡轮喷气发动机按照“工作循环”工作。
它从大气中吸进空气，经压缩和加热这一过程之后，得到能量和动量的空气以高达2000英尺/秒（610米/秒）或者大约1400英里/小时（2253公里/小时）的速度从推进喷管中排出。
在高速喷气流喷出发动机时，同时带动压气机和涡轮继续旋转，维持“工作循环”。
涡轮发动机的机械布局比较简单，因为它只包含两个主要旋转部分，即压气机和涡轮，还有一个或者若干个燃烧室。
然而，并非这种发动机的所有方面都具有这种简单性，因为热力和气动力问题是比较复杂的。
这些问题是由燃烧室和涡轮的高工作温度、通过压气机和涡轮叶片而不断变化着的气流、以及排出燃气并形成推进喷气流的排气系统的设计工作造成的。
发动机的推进效率在很大程度上取决于它的飞行速度。
当飞机速度低于大约450英里/小时（724公里/小时）时，纯喷气发动机的效率低于螺旋桨型发动机的效率，由于螺旋桨的高叶尖速度造成的气流扰动，在350英里/小时（563公里/小时）以上时螺旋桨效率迅速降低。
因而，纯涡轮喷气发动机最适合较高的飞行速度。
涡轮喷气发动机
涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机Turbojet燃气涡轮发动机最广泛的用途是航空发动机，而且航空发动机绝大多数是燃气涡轮发动机，称为航空燃气涡轮发动机，主要有四种类型，涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机。
本节介绍涡轮喷气发动机，简称涡喷发动机。
涡喷发动机基本结构涡喷发动机主要用在高速战斗机，早期的涡喷发动机与普通涡轮发动机一样，由轴流式压气机、环形燃烧室或环管燃烧室、轴流式涡轮组成，有关各部分结构与原理参考相关章节，现在的涡喷发动机增加了加力燃烧室。
本节通过一个涡喷发动机模型来说明基本结构与简单原理，模型仅由主要部件组成，静叶不显示；模型涡轮后部长度有所缩短；润滑系统、启动系统等附属系统示意性显示；各部件比例未与任何实际发动机相同，模型仅作基本结构与原理演示。
涡喷发动机功能是产生高温高压燃气，从尾喷管中高速喷出产生推力，它就是飞机的推进器。
涡轮仅带动压气机，不向外输出机械功，图1是涡喷发动机模型的转子，由一级轴流涡轮与10级轴流式压气机同轴组成。
图1-涡喷发动机的转子图2与图3是涡喷发动机剖面图，转子安装在机壳（气缸）内；在压气机与涡轮之间有环形燃烧室，燃烧室内安装环形火焰筒与多个燃料喷嘴（参见“环形燃烧室”）。
由于转子轴没有通向机外，一般通过扇齿轮与外面的启动机相连接，启动机一般用电机，在启动后作发电机用，大的涡喷发动机则采用另一个小形涡轮发动机启动。
图2-涡喷发动机结构图（一）图3--涡喷发动机结构图（二）涡喷发动机工作原理与普通燃气轮机相同，其特点是膨胀的燃气除了推动压气机，大部分能量变为高速喷出燃气的动能，产生推力推动飞机前进。
加力燃烧室涡喷发动机主要用在歼击机等军用战斗机上，多为超音速飞行，仅靠涡轮机喷出的燃气产生推力还不能满足多种需求，于是在涡轮后方又增加了加力燃烧室。
加力燃烧室利用涡轮排出的燃气中剩余氧气加燃油燃烧（空气通过主燃烧室后尚剩余有2/3～ 3/4的氧气），产生更大的推力。
涡轮喷气式发动机
涡轮喷气发动机李飞龙运航1101 201173619涡轮喷气发动机，它包括有外壳、轴承、转轴、进气外定子、进气定子、轴套、尾排气定子、整流罩、尾轴螺母、排气定子、排气叶轮、控制装置，它还包括有前轴螺母、大轴套、燃烧室，所述转轴的前轴伸端和后轴伸端设有外螺纹，在转轴的前轴伸端的外螺纹上旋有前轴螺母，并且在转轴上向后依次设置有进气叶轮、轴套、一对支撑轴承、轴套、排气叶轮，在后轴伸端的外螺纹上旋有尾轴螺母，所述进气叶轮和排气叶轮与转轴相固定连接。
涡轮喷气发动机包含四节：压缩器，燃烧室，涡轮节，和排气节。
压缩器部分空气以高速度通过进气道到达燃烧室。
燃烧室包含燃油入口和用于燃烧的点火器。
膨胀的空气驱动涡轮，涡轮通过轴连接到压缩器，支持发动机的运行。
从发动机排出加速的排气提供推力。
这是基本应用了压缩空气，点燃油气混合物，产生动力以自维持发动机运行，和用于推进的排气。
进气道在飞行中，发动机前方的空气经进气道流过压缩器。
其气道前方未受扰动气流的速度，与飞行速度大小相等，方向相反。
空气流出进气道的速度(c1)就是压缩器的进口气流速度。
在飞行速度大于压缩器进口气流速度的情况下，空气流过进气道，流速减小，压力和温度升高，空气受到了压缩。
在飞行速度小于压缩器进口气流速度的情况下，空气流过进气道时，流速增大，压力和温度降低，这时没有动力压缩。
目前，飞机平飞时的速度，一般都大于压缩器进口气流速度。
因此，在飞行中空气流过进气道时，一般都受到动力压缩。
空气流经进气道时的流动损失，包括摩擦损失、分离损失和激波损失等三种1.摩擦损失进气道内的摩擦损失是由于空气具有粘性，在管壁表面形成了附面层而产生的。
摩擦损失的大小，除了取决于气流速度以外，还直接与进气道管壁的光滑程度有关。
