發(fā)動(dòng)機(jī)原理第五章

1、第五章 航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)特性（非設(shè)計(jì)點(diǎn)性能）,戰(zhàn)斗機(jī)的飛行包線,要使發(fā)動(dòng)機(jī)性能需要滿(mǎn)足飛機(jī)的使用要求，必須研究和分析發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)點(diǎn)以外的性能，及發(fā)動(dòng)機(jī)特性。,發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)特性,發(fā)動(dòng)機(jī)性能 (F，sfc)等參數(shù)隨油門(mén)位置、飛行條件(Ma0，H)以及大氣條件的變化關(guān)系稱(chēng)為發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)特性重要意義 飛機(jī)的飛行性能與發(fā)動(dòng)機(jī)特性密切相關(guān)右圖表示某一飛行高度發(fā)動(dòng)機(jī)可用推力與飛機(jī)需用推力隨飛行馬赫數(shù)的變化交點(diǎn)決定最大飛行馬赫數(shù)差值

2、決定飛機(jī)的加速度、爬升率等機(jī)動(dòng)性能巡航飛行航程：,發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)特性,穩(wěn)態(tài)特性包括節(jié)流特性（或稱(chēng)為油門(mén)特性）給定飛行條件和控制規(guī)律，性能隨油門(mén)位置的變化速度特性給定油門(mén)、控制規(guī)律和飛行高度，性能隨飛行馬赫數(shù)的變化高度特性給定油門(mén)、控制規(guī)律和飛行速度，性能隨飛行高度的變化獲得穩(wěn)態(tài)特性的方法：實(shí)驗(yàn)、理論計(jì)算,典型軍用發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài),最大狀態(tài)（全加力狀態(tài)）Max.ab對(duì)應(yīng)飛行條件下，加力推力最大 FMax.ab ， n=

3、nMax ，Tt7=Tt7Max .ab，Tt4=Tt4Max 連續(xù)工作時(shí)間受限制 主要用于空中格斗最小加力狀態(tài)對(duì)應(yīng)飛行條件下，加力燃燒室能維持穩(wěn)定燃燒的最低加力溫度（或最小加力供油量）狀態(tài)部分加力狀態(tài)加力溫度介乎于上述兩種狀態(tài)之間的狀態(tài),中間狀態(tài)(Max，即不加力最大推力)對(duì)應(yīng)飛行條件下，不加力推力最大 FMax ， n=nMax ， Tt4 = Tt4Max 連續(xù)工作時(shí)間受限制 主要用于快速起飛\爬

4、升、機(jī)動(dòng)飛行 第四代空中優(yōu)勢(shì)戰(zhàn)斗機(jī)超音巡航（Ma0＝1.5）時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)額定/最大連續(xù)狀態(tài)(Nom)推力=85-90% Fmax ， n ? nMax ， Tt4 ? Tt4 Max 連續(xù)工作時(shí)間 t ? 30~60min 主要用于起飛\爬升、高速飛行,典型軍用發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài),巡航狀態(tài)( Cru ) 推力=60% Fmax ， n =80-90% nMax， 且Tt4和耗油率相對(duì)較低 連續(xù)工作時(shí)間不受限制

5、主要用于長(zhǎng)時(shí)間的亞音飛行慢車(chē)狀態(tài)( Idle ) 推力=3~5% Fmax ， n=30~50% nMax ， Tt4 與是否可調(diào)和部件匹配有關(guān)，除燃?xì)鉁囟韧?，還需注意 渦輪葉片表面溫度（冷卻條件） 主要用于下滑\進(jìn)場(chǎng)著陸 , 地面滑行，地面待機(jī)等,典型軍用發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài),起飛狀態(tài)（含一發(fā)不工作起飛、增功率起飛、減功率起飛）Tt4最高，n= nMax ，推力最大最大爬升狀態(tài) n ? nMax ， Tt4 ? Tt4 M

