發(fā)動機原理第一章

1、1,第一章,航空燃氣渦輪發(fā)動機基本工作原理,2,第一節(jié)渦輪噴氣發(fā)動機基本工作原理,3,五大部件組成,一、 渦噴發(fā)動機工作過程及參數(shù)變化,4,,由進氣道進氣?壓氣機增壓?燃燒室加熱?渦輪中膨脹作功帶動壓氣機?尾噴管中膨脹加速?高速排出體外,渦噴發(fā)動機工作過程,5,沿發(fā)動機流程氣流參數(shù)變化,6,二、產(chǎn)生推力的基本原理,牛頓定律流經(jīng)發(fā)動機的氣流受到力的作用產(chǎn)生加速度，氣流必定產(chǎn)生一個大小相等、方向相反的反作用力作用于發(fā)動機,反作用力?

2、推力,7,三、 推力公式,1. 有效推力(可用推力) 發(fā)動機提供的推進飛機向前運動的力，其大小等于流經(jīng)發(fā)動機內(nèi)、外的氣流對發(fā)動機各部件表面反作用力的軸向合力，用“Feff”表示。 為飛機提供軸向推動力的作用： (1) 克服阻力 (2) 飛機達到一定速度機翼產(chǎn)生升力 為飛機提供矢量推力* (?俯仰或偏航力矩）,8,2、推力公式推導,以渦噴發(fā)動機為例取發(fā)動機單獨安裝于短艙的安裝形式遠前方為“0”截面

3、短艙進口為“i”截面尾噴管出口為 “9”截面,9,氣流流經(jīng)發(fā)動機內(nèi)、外所產(chǎn)生的反作用軸向力Fout：氣流作用于短艙外表面的軸向合力Fin： 發(fā)動機內(nèi)各部件所受氣流反作用力的軸向合力,10,F out :,dA — 短艙外表面微元面積在垂直于軸向 方向上的投影；X f — 摩擦阻力因與飛行方向相反，故均為負。,11,發(fā)動機各部件受力分布,12,Fin ：運用動量原理,控制體進、出口氣流動量變化

4、 ＝全部軸向力的合力控制體包括短艙包含的氣流和進氣道前方一段擴張管流以氣流運動方向為正F´in為流經(jīng)發(fā)動機內(nèi)部的氣流所受到各部件的軸向作用合力,13,,14,與 為一對大小相等、方向相反的力只計算大小時，有,15,有效推力計算公式,前三項：發(fā)動機內(nèi)推力，簡稱推力(F)后三項：稱為阻力附加阻力、壓差阻力、摩擦阻力,16,有效推力公式各項,推力附加阻力壓差阻力摩擦阻力,17

5、,附加阻力,Xd大小等于發(fā)動機進口前“自由”流管表面壓力分布P與外界均勻大氣壓力P0之差對dA的積分亞音速飛行時，發(fā)動機進口前“自由”流管壓力發(fā)布和形狀變化影響Xd的大小超音速飛行時，由于激波的出現(xiàn)，波后壓力將發(fā)生劇烈變化，附加阻力將發(fā)生大的變化,亞音速,超音速,18,附加阻力的產(chǎn)生,從推力定量計算方面：推力公式推導時控制體前端界面取在遠前方未受擾動的0截面將0截面到發(fā)動機進口i截面之間氣流的動量變化也計入了推力必須將多算的部

6、分以阻力的方式扣除,19,外部阻力（Xp和Xf）,壓差阻力和摩擦阻力稱為外部阻力壓差阻力又分成前體阻力和后體阻力分界點選在發(fā)動機短艙或機身的最大直徑M處前體阻力主要是由于進氣道唇口外流分離或外罩存在激波而產(chǎn)生后體阻力主要是由于外表面外流壓力變化而造成,20,三項阻力及影響因素,附加阻力：因進口氣流受發(fā)動機工作而有別于均勻外界大氣壓力而造成的阻力。與飛機飛行狀態(tài)和姿態(tài)，發(fā)動機工作狀態(tài)，進氣道調(diào)節(jié)等因素有關(guān)壓差阻力：發(fā)動機外部繞流