因此，机务人员应当重视进气道的维护工作，注意防止划伤进气道的表面，并且保持进气道的清洁，以免增大摩擦损失，使发动机推力减小。
2.分离损失分离损失主要是由于气流在进气道进口的流动方向与进气道前缘内壁的方向不一致而产生的。
涡轮喷气发动机
涡轮风扇喷气发动机涡桨发动机的推力有限，同时影响飞机提高飞行速度。
因此必需提高喷气发动机的效率。
发动机的效率包括热效率和推进效率两个部分。
提高燃气在涡轮前的温度和压气机的增压比，就可以提高热效率。
因为高温、高密度的气体包含的能量要大。
但是，在飞行速度不变的条件下，提高涡轮前温度，自然会使排气速度加大。
而流速快的气体在排出时动能损失大。
因此，片面的加大热功率，即加大涡轮前温度，会导致推进效率的下降。
要全面提高发动机效率，必需解决热效率和推进效率这一对矛盾。
涡轮风扇发动机的妙处，就在于既提高涡轮前温度，又不增加排气速度。
涡扇发动机的结构，实际上就是涡轮喷气发动机的前方再增加了几级涡轮，这些涡轮带动一定数量的风扇。
风扇吸入的气流一部分如普通喷气发动机一样，送进压气机(术语称“内涵道”)，另一部分则直接从涡喷发动机壳外围向外排出(“外涵道”)。
因此，涡扇发动机的燃气能量被分派到了风扇和燃烧室分别产生的两种排气气流上。
这时，为提高热效率而提高涡轮前温度，可以通过适当的涡轮结构和增大风扇直径，使更多的燃气能量经风扇传递到外涵道，从而避免大幅增加排气速度。
这样，热效率和推进效率取得了平衡，发动机的效率得到极大提高。
效率高就意味着油耗低，飞机航程变得更远。
加力式涡扇发动机不加力式涡扇发动机涡轮风扇喷气发动机的优缺点如前所述，涡扇发动机效率高，油耗低，飞机的航程就远。
但涡扇发动机技术复杂，尤其是如何将风扇吸入的气流正确的分配给外涵道和内涵道，是极大的技术难题。
因此只有少数国家能研制出涡轮风扇发动机，中国至今未有批量实用化的国产涡扇发动机。
涡扇发动机价格相对高昂，不适于要求价格低廉的航空器使用。
涡轮喷气发动机涡轮喷气发动机简称涡喷发动机，通常由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成。
部分军用发动机的涡轮和尾喷管间还有加力燃烧室。
涡喷发动机属于热机，做功原则同样为：高压下输入能量，低压下释放能量。
-工作时，发动机首先从进气道吸入空气。
涡轮发动机教材
航空发动机为何那么难？航空涡扇发动机技术含量极高，被誉为“工业王冠”。
随着中国航空工业的井喷式发展，近年来，每当有一款国产新型战机首飞，网友们最关心的往往已不是飞机的性能，而是这款飞机是不是采用国产发动机。
就目前来说，答案往往是令人失望的，航空发动机为何那么难？中国人就造不出先进的航空发动机吗？我们先认识一下现代的先进航空发动机，现代战斗机、军用运输机、民航干线客机等采用的都是涡轮风扇发动机。
简单来说，涡扇发动机有2个同心圆涵道，由风扇、压气机、燃烧室、涡轮、喷管等5部分组成。
其中压气机、燃烧室和涡轮又往往被合称为发动机的核心机。
战斗机用涡扇发动机，与运输机、民航客机的区别主要在于风扇，客机的发动机一般采用大直径风扇，可降低耗油率；战斗机的发动机风扇直径一般较小，以进行超音速飞行。
空气从涡扇发动机的进气口流入，经过压气机压缩后，在燃烧室与煤油混合燃烧，高温高压燃气经由涡轮、喷管膨胀，最后高速从尾喷口喷出。
涡扇发动机的推力一部分来自喷出燃气所产生的反作用力；另一部分是涡轮驱动风扇，风扇旋转驱动空气，经由发动机外涵道喷出的反作用力。
转播到腾讯微博涡扇发动机与涡喷发动机涡扇发动机为何那么难？想象一下，苏27的AL-31涡扇发动机最大加力推力是12.5吨，2台AL-31可推动20多吨的苏27以超过2倍音速飞行。
但AL-31的风扇直径不到900毫米，涡轮直径不到300毫米；基本物理学原理，力是相互作用的，也就是说这么小尺寸的风扇、涡轮反过来要时刻承受着12.5吨的力。
形象一点说，大家应该都看过壮汉用喉咙顶着钢枪推动汽车的表演，涡扇发动机也大概如此，只是壮汉推汽车是慢慢挪动，而涡扇发动机要推动飞机以2倍音速飞行，各部件要承受住异常严酷的高温高压考验。
另外，一台用于超音速战机的涡扇发动机直径一般仅1米左右、长度4米左右。
以AL-31为例，这么小的一个圆筒状物体，要塞进4级风扇、9级压气机、2级涡轮、可收敛-扩张喷管、燃烧室、加力燃烧室，还要在之间安排冷却空气通道，周围安装燃油控制系统等的。
涡轮喷气发动机的主要组成部分及其各部分的作用
涡轮喷气发动机的主要组成部分及其各部分的作用涡轮喷气发动机是汽车发动机的主要类型，它将混合物与气体混合，并燃烧它们以获得能量。
涡轮喷气发动机是由许多部件组成的，其中包括：燃烧室、缸体、活塞、连杆、曲轴、涡轮和涡轮喷气发动机的燃烧室，是发动机中火焰所在的地方。
它是一个由铝合金、铁或铸铁或大马士革钢制成的活塞室，其内壁上有抗烧损和抗腐蚀表面处理。
燃烧室的主要功能是将燃料和空气混合，然后点燃以获得动力。
缸体是连接燃烧室和活塞的重要部件，它是由合金铸铁或耐热钢制成的，由于缸体的复杂结构，它可以最大限度地提高发动机的性能。