6、ax，換算轉(zhuǎn)速最高，爬升末端推力要求最大巡航狀態(tài) n ? 最大爬升狀態(tài)轉(zhuǎn)速 ， Tt4 ? 最大爬升狀態(tài)溫度，爬升結(jié)束后巡航初始段推力要求最大連續(xù)狀態(tài)（OEI） 一發(fā)不工作后長(zhǎng)時(shí)間大推力工作狀態(tài)換算轉(zhuǎn)速最高,典型民用發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài),巡航狀態(tài)( Cru )Tt4和耗油率相對(duì)較低 ，連續(xù)工作時(shí)間不受限制，主要用于長(zhǎng)時(shí)間的亞音飛行慢車(chē)狀態(tài)( Idle )推力=3~5% Fmax ， nL= ~30% nLMax ， Tt

7、4 可允許長(zhǎng)時(shí)間使用主要用于地面滑行，地面待機(jī)等空中慢車(chē)狀態(tài)( Idle )推力和轉(zhuǎn)速高于地面慢車(chē)，用于下滑\進(jìn)場(chǎng)著陸 。,典型民用發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài),第一節(jié) 油門(mén)特性（節(jié)流特性）,定義：給定飛行條件和控制規(guī)律下，發(fā)動(dòng)機(jī)推力、耗油率隨發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)位置的變化關(guān)系由于油門(mén)位置的變化改變對(duì)燃燒室的供油量 ?節(jié)流特性，而燃燒室的供油量變化通常引起轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化，因此也稱(chēng)作為轉(zhuǎn)速特性,節(jié)流特性（油門(mén)特性）,幾何面積不可調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)典型節(jié)流特性,問(wèn)題

8、：發(fā)動(dòng)機(jī)的共同工作條件？,節(jié)流特性（油門(mén)特性）,從共同工作線看發(fā)動(dòng)機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下工作時(shí)：壓氣機(jī)參數(shù)變化增壓比與轉(zhuǎn)速成正比，壓氣機(jī)功隨轉(zhuǎn)速下降而減小隨轉(zhuǎn)速降低，增壓比下降使通過(guò)壓氣機(jī)后各部件的氣流總壓均下降在中等轉(zhuǎn)速工作效率較高，低轉(zhuǎn)速工作時(shí)壓氣機(jī)效率將嚴(yán)重下降q(?2)變化空氣流量與q(?2)成正比轉(zhuǎn)速越低，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量越小渦輪參數(shù)變化高轉(zhuǎn)速工作時(shí)，增壓比較高，如果噴管進(jìn)口氣流總壓足以使噴管處于臨界或超臨界狀態(tài)

9、，渦輪膨脹比和效率基本不變轉(zhuǎn)速降到一定，噴管進(jìn)口壓力降低使噴管進(jìn)入亞臨界后，渦輪膨脹比才隨轉(zhuǎn)速降低而下降轉(zhuǎn)速降到較低時(shí)渦輪效率開(kāi)始下降會(huì)導(dǎo)致什么結(jié)果?,渦輪前溫度當(dāng)轉(zhuǎn)速?gòu)淖畲筠D(zhuǎn)速開(kāi)始降低時(shí), 壓氣機(jī)增壓比減小，壓氣機(jī)功減小，功平衡關(guān)系?渦輪前溫度應(yīng)下降；當(dāng)轉(zhuǎn)速降低到一定時(shí),由于各部件偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)較遠(yuǎn),各部件效率嚴(yán)重降低, 尾噴管進(jìn)入亞臨界狀態(tài)，渦輪膨脹比隨轉(zhuǎn)速降低而下降，這時(shí)只有保持較高的渦輪前溫度才能維持功率平衡關(guān)系，因此在