7、壓力作用于發(fā)動機外表面而形成的阻力。與飛機飛行狀態(tài)、姿態(tài)，發(fā)動機工作狀態(tài)，尾噴管調(diào)節(jié)等因素有關(guān)摩擦阻力：發(fā)動機外部繞流與發(fā)動機外表面產(chǎn)生摩擦形成的阻力（計入飛機阻力）三項阻力還與發(fā)動機在飛機上的安裝位置有關(guān),21,安 裝 位 置,22,發(fā)動機在飛機上的安裝位置,23,Feff 與 F,對于亞音速飛機，由于發(fā)動機對氣流擾動較小,可以近似認為: Feff ? F對于超音速飛機在超

8、音速飛行時激波的出現(xiàn)發(fā)動機安裝位置的影響因素 Fef f ? F 三項損失不容忽視!,24,渦噴發(fā)動機推力,發(fā)動機推力＝空氣流量?進排氣速度差,25,四、主要評價指標,1. 推力單位：牛頓(N) 或 拾牛頓(daN) 發(fā)動機推力大小僅僅反映飛機的推力需求, 不能反映不同推力級發(fā)動機之間的性能優(yōu)劣例如:GE90-110B(BY777)

9、F=489kN Wa=1640kg/s DFan=3.26mWP-11(無人機) F=8.5kN Wa=13kg/s D=0.3m,26,(1) 單位推力,定義: Fs = F / Wa 氣流在噴管出口達完全膨脹時，即P9＝P0: Fs =C9 – C0

10、 單位: N? s / kg每秒鐘通過發(fā)動機的每公斤工質(zhì)產(chǎn)生的推力起飛狀態(tài): Fs (600 ~ 750)N ? s / kg Fs ab (1000 ~ 1250)N ? s / kg,27,(2) 推質(zhì)比（推重比）,定義: Fm = F / M (或FG = F /

11、 G） M — 發(fā)動機質(zhì)量 （ G — 發(fā)動機重量）綜合性指標:氣動設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料高推質(zhì)比始終是軍用發(fā)動機追求的目標飛機推重比將直接影響飛機性能（最大平飛速度、升限、有效載荷和機動性等）先進戰(zhàn)斗機推重比?1.1～1.2 發(fā)動機推重比能力? 10原來預計在2000年后研制出推重比達到15～16的技術(shù)驗證機，并研究推重比為20的發(fā)動機，但目前尚未證實可實現(xiàn)。發(fā)動機推重比可作為牽引技術(shù)發(fā)展的一個重要綜合性指標。

12、,28,(3) 迎面推力,定義： F a= F / Am Am — 發(fā)動機迎風面積單位： N / m2渦噴發(fā)動機 F a 約為50-100kN/ m2,29,2 . 燃油流量及經(jīng)濟性指標,(1) 燃油流量 W f (kg.f / Hr 或 kg.f / s)單位時間內(nèi)消耗的燃油量 Wf 越低，航程越長 Wf 越低，省燃料Wf不能

13、反映不同推力級發(fā)動機之間的經(jīng)濟性好壞，且Wf還受飛行條件影響,30,(2) 單位燃油消耗率,定義：f 油氣比（Wf / Wa)單位：kg /N.Hr 每工作1小時每產(chǎn)生1牛頓推力消耗的燃油量簡稱：耗油率起飛狀態(tài)：渦噴發(fā)動機 0.8-1.0 kg /daN.Hr 渦扇發(fā)動機 0.3-0.5 kg /daN.Hr,31,3. 使用性能要求,(1) 起動迅速可靠(地面、空中） t = 30-60 s

14、(2) 加、減速性能好 指發(fā)動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速迅速增加或減小，使發(fā)動機推力迅速加大或減小的能力。 t = 5 ~ 15 s,32,(3) 工作安全可靠使用中避免發(fā)生：熄火、超溫、超轉(zhuǎn)、喘振或機械損壞等安全可靠(特別是客機發(fā)動機）事故率：發(fā)動機故障引起飛行事故次數(shù)/10萬小時空中停車率：空中停車次數(shù)/工作千小時（IFSD）返修率（Shop Visit Ratio / 1000hr）