活塞是连接燃烧室和曲轴的重要部件，它由坚硬的合金铝和不锈钢制成，其功能是使活塞室内的燃料和空气混合，并将气体推向曲轴。
连杆是将活塞和曲轴连接在一起的重要部件，它的功能是将活塞的运动传递给曲轴，使曲轴旋转，从而产生动力。
曲轴是汽车发动机的重要部件，它的功能是将活塞的运动能量转化为动力输出到车轮上，从而实现汽车移动。
曲轴是由高强度钢材加工而成，其表面可以镀镍、镀铬或其他特殊处理表面。
涡轮是涡轮喷气发动机的关键系统之一，它是一种挤压式转子，其任务是将发动机内的气体推动到更高的压力，从而生成更多的动力。
涡轮由铝合金制成，并经过高温处理，使它能够承受更高的温度、压力和内部结构的损坏。
涡轮喷气发动机的燃料喷射系统是将汽油或柴油喷入发动机燃烧室中的重要系统，它是由机械泵和电子控制系统组成的，功能是根据驾驶员的需要来控制汽油的喷射量，从而最大限度提高发动机的性能和燃油经济性。
以上就是涡轮喷气发动机的主要组成部分及其各部分的作用。
涡轮喷气发动机是汽车发动机的主要类型，它将混合物和气体混合，并燃烧它们以获得能量，它是由许多部件组成的，其中包括：燃烧室、缸体、活塞、连杆、曲轴、涡轮和涡轮喷气发动机的燃料喷射系统等，它们各自发挥着不同的作用，以最大限度地提高发动机的性能。
简述涡轮喷气发动机的工作过程
简述涡轮喷气发动机的工作过程涡轮喷气发动机是一种常用于飞机和大型船舶上的动力装置。
它通过将空气与燃料混合并在高压下燃烧，产生高温高压气体，然后通过喷射出口加速气流，产生推力，推动飞机或船只前进。
涡轮喷气发动机的工作过程可以分为压气、燃烧和喷射三个阶段。
首先是压气阶段。
气流首先经过一个空气压缩机，它由一系列的旋转叶片组成。
这些旋转叶片将气流压缩，使其压力和温度升高。
压缩机旋转叶片的形状和角度是经过精确设计的，以确保气流能够被有效地压缩。
接着，经过压缩的气流进入燃烧室。
在燃烧室中，燃料被喷入高压气流中，并在点火后燃烧。
燃料的燃烧产生高温高压气体，使燃烧室内的压力迅速增加。
燃烧室的设计使得燃烧能够在较小的空间内快速完成，并使燃料完全燃烧，以提供更高的推力。
同时，燃烧过程还会产生大量的热能，这些热能需要通过燃烧室壁和涡轮来散发出去，以避免过热损坏。
在喷射阶段，高温高压气体进入涡轮。
涡轮是由一系列的旋转和静止叶片组成的，它们被分成若干级。
高温高压气体的能量被转化为旋转动能，驱动涡轮旋转。
旋转的涡轮通过轴向连接到压气机，使其继续工作。
涡轮的旋转还驱动一个轴，轴上安装有驱动风扇和喷气口。
驱动风扇从外部吸入大量空气，使其产生推力，并且一部分空气通过喷气口喷出，形成反作用力，推动发动机向前运动。
整个过程中，涡轮喷气发动机的工作是连续不断的。
通过不断地压缩、燃烧和喷射，发动机能够持续地产生推力，为飞机或船舶提供动力。
同时，发动机的性能和效率也受到多种因素的影响，如进气速度、燃料质量和喷气口的设计等。
因此，在设计和使用涡轮喷气发动机时，需要考虑这些因素，以提高发动机的性能和可靠性。
总的来说，涡轮喷气发动机通过压气、燃烧和喷射三个阶段的工作，将空气和燃料转化为推力，提供动力给飞机或船舶。
它的工作过程复杂而精密，需要各个部件的协调配合。
涡轮喷气发动机的出现和发展，为现代航空和航海事业的发展做出了巨大贡献，成为现代交通工具中不可或缺的一部分。
动力装置
对高涵道比涡扇发动机，常用风扇转速，用N1表示。
第六章 动力装置
2.发动机的效率
（1）热效率（ηt） 机械功与发动机燃油完全燃烧放出热量之比 。 影响因素：加热比（涡轮前燃气总温）、压气机增压比、 压气机效率和涡轮效率。 （2）推进效率（ηp） 推进功率与有效功率比值。表示发动机产生的可用功有 多少变成推进功。
轻微的喘振对飞行安全不会有影响，但会影响发动机寿命。 严重的喘振会使性能恶化、振坏、烧坏机件，引起发动机熄 火、停车，甚至直接使发动机报废，危及飞行安全。
第六章 动力装置
第六章 动力装置
发动机喘振特征
❖发动机声音由尖哨变为低沉，振动加大； ❖转速不稳定，推力突然下降并有大幅度波动； ❖发动机的排气温度升高，造成超温； ❖严重时发生放炮，气流中断而发生熄火停车。
F m m v 2 v 1 / a t m / t v 2 v 1
m—喷出的燃气质量；v2—燃气喷出的速度；v1—飞机的速 度
第六章 动力装置
3. 喷气式发动机的工作原理 （1）涡喷发动机的工作原理
1）涡喷发动机的组成
进气道（inlet duct） 压气机（compressor） 燃烧室（combustion） 涡轮（turbine） 尾喷管（exhaust）
一路是内涵气流，空气继续经压气机压缩，在燃烧室和燃油 混合燃烧，燃气经涡轮和喷管膨胀，燃气以高速从尾喷口 排出，产生推力；
另一路是外涵气流，流经风扇后的空气直接通过管道排到机 外（短外涵）或者一直流到尾喷口同内涵气流混合或分别 排出（长外涵）
第六章 动力装置 短外涵
长外涵
第六章 动力装置
3）涡扇式发动机特点
第六章 动力装置
单管燃烧室
涡轮喷气发动机
涡轮喷气发动机引言涡轮喷气发动机（Turbojet Engine）是一种常见的航空发动机，它是通过喷气推力产生动力的。