10、轉(zhuǎn)速降低到一定時(shí)渦輪前溫度回升。推力變化因隨轉(zhuǎn)速降低，空氣流量減少、排氣速度降低，所以推力隨轉(zhuǎn)速下降而迅速降低耗油率變化當(dāng)轉(zhuǎn)速?gòu)淖畲筠D(zhuǎn)速開(kāi)始降低時(shí), 由于壓氣機(jī)增壓比還比較高且效率較高, 渦輪前溫度降低，耗油率有所下降；當(dāng)轉(zhuǎn)速降低到一定時(shí)，由于各部件偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)較遠(yuǎn)，效率降低,，壓氣機(jī)增壓比大大降低， 循環(huán)熱效率降低, 耗油率隨之上升。 耗油率隨轉(zhuǎn)速降低呈先減小后上升的變化喘振裕度的變化 轉(zhuǎn)速降低引起壓氣

11、機(jī)喘振裕度下降，必須防喘,防喘措施對(duì)節(jié)流特性的影響,尾噴管臨界截面積A8可調(diào) 單軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī) 當(dāng)保持轉(zhuǎn)速不變，調(diào)大A8 共同工作點(diǎn)沿等相似轉(zhuǎn)速線下移（為什么？） ?SM ? 增壓比 ? 渦輪前溫度 ? 排氣速度 ? 推力 ? 燃油流量的變化取決于空氣流量 和渦輪前溫度的組合變化,防喘措施對(duì)節(jié)流特性的影響,壓氣機(jī)中間級(jí)放氣放氣使

12、 ?SM ?被放掉的氣體:消耗了壓縮功不參與渦輪作功單位渦輪功需? 需渦輪前溫度?增壓比 ?排氣燃?xì)饬髁? 推力 ? 耗油率?,防喘措施對(duì)節(jié)流特性的影響,可調(diào)壓氣機(jī)靜子葉片角度 調(diào)節(jié)角度使?SM ?空氣流量 ?增壓比 ? 推力 ? 耗油率變化取決于匹配效率和增壓比變化的綜合結(jié)果,復(fù)燃加力發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流（油門(mén)）特性,1-最大加力2-最小加力3-中間4-最

13、大連續(xù)5-亞音巡航6-慢車(chē),油門(mén)位置：最大加力?最小加力?中間?… ?慢車(chē)其中：最大加力?最小加力?中間，主機(jī)工作狀態(tài)不變,從最小加力狀態(tài)2－中間狀態(tài)3（最大不加力），推力和耗油率的變化有不連續(xù)的突躍加力燃燒室供油量不能太少，存在有一個(gè)維持穩(wěn)定燃燒的最低加力溫度，該溫度要比不加力的中間狀態(tài)渦輪的排氣溫度高，排氣速度大，故推力和耗油率不連續(xù)從飛機(jī)的飛行角度，期望推力的突躍變化越小越好,1-最大加力2-最小加力3-中間4-最

14、大連續(xù)5-亞音巡航6-慢車(chē),復(fù)燃加力發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流（油門(mén)）特性,雙軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流特性特點(diǎn),節(jié)流時(shí)，n1、n2同時(shí)降低 n1比n2下降更迅速高、低壓壓氣機(jī)增壓比均下降當(dāng)轉(zhuǎn)速降低到尾噴管q(?8)<1時(shí)，?TL先減小 ?TH仍保持不變 因分離損失相對(duì)單軸小，節(jié)流過(guò)程中壓氣機(jī)效率更高耗油率更低,特性變化趨勢(shì)基本與渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)相同涵道比隨轉(zhuǎn)速降低而增大隨轉(zhuǎn)速下降轉(zhuǎn)差率增大，有利于低轉(zhuǎn)速條

15、件下的防喘問(wèn)題：和雙軸渦噴比，轉(zhuǎn)差率增大的變化趨勢(shì)更快還是更慢？,渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流特性,第二節(jié) 速度特性,定義在給定飛行高度、發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)位置（工作狀態(tài)）和控制規(guī)律的條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)推力，耗油率隨飛行Ma0的變化關(guān)系,一、不加力狀態(tài)速度特性,渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的典型速度特性推力先升后降(馬鞍形)耗油率單調(diào)增加特性線變化原因分析假定采用控制規(guī)律 n = nd， Tt4 = Tt4dA8隨飛行馬赫數(shù)如何變化？,推力 = wa?