15、平均無故障間隔時間(Meaning Time Between Faults)?,3. 使用性能要求,33,(4) 壽命長 兩次返修之間發(fā)動機工作小時數(shù) 軍用: 100-400小時 民用:上千-上萬小時(5) 其他 可維修性、低成本、低排放污染、低噪音等,3. 使用性能要求,34,發(fā)動機設(shè)計基本要求,高推重比（高單位推力）低耗油率高穩(wěn)定性和可靠性低成本、低污染,美國始于2002年的為期15年的V

16、AATE（Versatile, Affordable, Advanced Turbine Engines Program）航空發(fā)動機發(fā)展計劃，提出的指標為“經(jīng)濟可承受性CCI”，目標到2017年將CCI提高10倍,,Capability/Cost Index,35,五、熱力循環(huán)分析,發(fā)動機工作時，不斷從外界吸入空氣，經(jīng)過一系列熱力過程，最后高速噴出，排出氣體在外界逐步散失能量最終達到與外界大氣平衡，構(gòu)成一個不斷循環(huán)的過程。,36,1.

17、理想循環(huán),布萊頓循環(huán)，1872年提出假設(shè)：(1)工質(zhì)為空氣 ，完全氣體，定比熱(2)忽略流動損失(3)一維定常流，氣流在尾噴管達到完全膨脹(4)除進口自由流、尾噴管出口截面采用氣流靜參數(shù)外，其他截面用總參數(shù),37,渦噴發(fā)動機理想循環(huán),由四個熱力過程組成 0 ? 3：等熵壓縮 3 ? 4：等壓加熱4 ? 9：等熵膨脹 9 ? 0：等壓放熱,38,熱力過程及描述循環(huán)過程的參數(shù),增壓比 ?=pt3/p0增溫比

18、 ?=Tt4/T0壓縮功 LC膨脹功 Lp加熱量 q1放熱量 q2,四個熱力過程 0 ? 3：等熵壓縮 3 ? 4：等壓加熱4 ? 9：等熵膨脹 9 ? 0：等壓放熱,將熱力過程和上述各參數(shù)描述在： p-v(壓-容)圖、T-S(溫-熵)圖,理想循環(huán)熱力過程描述于P-V圖和T-S圖,40,增壓比 ?,,等壓加熱(3-4)壓力與 等壓放熱(9-0)壓力之比表示氣流壓力增加程度

19、,,,,,41,增溫比 ?,,燃燒室出口(4)溫度比發(fā)動機進口外界(0)溫度表示氣流溫度增加程度,,,,,42,理想循環(huán)壓縮功和膨脹功,壓縮功:“a03ba”所包圍的面積(左圖綠色)膨脹功:“a94ba”所包圍的面積(右圖紫色),43,理想循環(huán)壓縮功與膨脹功公式,等熵壓縮功LC正比于進口溫度和增壓比等熵膨脹功LP正比于進口溫度和膨脹比,44,加熱量q1,大?。?加熱過程3?4 以下面積a34ba,45,放熱量q2

20、,大?。?放熱過程9?0 以下面積a09ba,46,理想循環(huán)功和熱效率,循環(huán)功熱效率,47,理想循環(huán)功＝循環(huán)熱力過程所包圍面積,－,＝,48,理想循環(huán)功＝循環(huán)熱力過程所包圍面積,－,＝,49,理想循環(huán)功＝循環(huán)過程所包圍的面積,50,理想循環(huán)熱效率＝理想循環(huán)功占加熱量的比例,51,如何獲得盡可能大的循環(huán)功？ 如何獲得盡可能高的循環(huán)熱效率？,研究理想循環(huán)的目的：,52,理想循環(huán)熱效率,,53,理想循環(huán)熱效率,理想循環(huán)熱