涡轮喷气发动机采用涡轮和压缩机的组合，将空气压缩并加热，然后通过喷射高速喷气来推动飞机。
发动机原理涡轮喷气发动机的原理基于牛顿第三定律，即每个动作都会有相等而反向的反作用力。
发动机通过喷射大量高速喷气产生巨大的推力，从而推动飞机向前运动。
涡轮是涡轮喷气发动机的核心组件之一，它通过高速旋转的扇叶将空气压缩，并产生动力。
在排出喷气的同时，涡轮也会产生一个反作用力，从而推动飞机向前。
工作过程涡轮喷气发动机工作过程包括四个基本步骤：压缩、燃烧、喷气和排气。
首先，涡轮喷气发动机的压缩器会将进气的空气压缩到很高的压力。
这是通过一系列的轴、叶片和转子来完成的。
压缩会使空气更加密集，为后续步骤提供更好的条件。
接下来，经过压缩的空气进入燃烧室，与燃料混合并点燃。
这个过程释放出大量的能量，使燃气的温度和压力迅速增加。
燃烧室内的压力会增加，推动涡轮旋转。
然后，高温、高压的燃气通过喷嘴喷出，产生高速喷气。
这个过程是通过涡轮的能量转移实现的。
喷射的喷气产生了反向的反作用力，从而推动飞机向前。
最后，燃气通过排气管排出，并将剩余的喷气释放到大气中。
排气过程的设计可以降低噪音和提高发动机效率。
特点和应用涡轮喷气发动机具有以下特点和应用领域：1. 高推力：涡轮喷气发动机的喷气速度非常高，可以提供强大的推力，使得飞机能够快速加速和爬升。
2. 高效率：通过喷气引擎的工作原理和设计优化，涡轮喷气发动机具有较高的燃烧效率和推力效率。
3. 高温和高速：涡轮喷气发动机的工作过程中涉及高温和高速运转，对材料和设计要求较高。
4. 应用广泛：涡轮喷气发动机广泛应用于民用和军用飞机，包括客机、货机、战斗机、直升机等。
发展和趋势涡轮喷气发动机自20世纪40年代以来一直在不断发展和改进。
随着技术的进步和工程手段的提高，涡轮喷气发动机的推力、效率和可靠性不断提高。
第11讲 双轴涡喷
6.4 双轴发动机的调节规律 双轴发动机最大状态调节规律分为尾喷管面积可调 和不可调两种情况。 和不可调两种情况。尾喷管出口面积可调的调节规律 能较好地发挥发动机性能的潜力，但调节机构复杂。 能较好地发挥发动机性能的潜力，但调节机构复杂。 尾喷管出口面积不可调(A 常数 时的调节规律： 常数)时的调节规律 尾喷管出口面积不可调 9=常数 时的调节规律： ①保持低压转子转速不变：n1=常数，A9=常数 常数， 保持低压转子转速不变： 常数 常数 保持高压转子转速不变： 常数 常数， ②保持高压转子转速不变：n2=常数，A9=常数 常数 保持涡轮前温度不变： 常数， ③保持涡轮前温度不变： T4*=常数，A9=常数 常数 常数 保持发动机压比EPR不变：p5*/p2*=常数，A9=常数 不变： 常数， ④保持发动机压比 不变 常数 常数 实际使用中， 实际使用中，有时用几种调节规律的组合
思考题 发动机整机试验设备主要有哪几种？ 发动机整机试验设备主要有哪几种？ 发动机的性能相似参数有哪些？ 发动机的性能相似参数有哪些？ 涡喷发动机地面起动为什么必须使用起动机？ 涡喷发动机地面起动为什么必须使用起动机？ 起动过程中转速悬挂现象是怎样产生的，如何解决？ 起动过程中转速悬挂现象是怎样产生的，如何解决？ 简述喷射液体加力的工作原理。 简述喷射液体加力的工作原理。 简述复燃加力发动机的速度特性和高度特性 。 P187， P187，第（3）（4）题; P192，第（2）（6）题 ）（4 P192， ）（6 P203～204， P203～204，第（1）、（5）、（7）、（8）题。 ）、（5）、（7）、（8
6.2 稳态下各部件的相互制约
双轴发动机低压压气机特性图上共同工作线的位置
6.2 稳态下各部件的相互制约 尾喷管临界截面积的大小对双轴发动机工作的影响
涡轮喷气发动机各部分结构和功能
涡轮喷气发动机各部分结构和功能好嘞，咱们今天就来聊聊涡轮喷气发动机，简单易懂，不要怕，放松点，咱们一起探讨这玩意儿！涡轮喷气发动机，它可不是个普通的机器，而是飞行器的心脏，简直就是让飞行变得可能的魔法师。
想象一下，飞机在天空中翱翔，那一声声轰鸣可都是它在背后默默支持呢！先说说这发动机的外观，乍一看，像个巨大无比的圆筒，周围还有些管道和风扇，简直像个科技感十足的玩意儿。
光从外表看，你就能感受到它的威严。
里面可真是复杂多了，咱们先从进气道说起。
这个地方负责把空气吸进来，像个贪吃的小家伙，把天空中的空气一口口吞下去。
可不是一般的空气哦，得是大量的，咱们的发动机可得大口吃空气，才能让飞机飞得更高更快。
空气经过进气道，被压缩了，压缩得可不轻啊，像是把空气塞进了一个小瓶子里。
这个过程是由压缩机来完成的，压缩机里有很多扇叶，就像风车一样不停地转动，把空气往里压。
哇，想象一下，那声音就像是无数的风扇同时开动，震耳欲聋！不过没关系，这可都是为了让发动机运转得更好。
然后，空气被压缩到一定程度后，就要进入燃烧室。
哇，燃烧室可是一场大派对，燃料在这里和空气混合，经过点火装置点燃，轰！一声巨响，火焰四射，简直就是一场小型火山爆发！这可是让发动机获取动力的关键时刻，火焰的能量把空气推动出去，产生了推力。
