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1、第二章 发动发动 机部件工作原理 第二章 发动发动 机部件工作原理 第一节节 气动热动热 力基础础 第二节节 进进气道 第三节节 尾喷喷管 第四节节 压压气机 第五节节 涡轮涡轮 第六节节 燃烧烧室 *2 第六节节 燃烧烧室 *3 一、功能、环环境特点及基本要求 功能 燃料与空气掺掺混燃烧烧，将燃料化学能转换为转换为 热热能加给给气体。 环环境特点 进进口气流速度高（120-180m/s）； 工作温度高（核心温度2500K）； 出口气流温度受涡轮涡轮 叶片的耐热热限制，不能过过 高； *4 一、功能、环环境特点及基本要求 基本要求： 稳稳定燃烧烧； 可靠工作； 为涡轮为涡轮 提供合理的温度条件
2、； *5 一、功能、环环境特点及基本要求 （1）如何保证稳证稳 定燃烧烧？ 有一句成语语：“风风助火势势，火借风风威” 是否“风风”越大，火势势越旺呢？ 生活经验经验 表明，并非如此。 *6 一、功能、环环境特点及基本要求 （1）如何保证稳证稳 定燃烧烧？ 基本条件：气流速度=火焰传传播速度 进进口气流速度高（120-180m/s）； 火焰传传播速度（不大于50m/s） *7 一、功能、环环境特点及基本要求 （2）如何保证证自身可靠工作？ 将火焰燃烧烧区域置于火焰筒内部； 燃烧烧室的所有金属部分不跟核心燃烧烧区直接接 触； 分区燃烧烧、掺掺混冷却； *8 一、功能、环环境特点及基本要求 （3）
3、如何保证涡轮证涡轮 的安全工作温度？ 周向如何分布？ 径向如何分布？ *9 一、功能、环环境特点及基本要求 （3）如何保证涡轮证涡轮 的安全工作温度？ 周向尽可能分布均匀 径向燃气温度最高值值一般要求在涡轮涡轮 叶片上 1/3处处，并非越均匀越好 叶尖较薄，容易烧坏 叶根应力大，温度不能过高 *10 二、燃烧烧室结结构形式 基本类类型 单单管燃烧烧室 联联管燃烧烧室 环环形燃烧烧室 *11 二、燃烧烧室结结构形式 单单管式燃烧烧室 由多个单单独燃烧烧室组组成， 之间间用联联焰管相联联，传传焰 和均压压作用 每个燃烧烧室有独立的 火焰筒和外套 *12 二、燃烧烧室结结构形式 单单管式燃烧烧室 优
4、优点: 实验调试实验调试 用气少 便于拆换换 缺点: 迎风风面大 出口温度场场不均匀 重量大（不能抵抗扭矩） *13 二、燃烧烧室结结构形式 联联管式燃烧烧室 有多个单单独火焰筒， 共用内、外环环形机匣 联联焰管传传播火焰 *14 二、燃烧烧室结结构形式 联联管式燃烧烧室 优优点： 减轻轻重量和减小迎风风面 单单独火焰筒便于调试调试 拆换换方便 缺点： 出口温度场场周向 不均匀 *15 二、燃烧烧室结结构形式 环环形燃烧烧室 由4个同心的圆圆筒组组成， 火焰筒为环为环 形 *16 二、燃烧烧室结结构形式 优优点： 与压压气机、涡轮涡轮 的环环形通道 气动动配合好，减少流动损动损 失 出口温度场
5、场均匀 重量轻轻、迎风风面小 缺点： 喷喷油与进进气不易配合 调试调试 需大型气源 装拆维护较维护较 困难难 *17 三、工作过过程及主要零组组件 燃烧烧室工作过过程简简介 1、气流扩压扩压 减速 2、喷喷油雾雾化 3、点火 4、形成燃烧烧回流区 5、燃烧烧 6、掺掺混冷却 *18 三、工作过过程及主要零组组件 1、气流扩压扩压 减速 压压气机出口气流速度 120180m/s 3045m/s *19 三、工作过过程及主要零组组件 1、气流扩压扩压 减速 *20 F100突扩式扩压器 三、工作过过程及主要零组组件 2、喷喷油雾雾化 为为使燃油在非常短的时间时间 内与气流充分掺掺混， 达到完全燃烧
6、烧，靠燃油喷喷嘴喷喷入雾雾状燃油，扩扩 大燃料与周围围气体的接触面，加快蒸发发、汽化 ，形成混气，以利于完全燃烧烧。 *21 三、工作过过程及主要零组组件 3.点火 一般利用外电电源，使高压压火花塞打火。 一般有两个点火器。 *22 三、工作过过程及主要零组组件 4、形成燃烧烧回流区 气流经经火焰筒头头部的扰扰流器，形成一股旋 转转气流，在火焰筒的中心造成低压压区，下 游一部分气流逆流补补充，形成回流。 形成稳稳定的点火源 使燃油破膜、雾雾化、掺掺混 *23 三、工作过过程及主要零组组件 5、燃烧烧： 分区燃烧烧室：主燃区、补补燃区（中间间区） 、掺掺混冷却区 *24 三、工作过过程及主要零组