21、效率只與循環(huán)增壓比有關(guān)，且成正比,54,理想循環(huán)功,55,理想循環(huán)功與增溫比和增壓比的關(guān)系,理想循環(huán)功與循環(huán)增溫比成正比；存在有使理想循環(huán)功達最大的循環(huán)增壓比， 稱為最佳增壓比?opt存在的原因：循環(huán)增壓比＝1時，因熱效率為0，循環(huán)功為0；循環(huán)增壓比增大到使 e = ? 時，因循環(huán)加熱量為0，循環(huán)功再次為0。,56,?一定，?的影響 ?一定， ?的影響,57,理想循環(huán)功最佳增壓比,由理想循環(huán)功的公

22、式，求循環(huán)功對增壓比的偏導數(shù)，并令其等于零，獲最佳增壓比得：,58,增壓比對熱效率的影響,不同加熱比下，增壓比對循環(huán)功的影響,59,重要結(jié)論,提高循環(huán)增溫比，是增加理想循環(huán)功的主要途徑之一在循環(huán)增溫比一定條件下，存在有最佳增壓比，對應(yīng)的理想循環(huán)功最大循環(huán)最佳增壓比隨循環(huán)增溫比的提高而增加，為獲得更大的理想循環(huán)功，應(yīng)當提高增溫比的同時提高增壓比為提高循環(huán)熱效率，應(yīng)盡可能提高循環(huán)增壓比,60,2. 實際循環(huán),各部件損失和熱力過程的不可

23、逆性組成：多變（不等熵）壓縮過程不等壓加熱過程多變（不等熵）膨脹過程等壓放熱過程（當P9＝P0時）,61,實 際 循 環(huán),62,實 際 循 環(huán),63,實 際 循 環(huán) 有 效 功,實際循環(huán)指示功Li 實際循環(huán)過程包圍面積膨脹功 Lnet－輸出功壓縮功 Lr－摩擦功代入指示功 LC＝LT循環(huán)有效功,64,實際循環(huán)有效功和熱效率,循環(huán)有效功循環(huán)熱效率,由于存在摩擦等損失，在相同

24、的循環(huán)增壓比和增溫比條件下 實際循環(huán)排氣溫度高于理想循環(huán)，q2相對較大,影響循環(huán)熱效率和有效功的因素,65,實 際 循 環(huán),有效功隨增溫比、增壓比的變化規(guī)律與理想循環(huán)相同提高增溫比是增大循環(huán)有效功的主要措施之一存在有最佳增壓比πopt，使有效功Le最大但比理想最佳增壓比小（如Tt4=1400-1800K, 理想循環(huán)πopt =16-25, 實際循環(huán)πopt =11-18）,66,由于熱力過程損失的存在，循環(huán)熱效率：實際循環(huán)效

25、率除受增壓比影響外，還受增溫比以及壓縮過程和膨脹過程效率影響，并且比理想循環(huán)熱效率低存在使循環(huán)熱效率達最大的最佳增壓比π′opt 因過高的增壓比使循環(huán)加熱量減小，損失所占加熱量比重加大提高循環(huán)增溫比使循環(huán)熱效率提高因循環(huán)加熱量增加，損失所占加熱量比重減小πopt< π′opt提高部件效率有利于增加循環(huán)功和熱效率,實 際 循 環(huán),67,在相同的循環(huán)增溫比和增壓比條件下，實際循環(huán)有效功和熱效率均低于理想循環(huán)增加循環(huán)增溫比

26、，即提高渦輪前溫度，是提高發(fā)動機實際循環(huán)有效功和循環(huán)熱效率的重要途徑存在有使實際循環(huán)功達最大的最佳循環(huán)增壓比πopt使實際循環(huán)熱效率達最高的最佳增壓比π′opt 且πopt< π′opt提高部件效率，降低損失有利于提高實際循環(huán)有效功和熱效率,實際循環(huán)分析結(jié)論,68,六、能量轉(zhuǎn)換與效率,1 . 能量轉(zhuǎn)換航空發(fā)動機是（熱機+推進器）的組合體熱機 熱能? 循環(huán)有效功 ? 熱效率推進器