16、Fs,流量變化 Wa?Pt4=P0??i??i??c??b 隨Ma的增加特別是超音速時(shí)，速度沖壓比?i增加使發(fā)動(dòng)機(jī)總增壓比呈迅速上升趨勢(shì) wa隨飛行Ma增加而加大壓氣機(jī)增壓比變化隨飛行Ma增加，壓氣機(jī)對(duì)氣流的增壓作用越來(lái)越?。槭裁矗浚?，而速度沖壓作用迅速增大，當(dāng)飛行器以超音速3倍以上飛行時(shí)，靠速度沖壓即可使循環(huán)增壓比達(dá)到很高，因此發(fā)展高超聲速飛行器動(dòng)力?沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)高超音速飛行器（Ma0＝0～10）的動(dòng)

17、力? 渦輪－沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī),單位推力變化原因 隨Ma0的增加，Tt2增加，使壓氣機(jī)出口溫度Tt3增加，在保持Tt4的控制規(guī)律下循環(huán)加熱量不斷減小，循環(huán)功減小。當(dāng)加熱量小到僅夠克服流動(dòng)損失時(shí)，單位推力等于零Fs隨Ma0的增加單調(diào)減小,推力 = Wa?Fs,兩者綜合作用引起 推力呈先升后降推力最大對(duì)應(yīng)于： Ma0 ? 1. 5 ~ 2.2因單位推力隨飛行Ma0單調(diào)下降，導(dǎo)致耗油率單調(diào)增加

18、,總效率,耗油率隨Ma0單調(diào)增加，并不意味經(jīng)濟(jì)性變差，在飛行Ma0變化時(shí)只能用總效率評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)性總效率隨飛行Ma0先增后降 (為什么?)對(duì)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī) Ma0=2.5~3時(shí) ? 0max,循環(huán)熱效率隨Ma0變化,當(dāng)Ma0增加時(shí)速度沖壓比的增大使熱力循環(huán)的總增壓程度加大，有利于熱效率ηt增加；另一方面使加熱量減少，而沿流程的流動(dòng)損失并未按比例減少，使得排熱損失在加熱量中所占比例加大，熱效率ηt下降。綜合兩方面因素低Ma

19、0時(shí)，加熱量大，有利因素起主要作用，熱效率ηt隨Ma0增加而增加；高M(jìn)a0時(shí)不利因素起主要作用，ηt隨Ma0增加而降低,推進(jìn)效率和總效率隨M0變化,隨著Ma0增加，C9/C0下降，推進(jìn)效率ηp隨之增加 η0決定于ηt和ηp的變化渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)在高飛行M數(shù)下獲得高總效率在Ma0=2.5—3的范圍內(nèi)，渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)合適渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的總效率又如何變化？,,,渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)不加力條件下的速度特性設(shè)計(jì)涵道比Bd不同, 推力變化趨勢(shì)不同小

20、Bd設(shè)計(jì)（小于1），推力隨Ma0增加呈“馬鞍”形變化，與渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)速度變化趨勢(shì)相類(lèi)似大Bd設(shè)計(jì)，推力隨Ma0增加呈下降趨勢(shì)設(shè)計(jì)涵道比Bd越大，耗油率隨Ma0增加上升越劇烈 原因: 隨Ma0增加, 涵道比增大,導(dǎo)致單位推力嚴(yán)重下降,不同設(shè)計(jì)涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性,低速條件下，大涵道比設(shè)計(jì)的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)推力大，耗油率低設(shè)計(jì)涵道比越大，高速條件下發(fā)動(dòng)機(jī)的相對(duì)推力（F/F起飛）越小 隨飛行速度增加渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)涵道比迅速加大，氣流的排

