航空发动机原理第八讲 涡轮喷气发动机

黄玥助理教授物理机电航空大楼[e-mail]物理与机电工程学院厦门大学涡喷发动机AeroEnginePrinciple–Lecture#5/turbojetengineNov.10,20142014年11月20日2研究涡喷发动机在各种条件下性能的变化影响发动机性能变化的原因:1.飞行条件2.油门位置3.调节规律4.大气条件第五章涡喷发动机第一节各部件的共同工作一、共同工作及共同工作线各部件组合成整台发动机，部件间的相互作用和影响称为“共同工作”。各部件必须满足的共同工作条件：流量连续压气机与涡轮功率平衡压气机与涡轮转速相等：nk＝nT压力平衡：P2*b=P3*压气机与涡轮流量连续压气机进口空气流量涡轮导向器喉道燃气流量涡轮导向器当处于临界或超临界时q(dx)=1增压比与温比、q(1)的关系*1*31*1*2**3*2***111*1)()()()(TTqDppqqqqqTqApKqTqApKqTqAKpqkmamfcoolmamgdxdxdxbmgdxdxdxdxmgma)(1*1*3*1*2*qTTDppk当温度比一定时，发动机流通能力与增压比成正比；温度比越高，等值线越陡；当进气温度一定时，提高涡轮前温度将导致压气机工作点移向喘振边界。压气机与涡轮功率平衡单位压气机功单位涡轮功功平衡当涡轮膨胀比等于常数时：B为常数1*****1*3*1**3*1**3*1**1)(1])(11[])(11[/)]1)[(kkkkmTTkmTTTTkkkeeBTTTpCwwTpCwCpTw压气机所需功率与涡轮前温度、涡轮膨胀比的关系当飞行条件变化引起压气机功变化时，为维持功平衡，必须改变涡轮前温度或涡轮膨胀比，否则将导致转子转速变化。mTTkmTTpCww*1**3])(11[1*****1*3*1**3*1**1)(1])(11[]1)[(kkkkmTTkKkmTeeBTTTpCCpTww)(1*1*3*1*2*qTTDppk功平衡方程当涡轮膨胀比为常数时流量连续发动机共同工作方程Ceqkkk***11)()(1*1*3*1*2*qTTDppk联立消去温度比膨胀比=常数几何尺寸固定获得共同工作方程共同工作线1*****1*3)(1kkkkeeBTT涡轮与尾喷管共同工作涡轮导向器喉道截面流量尾喷管喉道截面流量流量连续条件引入多变指数n’涡轮和尾喷管临界状态或超临界时q(dx)=1；q(8)=1且Adx、A8固定不变T*=常数1288*4*3**488*4*888*8*3*3**])()([)()()()(nndxdxdxeTmgNmgTemgNdxdxdxdxdxdxdxmgTqAqAppqqTqApKTqApKqTqApKTqApKq发动机共同工作线在压气机特性图上的表示一台几何不变的发动机，当尾喷管处于临界工作状态时：无论飞行条件或发动机工作转速如何变化发动机的共同工作点总在同一条工作线上移动共同工作线与每一条等相似转速线有唯一交点发动机共同工作线当飞行条件一定时：转速增加，工作点沿工作线右上移转速降低，工作点沿工作线左下移当转速一定时：飞行M数增加，工作点沿工作线左下移飞行高度增加（低于11公里），工作点沿工作线右上移飞行条件、转速变化归结为*1Tn发动机共同工作线当A8变化时，引起涡轮膨胀比变化，共同工作线移动，A8越小，越靠近喘振边界。当尾喷管进入亚临界状态时，对应每一个飞行M数有一条共同工作线，M数越低，越靠近喘振边界。涡轮膨胀比随尾喷管喉道截面积成正比变化为维持功平衡，涡轮前温度必须变化涡轮前温度变化引起共同工作点移动A8减小，工作点移向喘振边界A8增大，工作点远离喘振边界1288*4*3*])()([nndxdxdxeTqAqAppmTkkTkmTTpCww*1**3])(11[重要结论发动机各部件共同工作的结果共同工作线。无论飞行条件或发动机工作转速如何变化，发动机的工作点总在共同工作线上移动。当A8变化时，引起涡轮膨胀比变化，共同工作线移动，A8越小，越靠近喘振边界。二、调节规律由各部件共同工作关系，发动机工作点构成共同工作线，但即使已知飞行条件，仍不能确定发动机在工作线的哪一点工作。为控制工作点在工作线上的落点，必须对发动机进行自动调节。自动调节装置的目的：最大限度发挥性能潜力和最有利使用发动机满足飞机在不同飞行条件下的要求；确保发动机工作安全；便于驾驶员操作。最大状态调节规律目的：在任何飞行条件下，发动机尽可能发出最大推力。三种可能的调节规律n=nd，A8=CT3*=T3*d，A8=Cn=nd，T3*=T3*dn=nd，A8=C当飞行条件变化qmfn=ndn被调参数qmf调节中介T3*将随飞行条件变化。转速调节器发动机nndqmfnT3*=T3*d，A8=C当飞行条件变化qmfT3*=T3*dT3*被调参数qmf调节中介n将随飞行条件变化T3*调节器发动机T3*T3*dqmfT3*n=nd，T3*=T3*d当飞行条件变化qmfn=ndA8T3*=T3*dn、T3*被调参数qmf、A8调节中介A8将随飞行条件变化转速调节器发动机nndqmfnT3*调节器T3*T3*dA8T3*在实际应用中常采用第一种调节规律n=nd保持转速，可以获得最大推力某些飞行条件下，可能超温温度作为被调参数有一定困难。尾喷管喉道截面积连续可调，增加调节机构的复杂性。