发动机原理(第二章尾喷管)shangzai

四、收敛-扩张型尾喷管
（3）带中心锥体的喷管 由中心锥体和外罩组成 外罩出口处形成喷管临界截面 气流绕外罩唇口产生膨胀波，膨胀加速 沿轴向移动中心锥体实现临界截面调节
四、收敛-扩张型尾喷管
（4）引射喷管 由一个纯收敛喷管和一个同心的外套筒组成。 收敛喷管排出发动机高压燃气，引射外套筒的二股气 流； 主气流在周围亚音气流中膨胀，形成“流体”壁面扩 张段，主继续加速降压。 形成的“流体”壁面可以随主气流压力变化自动调节。
V9
T5*[1 ( 2c p
1
ee
)
k 1 k
]
* p 5 式中， e
p0
表示喷管的可用膨胀比 (或可用压力比 )
三、纯收敛型尾喷管
纯收敛型
出口气流速度最高只能达到当地音速，也就是说
* p9 当 cr 1.85, p 9 p 0 , Ma 9 1 p0
2ຫໍສະໝຸດ Baidu
(T9* T 9) h9* h9 c p
T p k 9* ( 9 ) * T9 p9 V9
k 1
假设气体完全膨胀 ,则p 9 p 0，可得：
k 1
p k T9*[1 ( 0 2c p ) ] * p9
p 5*
则排气速度的计算公式 为：
* p 9 用总压恢复系数表示流 动损失 e
p9 p0
Ma 1
亚临界及临界的推力公式： 超临界的推力公式：
F qmgV9 qmaV0
F qmgV9 qmaV0 A9(p9 p0 )
思考：哪种工作状态尾喷管完全膨胀？
三、纯收敛型尾喷管
喷管排气速度
h h h9
* 5 * 9
V 92
2

V 92
一、尾喷管功能及设计要求
1、功能
– 燃气膨胀加速，气流高速排出，产生反作用推力； – 调节喷管临界截面积改变发动机工作状态； – 推力换向。
2、设计要求
– – – – – 流动损失小 尽可能完全膨胀 排气方向尽可能沿所希望的方向 根据需要，截面积几何尺寸可调 噪音低
二、尾喷管的分类
（1）纯收敛型
三、纯收敛型尾喷管
（1）判断喷管工作状态。
cr (1
k 1
2
k
)k 1 1.8506
* p9 5.8 cr 喷口工作于临界状态 p0
（2）计算尾喷管出口静压
p9
(1
* p9
k 1
2
k
313411 Pa
)k 1
三、纯收敛型尾喷管
解决方法：增加一段扩张通道，使燃气膨胀为超音速气流
气体流速、马赫数与通道截面积的关系：
dA dV 2 ( M a 1) A V
为使达到音速的气流继续膨胀，必须用扩张通道
四、收敛-扩张型尾喷管
收敛-扩张型尾喷管主要类型
① 固定的收敛-扩张喷管 ② 可调的收敛-扩张喷管 ③ 带中心锥体的喷管 ④ 引射喷管
四、收敛-扩张型尾喷管
（1）固定的收敛扩张型喷管
当喷管为固定的面积比A9/A8时，只对应某一个特定的膨胀
比，可以使气流在喷管出口达到完全膨胀，偏离此膨胀比， 都会造成推力损失。
未 胀完 全 膨
过 胀渡 膨
四、收敛-扩张型尾喷管
（2）可调的收敛扩张型喷管
随飞行状态变化,由马达带动作动筒拉动拉杆,改变 喷管临界截面积、出口截面积,使气流尽可能在出口 处达到完全膨胀。
逆压力梯度（静压增加） 飞行速度越快，冲压比越大 飞行速度越快，滞止温度越高 调节临界面积可改善起动性能
缩扩型尾喷口：亚音->超音
顺压力梯度（静压下降） 可用膨胀比越高，排气速度越大 排气总温越高，排气速度越大 调节临界面积可改变发动机状态
判断题 √ 气流经过尾喷管，静温降低，静压也降低； √ 如果不考虑散热和流动损失，气流在尾喷管中总温 、总压保持不变； √ 如果纯收敛喷管工作于临界状态，保持喷管内总温 不变，增加喷管内的总压，其排气速度不变，但排 气流量增加； √ 如果纯收敛喷管工作于临界状态，保持喷管内总压 不变，增加喷管内的总温，其排气速度增加，但排 气流量下降； √ 对于收敛-扩张型喷管，其最大排气马赫数由喷管的 喉道面积与出口面积之比决定； X 气流速度一定是在尾喷管的喉道位置达到最大。
*
9 1 q
A9
q mg T9 K p9
*