21、氣速度C9渦扇遠(yuǎn)低于C9渦噴，單位推力迅速減小，導(dǎo)致推力小、耗油率高。高速條件下渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的速度特性不如渦噴發(fā)動(dòng)機(jī) 大涵道比的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)隨著Ma0增加，推力一直下降Bd越大，推力下降越快,大涵道比設(shè)計(jì)的不加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)在亞音速飛行范圍內(nèi)優(yōu)良性能，使它成為現(xiàn)代民航機(jī)和運(yùn)輸機(jī)的主要?jiǎng)恿ρb置大涵道比設(shè)計(jì)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)不適用于高速飛行飛機(jī),二、復(fù)燃加力發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性,在任何飛行速度下，加力推力與不加力推力比（簡(jiǎn)稱(chēng)加力比）大于1加力使推

22、力達(dá)到峰值所對(duì)應(yīng)的飛行馬赫數(shù)更高加力溫度越高，上述特點(diǎn)越顯著加力使耗油率增加，經(jīng)濟(jì)性變差，但隨飛行速度提高，加力和不加力耗油率的差距減小。原因？,復(fù)燃加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性（設(shè)計(jì)涵道比<1） 內(nèi)外涵兩股氣流在渦輪后的混合器摻混而后進(jìn)入加力燃燒室，點(diǎn)火復(fù)燃, 提高排氣速度增加推力。因?yàn)榛旌掀鞒隹跍囟容^渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)低，含氧量較渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)高，因此加力比更大高速下兩種狀態(tài)耗油率相當(dāng)？與渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)相比較：加力比更大

23、，有利于提高飛機(jī)機(jī)動(dòng)性亞音速飛行條件下不加力耗油率較低，有利于增加作戰(zhàn)半徑,小涵道比設(shè)計(jì)的復(fù)燃加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)適用于超音速戰(zhàn)斗機(jī),二、復(fù)燃加力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性,圖有問(wèn)題需修改,第三節(jié) 高度特性,定義：在給定發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)桿、控制規(guī)律、飛行Ma0條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)推力，耗油率隨飛行高度的變化關(guān)系稱(chēng)為高度特性,高度變化引起大氣壓力、氣溫以及密度發(fā)生變化?發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口參數(shù)變化11公里以下，隨高度增加，三者均下降，且氣壓和密度下降更快11公里以

24、上氣溫基本不變，但氣壓和密度仍隨高度增加而迅速下降特性線變化原因分析假定采用控制規(guī)律 n = nd， Tt4 = Tt4d,隨高度增加大氣條件的變化,高度增加，大氣壓力和密度下降，成為決定Wa變化的決定性因素：空氣流量顯著減小 推力? 決定了飛機(jī)的升限H ? 11km： 隨高度增加，氣溫降低，發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作點(diǎn)沿工作線上移，增壓比增加，排氣速度增加，單位推力增加 耗油率?H?11km，特別

25、是高亞音速或超音速飛行時(shí)： 隨高度增加，氣溫不變，發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作點(diǎn)不再移動(dòng)，單位推力不變 耗油率基本不變H≈11km耗油率最低,典型高度特性,F = Wa?Fs,sfc= 3600 f / Fs,飛機(jī)巡航高度通常為11公里上下,渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)高度特性的變化規(guī)律與渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)相同，即：推力隨高度增加而下降H11Km耗油率不變隨高度（<11km）增加，Tt2因外界氣溫降低而下降，相似轉(zhuǎn)速增加,發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作點(diǎn)沿工

26、作線向右上移動(dòng)時(shí)，涵道比減小，發(fā)動(dòng)機(jī)單位推力增加更大，因此相對(duì)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，隨高度增加推力下降程度較慢耗油率改善的趨勢(shì)更好,渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)高度特性,渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的高度特性?xún)?yōu)于渦噴,小涵道比渦扇和渦噴發(fā)動(dòng)機(jī) 速度-高度特性,大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)速度-高度特性,在高空(大于15km)亞音速飛行條件下，如考慮雷諾數(shù)影響，部件效率衰減，耗油率將上升,第四節(jié) 渦軸和渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)特性,渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)有巡航、最大連續(xù)、起飛、應(yīng)急（單發(fā)失效）等規(guī)定工作狀態(tài)。