27、 循環(huán)有效功? 推進功? 推進效率組合體 熱能?循環(huán)有效功?推進功 ? 總效率,69,2. 熱效率,定義熱能q0有效功 Le加入燃燒室的燃油流量 WfWf完全燃燒釋放的熱量Q0燃油低熱值 H f對1公斤工質(zhì)加熱量q0 燃油燃燒實際釋放的熱量q1 燃燒效率? b,70,每秒鐘流過渦噴發(fā)動機的1公斤工質(zhì)的能量守恒方程對渦噴發(fā)動機而言：LC=LT“熱能損失”部分（1）不完全燃燒

28、 1-3%（2）壁面散熱qout 1-2%（3）排熱損失Cp(T9 -T0) 55-75% ?t = 0.25 ~ 0.40q0 ? 有效功 Le=(C92 - C02)/2 ? 產(chǎn)生推力 ? (C9 - C0) 熱力循環(huán)分析結(jié)論→獲得更高的熱效

29、率,71,3. 推進效率,推進效率的定義：發(fā)動機每公斤工質(zhì)單位時間對飛機所作推進功渦噴發(fā)動機單位工質(zhì)有效功渦噴發(fā)動機推進效率推進效率與C9/C0成反比,72,兩種極端情況當C0=0時， ?p= 0 （因推進功為0）當C9 = C0時， ?p =1 （但Fs=0） C9 ? C0 0 ? ?p ? 1 （0.5~0.75）?有效功? 推進功的轉(zhuǎn)換必有“損失

30、”損失 =有效功? 推進功 = 絕對坐標系中氣流以絕對速度(C9 ? C0)排出發(fā)動機所帶走的能量 稱為“余速損失”,73,渦噴發(fā)動機效率,在一定的加熱量和進氣速度下，提高排氣速度?提高熱效率?增加推力提高排氣速度?增加余速損失?推進效率降低存在矛盾?引入總效率,74,4. 總效率,定義：表示發(fā)動機作為（熱機+推進器）的效率描述發(fā)動機經(jīng)濟性指標，總效率=0.2~0.3。,75,當飛行速度一定時，總效率與耗油

31、率成反比當飛行速度變化時，只能用總效率表示經(jīng)濟性當飛行速度為零時，只能用耗油率表示經(jīng)濟性,總效率與耗油率的關(guān)系,76,能量損失及效率,熱焓形式,動能形式,77,渦噴發(fā)動機為提高熱效率和增加推力，將熱力循環(huán)有效功全部轉(zhuǎn)換為氣體的動能增量Ek，低速飛行時(C9 - C0) 差值大，余速損失大，推進效率低，經(jīng)濟性差能否在不降低發(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？,渦噴發(fā)動機的效率,78,第二節(jié) 渦輪風扇發(fā)動

32、機基本工作原理,渦扇發(fā)動機按排氣方式分為兩類：分開排氣混合排氣,79,旅客機用渦扇發(fā)動機排氣方式及噴管形式,混合排氣式兩股氣流在渦輪后摻混，共用一個尾噴管有~2%的推力增益有較長和較重的外涵噴管,分開排氣式兩股氣流分別有各自的尾噴管短外涵噴管有利于減輕重量,80,旅客機用發(fā)動機的排氣方式取決于飛機安裝形式,動力裝置安裝和飛機總體布局須綜合設(shè)計考慮,81,軍用渦扇發(fā)動機,大多采用混排方式便于安排加力燃燒室內(nèi)外涵氣流摻

33、混，使內(nèi)涵高溫氣流的排氣溫度大幅降低，可減少紅外輻射，有利于隱身,82,一、分開排氣渦扇工作原理,工作過程：進氣道進氣?風扇增壓?氣流分為兩股內(nèi)涵氣流?壓氣機增壓?燃燒室加熱?渦輪膨脹作功帶動風扇和壓氣機?內(nèi)涵尾噴管膨脹加速?排氣到體外外涵氣流?外涵道?外涵尾噴管膨脹加速?排氣到體外,83,分開排氣渦扇發(fā)動機特征截面,84,分開排氣渦扇發(fā)動機理想循環(huán),內(nèi)涵氣流理想循環(huán)熱力過程 0 ? 3： 等熵壓縮3 ? 4： 等壓加熱

