[學習]發(fā)動機原理課件完整版：雙軸回顧

1、考試,考試時間：12月16日（15周周一） 下午4:00-6:00考試地點：主M202答疑時間地點：12月14日（14周周六）下午2:00-4:00科研南一號樓301室,2024年3月26日,1,,,雙軸燃氣渦輪發(fā)動機部件的共同工作,共同工作方程組：,,,,,,單、雙軸渦輪噴氣發(fā)動機對比,雙軸渦噴發(fā)動機調(diào)節(jié)規(guī)律,√,√,?,?,雙軸渦噴發(fā)動機調(diào)節(jié)規(guī)律分析,雙軸渦輪噴氣發(fā)動機幾何不可調(diào)（1） nL.cor=const，Ma

2、↑（2） nL=const，Ma↑（3） nH=const，Ma↑（4） T3*=const，Ma↑雙軸渦輪噴氣發(fā)動機幾何可調(diào)（1） nL=const， A8 ↑（2） nH=const， A8 ↑（3） T3*=const， A8 ↑,雙軸渦噴發(fā)動機調(diào)節(jié)規(guī)律,雙軸渦輪噴氣發(fā)動機幾何不可調(diào)：（1）nL.cor=const，Ma↑,,,雙軸渦噴發(fā)動機調(diào)節(jié)規(guī)律,雙軸渦輪噴氣發(fā)動機幾何不可調(diào)：（2）nL=co

3、nst，Ma↑,雙軸渦噴發(fā)動機調(diào)節(jié)規(guī)律,雙軸渦輪噴氣發(fā)動機幾何不可調(diào)：（3）nH=const，Ma↑,例題分析,雙軸渦輪噴氣發(fā)動機幾何不可調(diào)：（4）T3*=const，Ma↑,雙軸渦噴發(fā)動機調(diào)節(jié)規(guī)律分析,小結(jié)：幾何不可調(diào)雙軸渦噴發(fā)動機，高、低壓轉(zhuǎn)子工作點有確定的對應關系，不是獨立變化的；幾何不可調(diào)雙軸渦噴發(fā)動機，最大狀態(tài)調(diào)節(jié)規(guī)規(guī)律的選取多工作線沒有影響。,雙軸渦噴發(fā)動機調(diào)節(jié)規(guī)律分析,雙軸渦輪噴氣發(fā)動機幾何不可調(diào)（1） n

4、L.cor=const，Ma↑（2） nL=const，Ma↑（3） nH=const，Ma↑（4） T3*=const，Ma↑雙軸渦輪噴氣發(fā)動機幾何可調(diào)（2） nL=const， A8 ↑（3） nH=const， A8 ↑（4） T3*=const， A8 ↑,雙軸渦噴發(fā)動機調(diào)節(jié)規(guī)律,雙軸渦輪噴氣發(fā)動機幾何可調(diào)（1）nl=const，A8↑,依據(jù)功平衡,雙軸渦噴發(fā)動機調(diào)節(jié)規(guī)律,雙軸渦輪噴氣發(fā)動機幾何可調(diào)

5、（2）nh=const，A8↑,雙軸渦噴發(fā)動機調(diào)節(jié)規(guī)律,雙軸渦輪噴氣發(fā)動機幾何可調(diào)（3）T3*=const，A8↑,雙軸渦噴發(fā)動機調(diào)節(jié)規(guī)律分析,小結(jié)：原工作線：幾何不可調(diào)的工作線調(diào)節(jié)雙軸渦噴發(fā)動機尾噴口面積，低壓轉(zhuǎn)子工作點將偏離原工作線，高壓轉(zhuǎn)子工作點仍沿原工作線移動；,雙軸渦噴最大狀態(tài)調(diào)節(jié)規(guī)律,某飛機裝有幾何不可調(diào)雙軸渦輪噴氣發(fā)動機，該發(fā)動機以標準的地面臺架狀態(tài)為設計點，其低壓軸物理轉(zhuǎn)速設計值nLd=10000r/min，最大允

6、許值nLmax=10200r/min，其高壓軸物理轉(zhuǎn)速設計值nHd=13000r/min，最大允許值nHmax=13650r/min，渦輪前溫度的設計值T3*=1300K，最大允許值T3*max= 1370K。該飛機由航空母艦甲板起飛，并在海面附近加速做超低空突防。若起飛階段采用了nLcor=const調(diào)節(jié)規(guī)律，在不改變發(fā)動機調(diào)節(jié)規(guī)律的情況下，飛機的最大允許飛行馬赫數(shù)是多少？若要進一步提高飛行馬赫數(shù)，應當如何調(diào)整發(fā)動機的調(diào)節(jié)規(guī)律？ （