27、對(duì)于不同用途的渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)工作狀態(tài)的功率要求不盡相等。（有哪些用途？）對(duì)于前蘇聯(lián)，常常定義發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)為額定、0.8額定、0.6額定等。,,第四節(jié) 渦軸和渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)特性,渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性表示為輸出軸功率和耗油率隨燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系隨著燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)速n1的增加發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸功率增加耗油率下降,渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性,軸功率隨燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)速的變化，取決于空氣流量和單位軸功率乘積隨轉(zhuǎn)速的變化空氣流量隨轉(zhuǎn)速的平方成

28、正比的增加轉(zhuǎn)速增加使壓氣機(jī)增壓比提高，動(dòng)力渦輪膨脹比增加，單位軸功率隨轉(zhuǎn)速增加逐步加大渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)耗油率隨燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)速的增加，耗油率一直減小，因隨轉(zhuǎn)速增加 壓氣機(jī)增壓比提高各種部件效率的改善燃?xì)鉁囟鹊奶岣?，循環(huán)加熱量增加以上變化原因使循環(huán)熱效率提高耗油率隨轉(zhuǎn)速增加而減小,渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性,在給定高度和控制規(guī)律下，輸出軸功率、耗油率隨飛行速度的變化空氣進(jìn)入壓氣機(jī)前的速度沖壓作用，使渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的總增壓比是增加的，因而使

29、空氣流量增加，導(dǎo)致渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸功率增加和燃油消耗率的降低,渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)高度特性,渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)高度特性：輸出軸功率、燃油消耗率隨飛行高度的變化關(guān)系 隨高度增加，大氣壓力和空氣密度降低、空氣流量減少，致使發(fā)動(dòng)機(jī)軸功率降低,典型渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的速度高度特性,渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù),有效功率Ne (kw)螺槳功率NB推進(jìn)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(dòng)能損失,

30、LTe,NB,,FB,渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù),螺槳拉力FB噴氣推力Ff總推力F耗油率sfc當(dāng)量功率Ne當(dāng)量耗油率sfce,渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)特性,渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性當(dāng)量功率隨轉(zhuǎn)速降低而減小當(dāng)量耗油率隨轉(zhuǎn)速降低而增加變化原因與渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)相類(lèi)似,渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)速度－高度特性,速度特性螺槳功率隨速度增加而增加推力(螺槳拉力FB)隨飛行速度增加而迅速下降（因螺槳效率下降和C0增加）耗油率隨速度增加而單調(diào)增加高度特性高度增加，

31、推力和耗油率均下降推力減小原因：隨高度增加氣流密度下降適用于低速飛行的飛機(jī),不同類(lèi)型發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性比較,起飛狀態(tài) H＝0km,(km/h),(km/h),不同類(lèi)型發(fā)動(dòng)機(jī)速度特性比較,(km/h),(km/h),第五節(jié) 用相似理論換算發(fā)動(dòng)機(jī)的特性,航空發(fā)動(dòng)機(jī)在地面臺(tái)架試車(chē)或在地面起飛時(shí)，大氣溫度和大氣壓力常常是不同的一年四季氣溫氣壓的變化試車(chē)臺(tái)和機(jī)場(chǎng)所處海拔高度不同造成大氣條件的差異很大航空發(fā)動(dòng)機(jī)即使在相同轉(zhuǎn)速下工作，因大

32、氣溫度和大氣壓力的不同，發(fā)動(dòng)機(jī)的性能將大不相同應(yīng)用相似理論，可以將航空發(fā)動(dòng)機(jī)在特定條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，推廣到與該實(shí)驗(yàn)條件相似的其它條件中去,1.大氣溫度對(duì)特性的影響,氣溫增加推力下降耗油率上升T0從－30ºC～30 ºCF下降30％，sfc上升10％原因?qū)τ谕瑯拥陌l(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，大氣溫度T0增加使得壓氣機(jī)相似轉(zhuǎn)速下降，導(dǎo)致共同工作點(diǎn)沿工作線下移，壓氣機(jī)增壓比和流量減小,2.大氣壓力對(duì)特性的影響,氣壓降低推力