34、4 ? 9I：等熵膨脹9I ? 0：等壓放熱外涵氣流理想循環(huán)熱力過程 0 ? 22： 等熵壓縮22 ? 9II：等熵膨脹,85,外涵道-理想循環(huán),外涵道只有等熵增壓和等熵膨脹過程，沒有加熱過程P0＝P9II，壓縮功等于膨脹功，因此不產(chǎn)生循環(huán)功,86,內(nèi)涵道-理想循環(huán),87,假定存在4C截面僅在于在4-9的膨脹過程中4-4c為壓縮內(nèi)涵氣流（含風扇內(nèi)涵和壓氣機）提供的渦輪功LTI4c-5為壓縮風扇外涵氣體提供的渦輪

35、功LTII5-9:轉(zhuǎn)換為動能 EK＝C9I2/2,分排渦扇發(fā)動機內(nèi)涵氣流熱力循環(huán)與渦噴發(fā)動機的區(qū)別：,88,假設(shè)不考慮從內(nèi)涵氣流向外涵氣流能量傳遞過程的損失；氣流在尾噴管出口達到完全膨脹若分排渦扇與渦噴“同參數(shù)”，渦扇內(nèi)涵氣流的總增壓比與渦噴總增壓比相同渦輪前溫度相同渦扇內(nèi)涵和渦噴具有相同的空氣流量和燃油流量“同參數(shù)”的不同類型發(fā)動機相同的理想循環(huán)功相同的熱效率,質(zhì)量附加原理,89,下標“J”表示渦噴

36、，下標“F”表示渦扇假定分排渦扇內(nèi)外涵排氣速度相等,90,“同參數(shù)”渦噴發(fā)動機和渦扇發(fā)動機的排氣速度和推力比較在“同參數(shù)”條件下渦扇發(fā)動機的排氣速度低但渦扇發(fā)動機使更多的工質(zhì)（內(nèi)外涵氣流之和）參與作功因此推力更大B越大，速度越低、推力越大,91,同參數(shù)條件下熱效率相同因“同參數(shù)”條件下有效功、加熱量均相同因排氣速度低渦扇發(fā)動機具有更高的推進效率更高的推進效率使渦扇發(fā)動機的總效率提高、耗油率降低,92,質(zhì)量附加原理,渦

37、扇發(fā)動機將從熱機中獲取的有效能分配給了更多的工作介質(zhì)，參與產(chǎn)生推力工質(zhì)增多，因此推力增大“同參數(shù)”使渦扇發(fā)動機在相同熱效率條件下降低了排氣速度，減小了余速損失，具有更高的推進效率，因此提高了總效率，降低了耗油率涵道比越大，起飛推力越大，亞音飛行條件下耗油率越低B=0.3~1.5 sfc=0.055~0.07kg/N.hrB=5~8 sfc=0.03 ~0.04kg/N.hr但涵道比越大，發(fā)動機直徑越大，飛行阻力越大涵

38、道比加大還受風扇葉尖切線速度限制,93,二、混合排氣渦扇發(fā)動機,進氣道進氣?風扇增壓?氣流分為兩股內(nèi)涵氣流?壓氣機增壓?燃燒室加熱?渦輪膨脹作功帶動風扇和壓氣機?進入混合器外涵氣流?外涵道?進入混合器兩股氣流在混合器中摻混?尾噴管膨脹加速?排氣到體外,94,混合排氣渦扇發(fā)動機特征截面,95,混合排氣渦扇發(fā)動機理想循環(huán),外涵氣流理想循環(huán) 0 ? 22： 等熵壓縮 22 (5II)? 6：等壓加熱內(nèi)涵氣流理想循環(huán)熱力

39、過程： 0 ? 3： 等熵壓縮 3 ? 4： 等壓加熱 4 ? 5： 等熵膨脹 5 ? 6： 等壓放熱內(nèi)外涵氣流摻混后: 6 ? 9： 等熵膨脹,96,,混排渦扇發(fā)動機理想循環(huán)P-V,,,P,V,,,P,V,,,,,,,,,,,內(nèi)涵,外涵,0,3,4,5,6,9,0,22(5II）,6,9,外涵氣流理想循環(huán),0 ? 22： 等熵壓縮,22 (5II)? 6：等壓加熱,內(nèi)涵氣流理想循