7、假設海平面附近的大氣條件P=101325Pa，T=288.15K）,雙軸渦噴最大狀態(tài)調(diào)節(jié)規(guī)律,,,,雙軸渦噴最大狀態(tài)調(diào)節(jié)規(guī)律,,,雙軸渦噴最大狀態(tài)調(diào)節(jié)規(guī)律,當nL達到限值時，調(diào)節(jié)規(guī)律變?yōu)?,,保持nL=const，高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速nH、 渦輪前總溫T3* 隨飛行Ma的增加而增加，有超轉(zhuǎn)和超溫的危險,,,雙軸渦噴最大狀態(tài)調(diào)節(jié)規(guī)律,保持T3* =const，高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速nH隨飛行Ma的增加而增加，仍然有超轉(zhuǎn)危險,當T3*達到限值時，調(diào)節(jié)規(guī)律變?yōu)?/p>

8、,,,,雙軸渦噴最大狀態(tài)調(diào)節(jié)規(guī)律,保持nH=const，T1*增加，不再會引起發(fā)動機的超溫、超轉(zhuǎn)危險。,當nH達到限值時，調(diào)節(jié)規(guī)律變?yōu)?,,雙軸渦噴最大狀態(tài)調(diào)節(jié)規(guī)律,,,雙軸渦噴發(fā)動機組合調(diào)節(jié)規(guī)律,例題分析,幾何不可調(diào)雙軸渦輪噴氣發(fā)動機保持渦輪前總溫T3*= T3max* ，那么以下哪個參數(shù)隨飛行Ma數(shù)的增加而下降（ ）低壓壓氣機進口空氣流量低壓壓氣機出口總溫高壓壓氣機出口總溫高壓壓氣機進口Ma數(shù),第四章 渦扇

9、發(fā)動機,,航空發(fā)動機部件的共同工作和控制規(guī)律,第一節(jié) 分別排氣渦扇發(fā)動機第二節(jié) 混合排氣渦扇發(fā)動機,,幾種主要發(fā)動機的區(qū)別,單軸渦輪噴氣發(fā)動機,雙軸渦輪噴氣發(fā)動機,分別排氣渦輪風扇發(fā)動機,混合排氣渦輪風扇發(fā)動機,渦扇發(fā)動機,渦扇發(fā)動機的優(yōu)點：渦扇發(fā)動機將從熱機中獲取的機械能分配給了更多的工作介質(zhì)，降低了排氣速度；因此，在不降低發(fā)動機熱效率的條件下，提高推進效率，改善低速飛行條件下的總效率，降低耗油率。發(fā)動機由渦噴過渡

10、到渦扇發(fā)動機，是否僅僅改善經(jīng)濟性？,渦扇發(fā)動機,由單軸渦噴?雙軸渦噴高增壓比壓氣機，非設計狀態(tài)前后“不匹配”雙軸渦噴緩和了壓氣機前后“不匹配”的矛盾隨發(fā)動機循環(huán)參數(shù)提高， “不匹配”仍然嚴重解決方案：由雙軸渦噴?雙軸渦扇渦扇發(fā)動機的優(yōu)點：不僅改善了經(jīng)濟性，還進一步改善了非設計點匹配性,,雙軸渦噴發(fā)動機與分別排氣渦扇發(fā)動機的區(qū)別及截面定義,分別排氣渦扇發(fā)動機,,,,,涵道比隨飛行狀態(tài)的變化：,,,,,涵道比隨飛行狀態(tài)的變化

11、：,,無論外涵道噴管處于何種工作狀態(tài)，分別排氣渦扇發(fā)動機的涵道比B均隨飛行Ma的增加而增加。外涵道噴管臨界：Ma增加，B增加外函道噴管亞臨界：Ma增加，B大幅度增加,假設調(diào)節(jié)規(guī)律為nH=const,,,,,當飛行Ma數(shù)的增加，導致高壓壓氣機相對流通能力下降時，風扇出口的氣流將更多的流向外涵道，這有利于進一步緩和低換算轉(zhuǎn)速下“前重后輕”的矛盾。,渦扇發(fā)動機的防喘機理：,涵道比隨飛行狀態(tài)的變化：,分別排氣渦扇發(fā)動機,與雙渦渦噴發(fā)