想象一下，火焰一喷，飞机就像箭一样飞出去了，真是壮观得让人惊叹！这整个过程并不是一帆风顺，燃烧室里的温度可高得吓人，达到几千度呢，真的是“热得受不了”。
所以发动机里有一套冷却系统，像个忠实的小保镖，时刻保护着发动机不被烧坏。
再说，喷出的废气也得有地方去，尾喷管就像是发动机的“后门”，把废气排出去，推动飞机向前，真是个绝妙的设计。
说到这里，咱们再聊聊涡轮。
涡轮是发动机里最有魅力的部分之一。
它负责把燃烧室里产生的高温高压气体转化为动力。
想象一下，那气体像火箭一样飞出来，涡轮就像个旋转的小风车，迅速转动，把这股力量抓住。
涡轮转动的同时又带动压缩机，形成一个完美的循环。
航空航天概论-第6章航空器推进装置(2学时)
11:40:12
37
航空航天推进装置
2.2 涡轮风扇发动机
涡轮风扇发动机的涵道比
依据涵道比划分，涡扇发动机分为低涵道比（1.0 以 下）、中等涵道比（1.0～ 3.0）和高涵道比（3.0 以上 ）三类。
11:40:12 38
航空航天推进装置
2.2 涡轮风扇发动机
涵道比等于5的高涵道比涡轮风扇发动机
航空航天推进装置
核心发动机（燃气发生器）： 发生燃气的部件，即压气机、燃烧室和涡 轮称为燃气发生器。由于它处于发动机的核心 部位，故又称为核心发动机。 • 对单转子发动机来讲，就是指压气机、主燃烧 室和带动压气机的涡轮； • 对双转子发动机来讲，就是指高压压气机、主 燃烧室和高压涡轮。 以核心机为基础，增添不同类型的部件 11:40:12 23 就可以发展成不同类型的发动机。
航空航天推进装置
喷气发动机的推重比
燃气涡轮发动机的主要 性能参数 推力 单位推力 推重比 单位迎面推力 单位燃油消耗率 增压比涡轮前燃气温度 11:40:12 涵道比
最大推力和发动机的 净重之比，称为发动机的 推重比。推重比是一个综 合性的性能指标，它不仅 体现喷气发动机在气动热 力循环方面的水平，也体 现了结构方面的设计水平 。目前，高性能的加力式 涡轮风扇发动机的推重比 可达8～10。 单位耗油率 发动机产生1N的推力 1h所消耗的燃油质量。 25
11:40:12
27
航空航天推进装置
涡轮螺旋桨发动机主要用于时速小于800千米的飞机； 涡轮轴发动机主要用于直升机的动力； 涡轮风扇发动机主要用于速度更高的飞机； 涡轮喷气发动机主要用于超声速飞机。 （音速声音的在15℃的空气中的速度是340米每秒，大约是
1224千米每小时 ）
涡轮喷气发动机的组成
涡轮喷气发动机的组成嘿，朋友们，今天咱们聊聊涡轮喷气发动机，这玩意儿可真是飞天的“秘密武器”啊！想象一下，飞机在空中呼啸而过，像条巨龙一样，背后那一股强劲的动力全靠它。
涡轮喷气发动机就像是一颗心脏，给飞机提供源源不断的动力。
它的构造复杂，但咱们就简单说说，绝对不让你晕头转向。
发动机的前面，咱们得说说进气道。
这地方就像是发动机的嘴巴，负责吸入空气。
想象一下，飞机在飞行的时候，空气像潮水一样扑面而来，进气道把这些空气“吞”下去，真是“吃得可欢了”。
这个进气道设计得特别巧妙，能让空气流动得更顺畅，减少阻力，嘿，这可真是个聪明的设计。
空气要经过压缩机。
这玩意儿就是个“健身教练”，专门把空气压得紧紧的，增加它的压力。
你能想象吗？空气被压缩得像气球一样鼓胀，真是个小奇迹！压缩机里有许多转动的叶片，像个旋转的风车，把空气不断“推”向后面。
压缩机工作的时候，可是“热火朝天”，把空气的温度和压力都提升得特别高，真是厉害的角色。
紧压缩后的空气流向燃烧室。
嘿，燃烧室就像是发动机的“厨房”，在这里可发生了大事情。
高温的空气和燃油在这里混合，点燃后产生巨大的能量。
火焰在里面舞动，真是热闹非凡。
想象一下，燃烧室里就像是一场小型的烟火表演，燃油瞬间变成高温的气体，推动着飞机往前飞。
然后，这些燃烧产生的高温气体会通过涡轮。
涡轮就像是一位“领舞者”，接住这些气体的力量，把它转化为旋转的动力。
涡轮和压缩机是连在一起的，涡轮转动的同时，压缩机也在工作，形成一个“良性循环”。
这就像是一个团队，大家齐心协力，推动飞机飞得更高、更远。
气体经过涡轮后，就会流向喷嘴。
喷嘴就像是一扇门，把气体喷射出去。
喷嘴的设计可真是个高科技，能让气体以极高的速度喷出，形成强大的反推力。
嘿，这下飞机可就像火箭一样，加速飞起，真是让人热血沸腾！喷嘴一打开，瞬间把气体喷出去，飞机就被推着飞向天空，简直像是离弦之箭，快得让人眩晕。
咱们别忘了涡轮喷气发动机的控制系统。
双轴涡轮喷气发动机实时模型研究
双轴涡轮喷气发动机实时模型研究
刘尚明
【期刊名称】《燃气涡轮试验与研究》
【年(卷),期】1991(000)002
【摘要】发动机的实时模拟是研究发动机数字控制系统必不可少的基础。
作者首次采用微型计算机[IBM PC/286]对某型双轴加力涡轮喷气发动机进行实时模拟研究，经过对发动机各部件特性的适当处理，很好地解决了实时模型的计算精度和计算速度之间的矛盾，得到了一个简单而又较为准确的发动机实时模型。