40、環(huán)熱力過程：,0 ? 3： 等熵壓縮,3 ? 4： 等壓加熱,4 ? 5： 等熵膨脹,5 ? 6： 等壓放熱,內(nèi)外涵氣流摻混后:,6 ? 9： 等熵膨脹,97,混排發(fā)動機理想循環(huán)T-S圖,,,,,,T,S,,,,,,,,,,T,S,0,3,4,5,9,0,6,9,6,內(nèi)涵,外涵,22(5II）,98,與渦噴發(fā)動機相比，渦扇發(fā)動機內(nèi)涵理想循環(huán)所缺少的循環(huán)過程包圍面積，在理想情況下恰好等于外涵循環(huán)過程包圍面積,與渦噴發(fā)動機“同參數(shù)

41、”的混排渦扇發(fā)動機，兩者具有相同的理想循環(huán)功和理想循環(huán)熱效率,99,循環(huán)分析的重要結(jié)論同樣適用于渦扇發(fā)動機,提高循環(huán)增溫比（即提高渦輪前溫度），是增加循環(huán)有效功的主要途徑之一在循環(huán)增溫比一定條件下，存在有最佳增壓比，對應(yīng)的循環(huán)有效功最大循環(huán)最佳增壓比隨循環(huán)增溫比的提高而增加，為獲得最大的循環(huán)有效功，應(yīng)當提高增溫比的同時提高增壓比為提高循環(huán)熱效率，應(yīng)盡可能提高循環(huán)增壓比相比渦噴發(fā)動機渦扇發(fā)動機將從熱機中獲取的有效功分配給更多

42、的工作介質(zhì)，推力增大；在相同熱效率條件下降低排氣速度，減小余速損失，提高了推進效率，提高了的經(jīng)濟性在亞音速飛行條件下，B越大，F(xiàn)越大，sfc越低,100,三、渦扇發(fā)動機推力和耗油率,分排渦扇發(fā)動機,101,混排渦扇發(fā)動機,,102,第三節(jié) 渦輪螺槳和渦輪軸發(fā)動機,渦輪螺槳發(fā)動機工作過程： 進氣道進氣?壓氣機增壓?燃燒室加熱?渦輪膨脹作功帶動壓氣機和螺旋槳?尾噴管膨脹加速?排氣到體外,103,渦輪軸發(fā)動機,進氣道進氣?壓氣機增壓?

43、燃燒室加熱?渦輪膨脹作功帶動壓氣機和直升機旋翼?尾噴管減速擴壓?排氣到體外,104,渦槳與渦軸發(fā)動機理想循環(huán),氣流理想循環(huán)熱力過程與渦噴發(fā)動機相同： 0 ? 3*： 等熵壓縮3* ? 4*： 等壓加熱4* ? 9 ： 等熵膨脹(帶動壓氣機和負載)9 ? 0： 等壓放熱 負載 — 螺旋槳或旋翼,105,渦槳與渦軸發(fā)動機理想循環(huán),106,渦輪螺槳發(fā)動機工作原理,同參數(shù)條件下熱力循環(huán)與渦噴相同，熱效率相同；

44、將熱機獲取循環(huán)有效功中的絕大部分轉(zhuǎn)換為渦輪功（95%），少部分轉(zhuǎn)換為動能增量，排氣速度低，減小余速損失，提高推進效率；渦輪輸出功率帶動螺旋槳高速旋轉(zhuǎn)，使通過槳葉的大量氣流加速，氣流對葉片產(chǎn)生反作用力而使槳葉產(chǎn)生巨大的拉力,107,渦輪軸發(fā)動機工作原理,同參數(shù)條件下熱力循環(huán)與渦噴相同，循環(huán)熱效率相同將熱機獲取循環(huán)有效功全部轉(zhuǎn)換為動力渦輪功輸出渦輪輸出功率帶動直升機旋翼和尾槳，旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力或推動力,108,重要結(jié)論,渦噴發(fā)動機熱力