33、下降P0從1.0?0.9個(gè)大氣壓F下降~10％耗油率不變?cè)驅(qū)τ谕瑯拥陌l(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，氣壓變化不會(huì)改變壓氣機(jī)相似轉(zhuǎn)速和共同工作點(diǎn)僅使空氣流量減小,3.大氣條件對(duì)起飛性能的影響,在高原機(jī)場(chǎng)起飛時(shí)大氣壓力低而推力小在熱天起飛時(shí)大氣溫度高而推力小設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)必須考慮如何滿(mǎn)足這些條件下的起飛推力需求例如民用客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)通常要考核氣溫＋30ºC氣壓730mm汞柱條件下的起飛推力是否滿(mǎn)足推力需求其他用途的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)通常

34、也需考核高原條件下的起飛性能,4. 臺(tái)架性能數(shù)據(jù)換算,由于T0和P0對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能不容忽視的影響，造成地面試車(chē)實(shí)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)性能數(shù)據(jù)因T0和P0不同有很大差別，不能作為評(píng)定和驗(yàn)收依據(jù)解決問(wèn)題的辦法之一是按照標(biāo)準(zhǔn)大氣海平面靜止條件的性能數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)定和驗(yàn)收必須對(duì)實(shí)測(cè)的性能數(shù)據(jù)進(jìn)行換算，以求得標(biāo)準(zhǔn)大氣海平面靜止條件下發(fā)動(dòng)機(jī)的性能數(shù)據(jù)，并對(duì)各影響因素進(jìn)行修正，以便與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較,4. 臺(tái)架性能數(shù)據(jù)換算,必須借助相似原理將發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)測(cè)的各個(gè)性能數(shù)據(jù)

35、換算到標(biāo)準(zhǔn)大氣海平面靜止條件下,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣條件海平面靜止?fàn)顟B(tài)T0＝288K，P0＝101325Pa,發(fā)動(dòng)機(jī)相似工作狀態(tài),發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)相似的充分必要條件飛行Ma0數(shù)相等轉(zhuǎn)子換算轉(zhuǎn)速相等處于工作狀態(tài)相似的發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)截面上同名物理量的比值分別相等相似參數(shù)分別相等,發(fā)動(dòng)機(jī)相似參數(shù),4. 臺(tái)架試驗(yàn)性能數(shù)據(jù)換算,海平面標(biāo)準(zhǔn)大氣條件P0=101325PaT0=288.15K在任意T0條件下以n運(yùn)轉(zhuǎn)工作的發(fā)動(dòng)機(jī)，與標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下

36、以ncor運(yùn)轉(zhuǎn)工作狀態(tài)相似稱(chēng)ncor為換算轉(zhuǎn)速性能數(shù)據(jù)換算,,渦軸渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)的相似換算？,渦軸渦槳,5. 用相似參數(shù)表示的發(fā)動(dòng)機(jī)特性,第六節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)渡工作過(guò)程特性,發(fā)動(dòng)機(jī)性能及主要參數(shù)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生顯著變化的過(guò)程為過(guò)渡過(guò)程發(fā)動(dòng)機(jī)性能及主要參數(shù)為時(shí)間的函數(shù)典型過(guò)渡過(guò)程起動(dòng)/停車(chē)加速/減速接通/切斷加力,發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)渡工作過(guò)程,1. 加速過(guò)程,油門(mén)位置快速變化慢車(chē)狀態(tài) ? 最大狀態(tài) 巡航狀態(tài) ? 最大狀態(tài) 轉(zhuǎn)速迅速增加的

37、過(guò)程加速性反映推力迅速增加的能力用完成加速過(guò)程所需時(shí)間表示加速性加速時(shí)間越短，加速性越好轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)方程 ?NT — 剩余功率 dn/dt > 0 , ? NT > 0,增加渦輪功?提高剩余功率提高渦輪前溫度，但受到：材料耐熱限制（高n范圍）壓氣機(jī)喘振限制（中低n范圍）富油熄火限制（高空低速飛行）提高膨脹比調(diào)節(jié)A8,影響加速性的因素轉(zhuǎn)動(dòng)慣量慢車(chē)轉(zhuǎn)速剩余功率,2. 減速過(guò)程,減少對(duì)