100 1000 0.1373 m 2 0.0397 580000
K 不是比热比
F q mgV9 q maV0 A9(p9 p0 ) 36549 N
三、纯收敛型尾喷管
（5）若气体在尾喷管中能够完全膨胀，那么发动机推 力将能够提高多少？
五、其他喷管
其他喷管
垂直/短距起降喷管 推力矢量喷管 反推喷管
五、其他喷管
• 反推装置
五、其他喷管
• 垂直/短距起降喷管
五、其他喷管
• 矢量喷管
进气道与尾喷管比较
进气道
减速增压（高速飞行时） 亚音速进气道为扩张型
尾喷口
增速减压 低Ma飞机发动机喷口为收缩型
超音速进气道：超音->亚音
（3）计算尾喷管排气速度
cp
k k 1
R g 1156 .697(J / kg . K)
k 1
V9
p k T9*[1 ( 9 2c p ) ] 572 .265(m / s ) * p9
（4）计算发动机推力
q mg K p9
* *
T9
A9q 9
尾喷口实际排气速度：
完全膨胀时的排气速度： p9 p0
p9 * V9 2cpT9 [1 ( * ) p9 V9 2cpT9*[1 ( p0 ) * p9
k 1 k
] ]
k 1 k

V9 V9 这将造成推力损失
三、纯收敛型尾喷管
示例：
某发动机采用纯收敛型喷管，其进口空气流量100kg/s ，飞行速度500m/s,环境压力100000Pa，喷管内总压 580000Pa，总温1000K。（忽略发动机进、排气的流量 差异，忽略流动损失，假设燃气的比热比为1.33） （1）判断喷管工作状态。 （2）计算尾喷管出口静压 （3）计算尾喷管排气速度 （4）计算发动机推力 （5）若改进尾喷管，使气体能够完全膨胀，那么发动 机推力将提高多少？
（2）收敛-扩张型
二、尾喷管的分类
尾喷管的分类：
（1）纯收敛型
（2）收敛-扩张型
三、纯收敛型尾喷管
纯收敛型喷管的工作状态：
亚临界 临界 超临界：
* p9 cr 1.85 p0
* p9 cr 1.85 p0
p9 p0
p9 p0
Ma 1
Ma 1
* p9 cr 1.85 p0
F qmg V9 qmaV0 A9 ( p9 p0 ) qmg V9 qmaV0 A9 ( p9 p0 ) qmg V9 qmaV0
[1
] 100%
飞机以高超音速飞行时，采用纯收敛喷管将导致推力损失约23%
四、收敛-扩张型尾喷管
对于高可用膨胀比喷管，纯收敛尾喷管将造成 推力损失，如何解决？
k 1
V 9
p k T9*[1 ( 0 2c p ) ] 904 .3 (m / s ) * p9
F q mgV9 q maV0 40430 N
F F F0 3881(N )
三、纯收敛型尾喷管
• 特点 出口气流速度最高只能达到当地音速 • 当气流在出口不能达到完全膨胀时 喷管处于超临界状态 p9 > p0 • 推力F和推力损失系数 V9’－气流完全膨胀速度