经过与实际试车数据和非实时数学模型计算结果相比较，本文提供了数学模型无论是稳态性能还是动态响应都能很好地反映发动机的真实物理过程，具有一定的使用价值。
【总页数】1页(P59)
【作者】刘尚明
【作者单位】北京航空航天大学动力系;北京航空航天大学动力系
【正文语种】中文
【中图分类】V235
【相关文献】
1.基于Willans Line的双轴驱动混合动力越野车实时能量管理 [J], 阚萍;邱利宏;钱立军;王金波
2.基于双轴加速度传感器的外弹道转速实时测量方法 [J], 郭泽荣;吴日恒;李世义;李红旗;郑鹏超
3.双轴涡喷发动机性能实时模拟简化模型 [J], 刘燕;刘伟;陈辅群;孙斌
4.某型双轴加力涡扇发动机实时性能仿真模型 [J], 陈敏;唐海龙;张津
5.面向对象的双轴混排加力涡扇发动机详细非线性实时仿真模型研究 [J], 丛靖梅;唐海龙;张津
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
第六章 双轴涡轮喷气发动机
第六章双轴涡轮喷气发动机Twin spool turbo-jet engine第6.1节双轴涡轮喷气发动机的防喘原理和性能优点Avoiding surge occurred and other adventages of Twin spool turbo-jet engine采用双轴涡轮喷气发动机的主要目的是防止压气机喘振。
双轴发动机把一台高设计增压比的压气机分为二台低设计增压比的压气机，分别由各自的涡轮带动。
低压压气机与低压涡轮组成低压转子，高压压气机与高压涡轮组成高压转子，双轴发动机的结构方案如图6.1.1。
图6.1.1 双轴发动机简图为什么双轴发动机在转速降低时有效的防止压气机喘振？这个问题在前面已经讨论过了，现在联系涡轮的工作状态进一步说明如下：单轴的高设计增压比压气机在非设计状态下工作严重恶化，是由于沿压气机气流通道轴向速度的重新分布所引起的，根据压气机进口和出口流量相等的条件，可以得到式中A2、A3、c2z、c3z、ρ2和ρ3分别代表压气机进出口的面积、气流轴向分速度和密度。
上式可以改写为由多变压缩过程的关系可得：式中 n——多变指数分别用压气机进出口的周向速度u2和u3除上式左边的分子和分母，可得上两式中K1和K2为常数。
在速度三角形中cz/u称为耗量系数。
由上两式可见，压气机增压比的变化将导致压气机进出口轴向速度之比和耗量系数之比也相应地变化。
当发动机相似参数变化时，就会产生这种情况。
发动机相似参数的变化可能是由于转速的变化引起的，也可能是在转速不变时压气机进口温度变化引起的，这两种情况没有本质的差别。
由压气机的气流速度三角形可以知道，耗量系数的变化影响着速度三角形的形状，使气流流入压气机叶片的攻角发生变化。
例如，压气机进口耗量系数c 2z 降低，将引起第一级压气机叶片的攻角增大；而压气机出口耗量系数c3z增加，将引起末级压气机叶片攻角减小。
因此，当发动机转速相似参数降低后，压气机的最前面几级和末后几级都将偏离它们的设计状态，中间各级由于耗量系数cz变化不大，因而工作状态变化不大。
涡轮喷气发动机基本结构及发展
加力燃烧室
装在涡轮后，短期供入燃油燃烧，使排气温 度、速度增加，增加发动机推力。
涡轮喷气发动机工作过程
涡轮喷气发动机工作过程示意图
涡轮喷气发动机工作过程
涡轮喷气发动机工作示意图
涡轮喷气发动机特点
特征：
涡轮只带动压气机压缩空气 推重比高 高空性能好 速度性能好 使用经济性较差 昆仑4
小结
涡轮喷气发动机
+
风扇
螺旋桨
自由涡轮
涡轮风扇发动机
涡轮螺浆发动机
涡轮轴发动机
优点：
缺点：
涡轮喷气发动机的发展
（1）涡轮风扇发动机(WS)
特征：
增加风扇结构
优点：
推力变大 耗油率变低 涡轮风扇发动机工作示意图
涡轮喷气发动机的发展
（1）涡轮风扇发动机(WS) 波音707：JT3C涡喷
升级
JT3D涡扇
29.4% 27.6% 110% 8.2%
涡轮喷气发动机基本结构及发展
今天不可能的事明天将变为可能。
---康·埃·齐奥尔可夫斯基
前言
航空发动机
航空活 塞发动机
前言
航空活塞发动机
前言
航空发动机
航空活 塞发动机
喷 航 气 空 发 涡 动 轮 机
前言
1939年8月27日 第一架喷气式飞机He-178试飞成功 安装HeS3B涡轮喷气发动机
飞机性能的变化 起飞滑跑距离减少 最大航程增加 爬升率提高 最大巡航速度提高
涡轮喷气发动机的发展
（2）涡轮螺桨发动机(WJ)
特征：
- 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)。
第六章双轴涡轮喷气发动机Twin spool turbo-jet engine第6.1节双轴涡轮喷气发动机的防喘原理和性能优点Avoiding surge occurred and other adventages of Twin spool turbo-jet engine采用双轴涡轮喷气发动机的主要目的是防止压气机喘振。
双轴发动机把一台高设计增压比的压气机分为二台低设计增压比的压气机，分别由各自的涡轮带动。
