发动机原理

1.涡轮喷气发动机与活塞式发动机的比较

相同之处（（11））均以空气和燃气作为工作介质。（（22））它们都是先把空气吸进发动机，经过压缩增加空气的压力，经过燃烧增加气体的温度，然后使燃气膨胀作功。燃气在膨胀过程中所作的功要比空气在压缩过程中所消耗的功大得多。这是因为燃气是在高温下膨胀的，于是就有一部分富余的膨胀功可以被利用。

不同之处（1）进入活塞式发动机的空气不是连续的；而进入燃气轮机的空气是连续的。（2）活塞式发动机中喷油燃烧是在一个密闭的固定空间里，称为等容燃烧，而燃气轮机则在前后畅通的流动过程中喷油燃烧，若不计流动损失，则燃烧前后压力不变，故称为等压燃烧。

（3）涡喷发动机的推力在相当大的飞行速度范围内是随飞行速度增加而增加的。活塞式发动机的功率决定于气缸的尺寸和数目，可以认为与飞行速度无关。

2涡轮发动机主要性能指标

(1) 推力F 单位推力每公斤空气流量所能产生的推力。Fs＝F/Wa

(2) 单位燃油消耗率（sfc）燃油流量：单位时间内消耗的燃料质量（Wf）；耗油率：1小时每产生1牛顿推力所消耗的燃油量。（sfc＝3600Wf/F)－(kg/N.s、kg/daN

(3)推质比F/M 每公斤质量所能产生的推力。

(4)单位迎面推力（Fa＝F/A）单位横截面积所能产生的推力，与阻力相关。

(5)使用性能：a. 起动可靠性b. 加速性（5～18s)c. 工作安全可靠性d. 寿命

e. 维护性、噪声、污染排放、成本等

3.涡轴发动机主要性能指标

(1)功率（N＝Wa××L＝流量××动力涡轮轴功）－（kw)

(2)单位功率（Ns＝N/Wa）－（kw.s/kg)

(3)耗油率sfc（sfc＝3600Wf/N) －(kg/kw.s、kg/kw.h.h)1小时每产生1kw功率所消耗的燃油量。(4) 功重比N/G －(kw/kg)

第二章

1进气道基本性能参数

进气道总压恢复系数••冲压比•?流量系数•阻力系数•?出口流场畸变指数•?稳定裕

度

2

3进气道喘振：

当工作于深度亚临界工作状态时，外压式超声速进气道的结尾正激波被推出唇口外，这时正激波与斜激波相交，产生的紊流气体流入进气道，会使进气道的有效流通面积减小，进一步堵塞气流，将正激波进一步前推，使正激波处于不稳定状态。由于

气体的惯性，正激波位置的过分前移和后退以一定的频率反复进行，产生喘振(低频高振幅)。进气道喘振往往会引起压气机喘振，导致发动机熄火停车。

进气道发生喘振的原因：a. 滑流层准则b. 中心体上气流分离

进气道发生喘振的防止：a. 可调进气道b. 附面层抽吸孔（戽斗）c. 扰流器】

4进气道痒振

当进气道工作于深度超临界工作状态时，发动机所需流量过大，使正激波过分后移而出现过强的结尾正激波和附面层分离，造成高频气流压力脉动，这种现象称为痒振(嗡鸣)。痒振的特点是:频率高，振幅小，压气机稳定工作裕度降低，对发动机危害较大，会使发动机推力下降。

为避免嗡鸣现象发生，设计进气道时，可以在进气道出口处设有辅助进气门。当飞机在低速飞行时，超声速进气道处于亚声速状态下工作，而发动机处于最大状态下工作，为保证发动机能吸入足够的空气，必要时也可以打开辅助进气门。

第三章

1.拉伐尔喷管：其中一个为收缩管，另一个为扩张管。拉瓦尔喷管是推力室的重要组成部分。喷管的前半部是由大变小向中间收缩至喷管喉部。喉部之后又由小变大向外扩张。燃烧室中的气体受高压流入喷嘴的前半部，穿过喉部后由后半部逸出。这一架构可使气流的速度因喷截面积的变化而变化，使气流从亚音速到音速，直至加速至超音速。

2.壅塞状态

收敛管道中的一维定常等熵流动流速只能连续变化到M=1，即达到临界状态，这是它的极限。在此之后，流速既不可能增大，也不可能减小，收敛管道中的这种现象称为流动壅塞。同样，超声速流也不可能通过收敛管道连续减速到亚声速流。

如果在临界截面之后使管道扩张，则当管道出口截面处的下游物理边界条件满足一定要求时，流动能够从声速流变为超声速流。这种先收敛后扩张的管道即为拉伐尔喷管。这种先收敛后扩张的管道形状是从初始亚声速流获得超声速流的必要条件，称为拉伐尔喷管的几何条件。

3.拉伐尔喷管的力学条件

假设出口截面外的环境压强保持不变，而喷管进口截面的滞止压强可变。当总压变化时，喷管出口截面上的气体压强随之变化。根据和的相对大小，气体在喷管中的流动状态分为以下三种情况。

(1) 最佳膨胀状态

气体在喷管中得到了完全膨胀，这就是喷管的最佳膨胀状态，又称为设计状态，如图3所示。这种流动的主要特点是：

①喷管喉部达到了临界状态，出口流动为超声速，即Me>1；

②流体流出喷管后，既不膨胀，也不压缩，而是一平行射流；

③由于管内流动为超声速，当外界环境发生微小扰动时，扰动的传播速度（即声速）小于流动速度，扰动不能传进喷管内部，即喷管中的流动觉察不到外界反压的变化。

图3 喷管最佳膨胀时的流动 图4 欠膨胀状态时的喷管流动

(2) 欠膨胀状态

如果在最佳膨胀状态下提高喷管进口总压，则出口同时增大，有。气体没有得到完全膨胀，其能量未充分发挥，即气体热能没有最大限度地转变成定向流动动能。这种流动称为欠膨胀状态或膨胀不足状态，如图4所示。欠膨胀状态流动主要特点是：

①喷管喉部达到了临界状态，出口仍为超声速M>1；

②气体在喷管外继续膨胀，直到压强等于时为止，因此喷管出口处有一系列膨胀波；

③喷管外的压强扰动也不能逆向传入喷管。

(3) 过膨胀状态

如果在最佳膨胀状态下减小喷管进口总压，则喷管出口的气体压强也将减小，即。气体在喷管中作了过分的膨胀。这种流动称过膨胀状态。根据小于的程度大小，气体在喷管中的流动状态又可分为下述四种情况。

a p 0p 0p e p a p e p e a p p =e a p p >0p e p e a p p >a p e a p p <0p e a p p

p p e

p e p e >p a

Ma e >1

p t p a

进口截面 出口截面

出口截面 进口截面 p t P e =p a