45、循環(huán)的重要結(jié)論同樣適合于渦槳發(fā)動機和渦軸發(fā)動機,109,渦槳發(fā)動機性能參數(shù),有效功率Ne (kw)螺槳功率NB推進功率NP螺槳效率?B螺槳拉力FB,螺槳效率?B主要考慮氣流流經(jīng)槳葉產(chǎn)生的摩擦損失、槳葉出口氣流沿切向和軸向的動能損失,110,螺槳拉力FB噴氣推力Ff總推力F耗油率sfc,111,當量功率Ne當量耗油率sfce推進效率,推進效率近似等于螺槳效率，低速飛行時推進效率較高，可達0.82當飛行速度

46、增加導致槳葉葉尖相對速度接近當?shù)匾羲贂r產(chǎn)生激波使渦槳發(fā)動機的推進效率迅速下降,112,渦軸發(fā)動機性能參數(shù),軸功率Ns 單位(kw)耗油率sfc 單位(kg/kw.h) 起飛狀態(tài)：0.27kg/kw.h,113,渦軸、渦槳發(fā)動機功重比,定義發(fā)動機軸功率或當量功率與發(fā)動機重量之比 評定渦軸和渦漿發(fā)動機的重要性能指標功率重量比越大發(fā)動機越輕巧減少飛機質(zhì)量和提高飛機性能渦軸和渦漿發(fā)動機的功重比4～7

47、 kW/ kg,114,115,推進效率比較,116,第四節(jié) 復燃加力渦噴發(fā)動機,在渦輪后再增加一個燃燒室，利用燃氣中剩余的氧，再次噴油燃燒。,117,加力 發(fā)動機在最大狀態(tài)工作產(chǎn)生最大推力的基礎(chǔ)上，再增加推力。方法噴液加力復燃加力（常用）,一、 復燃加力增加推力原理,因渦輪后無高速旋轉(zhuǎn)件冷卻問題比較好解決, 再次噴油燃燒使氣流溫度Ttab達2000 ~ 2100K排氣溫度增加使排氣速度增加因此推力增加加力加溫比

48、 ?ab= Ttab/ Tt5=2~2.5 推力增加40~60%加力比 F=F ab /F,,119,復燃加力渦噴發(fā)動機理想熱力循環(huán),由六個熱力過程組成 0 ? 3 等熵壓縮 3 ? 4 等壓加熱4 ? 5 等熵膨脹 5 ? 7 等壓加熱 7 ? 9 等熵膨脹 9 ? 0 等壓放熱,120,加力渦噴發(fā)動機理想循環(huán),121,循環(huán)總加熱量在一定的進口溫度下，循環(huán)總加熱量

49、q只與加力溫度有關(guān)，與增壓比和主燃燒室出口溫度無關(guān)理想循環(huán)功總加熱量減放熱量循環(huán)過程所包圍面積循環(huán)熱效率理想循環(huán)功與總加熱量的比值,122,理想循環(huán)功等于循環(huán)過程包圍的面積，加力使理想循環(huán)功增加，推力增加加力使循環(huán)熱效率下降, 經(jīng)濟性變差，耗油率增加加力溫度越高，理想循環(huán)功越大，循環(huán)熱效率越低 原因：加熱在低壓條件下進行一定加力溫度下，主燃燒室增溫比越高，加力循環(huán)功越大，循環(huán)熱效率越高

50、 主燃燒室多加熱更有利于提高性能在給定發(fā)動機進口和加力溫度下：循環(huán)總加熱量即確定只有一個最佳增壓比，即增壓比使循環(huán)功達最大的同時，也使熱效率達最高,加力渦噴發(fā)動機理想循環(huán)結(jié)論,123,加力加溫比對性能的影響,第一章 總結(jié),各種類型發(fā)動機（渦噴、渦扇、渦槳、渦軸）工作過程和產(chǎn)生推力（功率）的基本原理渦扇發(fā)動機質(zhì)量附加原理熱力循環(huán)組成熱力循環(huán)分析提高循環(huán)增溫比有利于增加理想循環(huán)功在循環(huán)增溫比一定條件下，存在有使理想循環(huán)功