低压压气机与低压涡轮组成低压转子，高压压气机与高压涡轮组成高压转子，双轴发动机的结构方案如图6.1.1。
图6.1.1 双轴发动机简图为什么双轴发动机在转速降低时有效的防止压气机喘振？这个问题在前面已经讨论过了，现在联系涡轮的工作状态进一步说明如下：单轴的高设计增压比压气机在非设计状态下工作严重恶化，是由于沿压气机气流通道轴向速度的重新分布所引起的，根据压气机进口和出口流量相等的条件，可以得到式中A2、A3、c2z、c3z、ρ2和ρ3分别代表压气机进出口的面积、气流轴向分速度和密度。
上式可以改写为由多变压缩过程的关系可得：式中 n——多变指数分别用压气机进出口的周向速度u2和u3除上式左边的分子和分母，可得上两式中K1和K2为常数。
在速度三角形中cz/u称为耗量系数。
由上两式可见，压气机增压比的变化将导致压气机进出口轴向速度之比和耗量系数之比也相应地变化。
当发动机相似参数变化时，就会产生这种情况。
发动机相似参数的变化可能是由于转速的变化引起的，也可能是在转速不变时压气机进口温度变化引起的，这两种情况没有本质的差别。
由压气机的气流速度三角形可以知道，耗量系数的变化影响着速度三角形的形状，使气流流入压气机叶片的攻角发生变化。
例如，压气机进口耗量系数c 2z 降低，将引起第一级压气机叶片的攻角增大；而压气机出口耗量系数c3z增加，将引起末级压气机叶片攻角减小。
因此，当发动机转速相似参数降低后，压气机的最前面几级和末后几级都将偏离它们的设计状态，中间各级由于耗量系数cz变化不大，因而工作状态变化不大。
压气机前后各级的攻角偏离设计状态，首先使压气机级效率降低，进一步发展将会导致压气机喘振。
在非设计状态下前后各级工作不协调的现象对于高设计增压比的压气机将更为严重。
通过上述分析，可以知道，要达到在非设计状态下前后各级协调地工作，最有效的方法是使各级的转速相应于各级进口气流轴向速度的重新分布而各自变化，以保证各级耗量系数cz不变。
然而这在结构上是不可能的，也不需要这样。
在一般情况下只要把压气机分成两组就足够了。
这就成为双轴压气机和双轴发动机。
当双轴发动机的转速相似参数降低以后，高压转子和低压转子的转速自动地进行调整，使前后各级能够协调工作。
为了说明这个现象，再进一步分析压气机和涡轮工作的某些特点。
压气机由设计状态降低转速和增压比时，前后各级的气流轴向速度和耗量系数都将重新分布，前几级的耗量系数降低，攻角加大；而后几级的耗量系数加大，攻角减小。
攻角的改变将引起各级加功量wc,i的变化。
对于前面几级，攻角加大时，工作轮出口的气流相对速度方向基本不变，因而气流转角Δβ加大，扭速Δwu加大。
如果是压气机进口温度增加使转速相似参数降低而工作轮切线速度u不变时，级的加功量也加大。
对于后面几级，流入角减小时，将使气流转角Δβ减小，扭速Δwu减小，因而级加功量wc,i减小。
总之，当压气机增压比降低时，低压压气机的加功量wc,l和高压压气机的加功量wc,h之比将加大，即式中下角注s表示设计状态下的比值。
如果低压压气机和高压压气机用同一个比值降低转速(这在双轴发动机上当然是不可能的，但为了便于分析，姑且这样假设)，那末上述加功量比值的变化关系仍然是正确的。
因为在较低的转速下，压气机增压比降低，高低压压气机扭速的不同变化使得综上所述，无论是由于压气机进口总温增高或是由于转速下降引起转速相似参数降低，都会引起加功量的重新分配。
实验指出：某双轴发动机的压气机当πc *,d=8时，，当转速相似参数降低使πc*降低到1.5时，。
加功量重新分配的结果，将使低压压气机要求较大的力矩才能带动，而高压压气机要求较小的力矩。
或者说，带动低压压气机显得很“重”，而带动高压压气机则较“轻”。
下面再分析涡轮工作的特点。
目前涡轮喷气发动机上所采用的多级涡轮的第一级涡轮导向器一般是在临界或接近临界的工作状态，因此，具有以下特点：①当发动机的尾喷管不可调，并处于临界或超临界状态工作时，各级涡轮膨胀比是不变的。
为了证明这种情况，写出涡轮导向器和尾喷管之间的流量连续方程：(6.1-1)式中At,h 和At,l分别代表高压涡轮和低压涡轮导向器的出口面积。
根据多变过程方程可得式中n'为膨胀过程的多变指数。
将此式代入(6.1-1)，可得同理可得式中πt *,h和πt*,l分别代表高压涡轮和低压涡轮的膨胀比。
涡轮工作状态变化时，涡轮效率以及多变指数n'变化不大。
当尾喷管在临界或超临界状态下工作时，q(λt,h )、q(λt,l)、q(λ9)都是常数。
在这种条件下，从上式可以看出，高压涡轮和低压涡轮的膨胀比都不变，即涡轮总膨胀比πt*也不变，即②当发动机的尾喷管不可调，并处于临界或超临界状态工作时，发动机转动降低使各级涡轮前的燃气温度与T4*成正比变化，涡轮功在各级中的分配保持同样的比例。
由于发动机工作状态变化时，涡轮效率变化不大，涡轮膨胀比保持常数，根据涡轮功的公式，可得(6.1-2) 总的涡轮功为(6.1-3)低压涡轮功为(6.1-4) 由(6.1-2)和(6.1-4)式，可得(6.1-5) 由(6.1-5)式可以看出，当尾喷管处于临界或超临界状态下工作时，低压涡轮功和高压涡轮功之比等于常数。