7、组件 5、燃烧烧： 分不同部位、不同量进进气 *25 三、工作过过程及主要零组组件 6、掺掺混冷却 约约40%气流由火焰筒上的微细细小孔或缝缝隙进进入， 在火焰筒壁形成气膜，保护护火焰筒。 约约20%气流从后部进进入，掺掺混降温、到达出口温 度场场分布要求。 *26 三、工作过过程及主要零组组件 火焰筒壁的冷却 *27 三、工作过过程及主要零组组件 火焰筒壁的冷却 *28 四、性能参数及特性 燃烧烧效率： 大型民用发动发动 机：最高可达0.999 军军用发动发动 机：约约0.950.99 影响因素： 余气系数 进气压力燃烧效率 进气温度燃烧效率 进气速度燃烧效率 *29 四、性能参数及特性 总
8、压总压 恢复系数： 约约0.90.96 影响因素 主要因素：进气速度总压恢复系数 次要因素：燃烧室温升总压恢复系数 *30 四、性能参数及特性 油气比 *31 四、性能参数及特性 余气系数 l0 1公斤航空煤油完全燃烧烧所需理论论空气量 ， l0 =14.7kg/s 最恰当油气比： f0 = 1/ l0 = 0.068 = 1: 最恰当油气比 1: 富油状态态 （燃油过过剩） 1: 贫贫油状态态 （空气过过剩） *32 四、性能参数及特性 熄火特性 燃烧烧室进进口速度过过大 时时火焰稳稳定范围围减小 ，容易熄火或空中起 动时动时 不易点燃 当燃烧烧室进进口气流速 度超过过一定限度，无 论论余气
9、系数是多少， 都无法稳稳定燃烧烧 *33 余气系数 小结结 亚亚音速流： 扩张扩张 通道：亚亚音速进进气道、超音速进进气道的 扩压扩压 段、压压气机转转子、静子叶栅栅通道、燃烧烧 室扩压扩压 器； 收缩缩通道：涡轮导涡轮导 向器叶栅栅通道、涡轮转涡轮转 子 叶栅栅通道、收缩缩型尾喷喷口，收敛敛-扩张扩张 尾喷喷管 的收缩缩段 *34 小结结 超音速流： 扩张扩张 通道：收敛敛-扩张扩张 尾喷喷管的扩张扩张 段、涡轮涡轮 导导向器出口； 收缩缩通道：超音速进进气道的超音段； 核心要点： 压压气机通用特性 *35 发动机设计点性能计算 （编程作业） 大作业业 压气机燃烧室涡导尾喷口 234 58
10、10 9 0：远前方来流 1：进气道进口 2：进气道出口 3：压气机出口 4：燃烧室出口，涡轮导向器进口 4a：涡轮导向叶片出口，涡轮转子进口 5：涡轮出口 8：尾喷管喉部 9：尾喷管出口 进气道 4a 涡转 冷气 大作业业 Q工作参数、部件效率或损失系数 大作业业 v大气参数的计算（0截面） 大作业业 Q气流滞止参数（1截面） 大作业业 Q进气道出口参数（2截面） 大作业业 Q压气机出口参数（3截面） 大作业业 燃烧室 34 qmf qm.3a qm4 Q燃烧室出口参数（4截面） 大作业业 压气机燃烧室涡导 qm.3 qm.4 qm.5qm.4a 涡转 冷气 qm.3a qmf Q涡轮导向器
11、出口参数（4a截面） 大作业业 Q涡轮转子出口参数（5截面） 大作业业 Q尾喷口出口参数（9截面） 大作业业 Q发动机性能计算 大作业业 v 推导ppt中的(a)(b)(c)(d)(e)式; v 编制一个单轴涡轮喷气发动机设计点性能计算程序，要求：输入给定的 发动机状态参数（最好以文件的形式输入），可以正确的得到发动机各 截面的总温、总压、质量流量，特征截面的流通面积，发动机推力、单 位推力、耗油率，截面参数输出格式可参考下表： 截面截面参数 总压（Pa）总温（K）流量(kg/s)流通面积（m2 ） 大气环境- 滞止参数- 压气机进口假设Ma=0.55 燃烧室进口假设Ma=0.3 高压涡轮导向
12、器进口- 高压涡轮导向器出口假设临界 高压涡轮动叶出口- 尾喷口出口假设临界 大作业业 v在增压比为1.5-60的范围内，计算单位推力与耗油 率随增压比的变化关系，输出格式可参考下表： 增压比单位推力耗油率 1.5 2 2.5 60 大作业业 v编程作业参考答案 截面压力（Pa ） 温度（K） 流量 (kg/s) 面积(m2) 油气比速度系数Ma 大气环境22615.62216.65- 滞止参数96125.74327.5748- 压气机进口89733.02327.5748800.50104500.5850570.55 燃烧室进口1166529759.409473.60.0875500.3257150.3 涡轮导向器进口1096537150075.59891-0.027159 涡轮导向器出口10965371430.8181.998910.0718220.02503911 涡轮出口280412.41087.00681.99891-0.025039 尾喷管出口266391.81087.00681.998910.2576830.02503911 飞行速度(m/s)472.1088 飞行Ma1.6 飞行高度(km)11 推力（N）51063.68 单位推力（N/kg ） 638.296 耗油率(kg/N.h)0.140923 排气速度(m/s)1083.336 大作业业