38、燃燒室供油，降低渦輪進(jìn)口溫度，使渦輪功率小于壓氣機(jī)消耗功率，可完成減速過(guò)程對(duì)于單軸渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)減速過(guò)程只受燃燒室貧油熄火限制,油門(mén)位置快速變化最大狀態(tài) ?慢車(chē)狀態(tài) 最大狀態(tài) ?巡航狀態(tài) 轉(zhuǎn)速迅速降低、推力迅速減小的過(guò)程,加、減速過(guò)程參數(shù)變化,1－穩(wěn)態(tài)共同工作線2－加速線3－減速線,剩余功率隨轉(zhuǎn)速的變化,為什么這樣變化？有什么問(wèn)題？,單軸渦噴加速和減速過(guò)程線1－穩(wěn)態(tài)共同工作線2－加速線3－減速線,轉(zhuǎn)速、推力 ~ 加速時(shí)間,

39、雙軸發(fā)動(dòng)機(jī)低壓和高壓轉(zhuǎn)子加、減速線,1－穩(wěn)態(tài)共同工作線2－加速線3－減速線,低壓轉(zhuǎn)子,高壓轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)差的變化加速時(shí)，S加>S穩(wěn)減速時(shí)，S減<S穩(wěn),通常高壓轉(zhuǎn)子慢車(chē)轉(zhuǎn)速較高（～70%）特別是渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小因此高壓轉(zhuǎn)子加/減速均較快導(dǎo)致低壓加減速線與高壓不同,雙軸渦噴和渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)減速受低壓壓氣機(jī)或風(fēng)扇喘振的限制,為什么曲線這樣變化？,典型現(xiàn)代民用發(fā)動(dòng)機(jī)加速過(guò)程,典型現(xiàn)代民用發(fā)動(dòng)機(jī)加速過(guò)程,3. 起動(dòng)

40、過(guò)程,地面起動(dòng)0轉(zhuǎn)速到慢車(chē)狀態(tài)必須靠外動(dòng)力源 分三個(gè)階段I 起動(dòng)機(jī)帶轉(zhuǎn)，NT＝0II 起動(dòng)機(jī)和渦輪共同帶轉(zhuǎn)III 渦輪單獨(dú)帶轉(zhuǎn)，Nst＝0n1 – 點(diǎn)火轉(zhuǎn)速n’ – 最小平衡轉(zhuǎn)速 n2 – 起動(dòng)機(jī)脫開(kāi)轉(zhuǎn)速,起動(dòng)過(guò)程線,1－冷運(yùn)轉(zhuǎn)2－噴油點(diǎn)火3－Tt4受壓氣機(jī)喘振限制4－ Tt4受渦輪強(qiáng)度限制5－慢車(chē)狀態(tài)6－穩(wěn)定狀態(tài),空中起動(dòng),不需要起動(dòng)機(jī)帶轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子在來(lái)流的吹動(dòng)作用下，

41、高速旋轉(zhuǎn)，處于自轉(zhuǎn)狀態(tài) 時(shí)n > n’ , 也稱(chēng)為風(fēng)車(chē)狀態(tài)。噴油點(diǎn)火后渦輪輸出功率足以帶轉(zhuǎn)壓氣機(jī)空中再起動(dòng)特點(diǎn)在允許范圍內(nèi)點(diǎn)火起動(dòng)正確調(diào)配燃燒室供油量,總 結(jié),發(fā)動(dòng)機(jī)典型工作狀態(tài)三個(gè)特性（轉(zhuǎn)速、速度、高度）的定義、曲線及性能變化的主要原因發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流過(guò)程中防喘措施及其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)特性特點(diǎn)及適用范圍渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)特性特點(diǎn)及適用范圍渦軸渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)特性特點(diǎn)及適用范圍大氣條件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響、