12、動機類似，如果高壓渦輪導向器、低壓渦輪導向器、尾噴口都處于臨界狀態(tài)，那么，高壓渦輪、低壓渦輪的膨脹比都為常數(shù)。,分別排氣渦扇發(fā)動機,分析方法與雙軸渦噴發(fā)動機類似：把風扇出口視為進氣道出口；把低壓渦輪導向器視為尾噴管；那么，高壓轉(zhuǎn)子完全等同于一個單軸燃氣渦輪發(fā)動機,,,,分別排氣渦扇發(fā)動機,,低壓轉(zhuǎn)子共同工作方程的推導（注意與雙軸渦噴的區(qū)別）：,,,,,分別排氣渦扇發(fā)動機,低壓轉(zhuǎn)子共同工作方程的推導：,,,,,分別排氣渦扇發(fā)動機,低

13、壓轉(zhuǎn)子共同工作方程的推導：,當B=0時，上述方程將變成雙軸渦噴發(fā)動機低壓轉(zhuǎn)子共同工作方程,,,,,分別排氣渦扇發(fā)動機高、低壓轉(zhuǎn)子的共同工作方程：,分別排氣渦扇發(fā)動機,,,,高、低壓轉(zhuǎn)子之間的流量約束條件,分別排氣渦扇發(fā)動機,,,,,,分別排氣渦扇發(fā)動機的共同工作方程：,分別排氣渦扇發(fā)動機,,,,分別排氣渦扇發(fā)動機,上式說明：對于渦噴發(fā)動機，當B=0時，低壓壓氣機出口換算流量與高壓壓氣機進口換算流量成正比。對于渦扇發(fā)動機，飛行Ma數(shù)增

14、加將引起涵道比增加，發(fā)動機風扇進口的換算流量下降得較慢。,補充新方程：,,,,分別排氣渦扇發(fā)動機的共同工作方程：,,分別排氣渦扇發(fā)動機部件的共同工作,高、低壓轉(zhuǎn)子各有一條共同工作線。當飛行條件變化時，發(fā)動機的工作點在其共同工作線上移動。高、低壓轉(zhuǎn)子的工作點存在對應關系。當發(fā)動機幾何不可調(diào)時，與渦噴發(fā)動機一樣，只有一個調(diào)節(jié)量，即主燃燒室的供油量。被調(diào)參數(shù)只能選取一個，無論選取哪個被調(diào)參數(shù)，共同工作線不變。當Ma增加時使得換算轉(zhuǎn)速下降

15、時，涵道比B也增加，使得低壓轉(zhuǎn)子的共同工作線更加陡峭。,航空發(fā)動機部件的共同工作和控制規(guī)律,第一節(jié) 分別排氣渦扇發(fā)動機第二節(jié) 混合排氣渦扇發(fā)動機,,,,,,混合排氣渦扇發(fā)動機截面定義,混合排氣渦扇發(fā)動機,,,,,涵道比隨飛行狀態(tài)的變化：,,,,,隨飛行Ma增加，混合排氣發(fā)動機的涵道比增加速度比分別排氣發(fā)動機快。（若風扇、壓氣機等部件設計參數(shù)相同）,涵道比隨飛行狀態(tài)的變化：,混合排氣渦扇發(fā)動機,如果高壓渦輪導向器、低壓渦輪導向器、尾噴

16、口都處于臨界狀態(tài)，那么，高壓渦輪膨脹比為常數(shù)，但是低壓渦輪膨脹比不等于常數(shù)，這與雙軸渦噴發(fā)動機不同。,由于涵道比是變量，膨脹比也是變量,分別排氣與混合排氣的區(qū)別,如果高壓渦輪導向器、低壓渦輪導向器、尾噴口都處于臨界狀態(tài)。,1.分別排氣,高壓渦輪膨脹比是常數(shù)低壓渦輪膨脹比是常數(shù),2.混合排氣,高壓渦輪膨脹比是常數(shù)低壓渦輪膨脹比不是常數(shù),,,,,,混合排氣與分別排氣渦扇發(fā)動機共同工作方程的區(qū)別：,分別排氣,混合排氣,幾何不可調(diào)混合排氣渦

17、扇發(fā)動機高、低壓轉(zhuǎn)子工作線仍然具有唯一性,不同雙軸發(fā)動機之間的對比,共同點幾何不可調(diào)發(fā)動機，共同工作線都具有唯一性；區(qū)別：雙軸渦噴發(fā)動機在低換算轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，低壓轉(zhuǎn)子共同工作線較平緩，容易喘振；渦扇發(fā)動機外涵道相當于對低壓壓氣機后端放氣，增大了q（λ）,使得工作線下移；混合排氣發(fā)動機共同工作線最陡峭，防喘效果最好。,總結(jié),雙軸發(fā)動機：分別排氣渦扇發(fā)動機、混合排氣渦扇發(fā)動機的高壓轉(zhuǎn)子的共同工作與單軸燃氣渦輪發(fā)動機相類似。渦扇發(fā)