③当发动机转速相似参数降低，发动机总的可用膨胀比下降，使尾喷管进入亚临界状态工作时，涡轮膨胀比的减小首先发生在涡轮的最后一级，使低压涡轮膨胀比和低压涡轮功下降。
只有当发动机转速相似参数降得很低时，高压涡轮的膨胀比才开始降低。
因此，当尾喷管在亚临界状态工作时，涡轮功之比将发生变化，即以上分析了发动机转速相似参数降低时，压气机功和涡轮功在高低压转子之间重新分配的特点，它将使高低压转子的转速自动的进行调整。
*不变，发动机转速下降，则先设想高低压转子譬如，压气机进口温度T2用机械方法联接在一起，高低压转子转速按相同的比例下降，由于压气机增压比降低，低压压气机的气流攻角加大，而高压压气机的气流攻角减小，低压和高压压气机功之比也增加。
低压和高压涡轮功之比则保持不变，当尾喷管处于亚临界状态下工作时涡轮功之比还有所下降。
这时候，如果“拆除”高低压转子之间的机械联系，低压转子则由于低压压气机负荷较“重”而进一步降低转速，高压转子则由于高压压气机负荷较“轻”而稍微提高转速。
转速的重新调整，保证了低压压气机功与高压压气机功之比达到涡轮所维持的比值。
*增加使发动机相似参数降又譬如，发动机转速不变，压气机进口温度T2低时，压气机增压比降低，也将引起低压与高压压气机功之比增加。
这时候若保持高压转子转速不变，低压转子转速必将降低，若保持低压转子转速不变，高压转子转速必将有所增加。
高低压转子转速的自动调整，正是为改善压气机在非设计状态下工作所和需要的。
这就使得双轴发动机的压气机前后几级在非设计状态下耗量系数cz流入角与设计值的偏离比单轴发动机的压气机小得多，这从根本上决定了双轴发动机比单轴发动机在非设计状态下工作时有明显的优越性。
双轴发动机与单轴发动机相比，具有如下优点：①双轴发动机与具有相同增压比的单轴发动机相比较，可以使压气机在更广阔的转速相似参数范围内稳定的工作，是防止压气机喘振的有效措施之一。
②双轴发动机在低转速下具有较高的压气机效率和较低的涡轮前燃气温度，因此双轴发动机在低转速工作时耗油率要比单轴发动机低得多。
③双轴发动机与单轴发动机相比，由于在低转速时具有较低的涡轮前燃气温度，而且压气机不易产生喘振，因而在加速时可以喷入更多的燃料，使双轴发动机具有良好的加速性。
④双轴发动机在起动时，起动机只需要带动一个转子，与同样参数的单轴发动机相比，可以采用功率较小的起动机。
目前有的双轴发动机同时采用可调导流叶片或压气机放气结构，其压气机设计增压比达到20以上。
也有的发动机采用了三轴的结构形式，其工作原理与双轴发动机是相同的。
思考题:⑴为什么要采用双轴发动机？第6.2节高低压压气机压缩功的分配和转速的选择Distribution of compression work between high pressure compressor and low pressure compressor, and selection of rotor speed高低压压气机之间压缩功的分配如果相差十分悬殊，必然会失去使用双轴发动机的优越性，而与单轴发动机特性相接近。
因此压缩功在高低压压气机之间的分配不应相差太大。
压缩功的分配主要根据高压涡轮和低压涡轮的级数以及各级涡轮功的大小来确定。
例如，发动机使用二级涡轮，高低压压气机分别由一级涡轮带动，由于高压涡轮在较高的燃气温度下工作，高压涡轮功应该大于低压涡轮功，因此高压压气机的压缩功就应该大于低压压气机的压缩功。
又例如，发动机有三级涡轮，低压压气机可以由一级或二级涡轮带动。
如用二级涡轮带动低压压气机，那么低压压气机的压缩功将大于高压压气机的压缩功。
至于高低压转子转速的大小，分别由其本身的限制条件来确定，如压气机进口叶尖相对Ma数的大小、叶片强度等。
由于高压压气机进口空气温度大于低压压气机进口空气温度，而高压涡轮进口燃气温度则大于低压涡轮进口燃气温度，因此高压转子的转速一般都大于低压转子的转速。
思考题:⑴高低压压气机之间压缩功怎样分配？高低压转子的转速如何选择？第6.3节稳态下各部件的相互制约Components restricted each other on stable state可以把双轴发动机的高压转子看成一台单轴发动机，低压压气机出口的气体参数就是这台单轴发动机的进口参数，把低压涡轮导向器最小截面作为这台单轴发动机的尾喷管临界截面。
因此对于高压转子各部件工作的相互制约以及在设计状态下的部件匹配等问题与一般单轴发动机完全相同，可以参考第五章中5.1和5.2节的内容。
在这里着重讨论低压转子的工作情况。
由于在低压压气机和低压涡轮之间存在着高压转子，因此高压转子的工作情况直接影响低压转子的工作。
一、低压压气机特性图上共同工作线的位置同样可以把双轴发动机的低压转子看成一台单轴发动机。
它与一般单轴发动机所不同的是：在低压压气机与低压涡轮之间本应存在燃烧室的地方却被高压转子所代替，使得气流从低压压气机流出以后在进入低压涡轮之前总压有了进一步升高，其升压比为(下角注25代表高压压气机进口截面，下角注45代表高压涡轮出口截面)。