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1、1本次课的主要内容第十一章 航空燃气涡轮发动机特性1.航空燃气涡轮发动机特性 2.单轴涡轮喷气发动机特性 3.双轴涡轮喷气发动机特性 4.涡轮风扇发动机特性对应教材的第五对应教材的第五七章七章11.1 航空燃气涡轮发动机特性(1) 非设计点：油门杆位置、飞行速度、飞行高度、大气条件；非设计点：油门杆位置、飞行速度、飞行高度、大气条件；(2) 发动机特性分为：速度特性、高度特性和节流特性；发动机特性分为：速度特性、高度特性和节流特性；(3)速度特性：只随飞行速度变化；速度特性：只随飞行速度变化；(4)高度特性：只随飞行高度变化；高度特性：只随飞行高度变化；(5)节流特性：只随油门杆位置变化。节流
2、特性：只随油门杆位置变化。一、 发动机特性一、 发动机特性(1) 理论计算方法无法获得，必须采用试验测量的方法；理论计算方法无法获得，必须采用试验测量的方法；(2) 试验研究对象：发动机部件试验和发动机整机试验；试验研究对象：发动机部件试验和发动机整机试验；(3) 试验设备可能提供的环境范围：试验设备可能提供的环境范围：地面试验（地面台架试车）；地面试验（地面台架试车）；高空模拟试验（高空台试验）；高空模拟试验（高空台试验）；飞行试验（试飞）。飞行试验（试飞）。二、 发动机特性获取方法二、 发动机特性获取方法发动机地面试车台发动机地面试车台用于测量空气流量的发动机地面试车用发动机进气道用于测量
3、空气流量的发动机地面试车用发动机进气道发动机高空试车台发动机高空试车台2三、 用相似理论换算发动机的特性大气温度对燃气涡轮发动机节流特性的影响?相似工作状态相似工作状态如果流过几何相似的压气机进口的气流绝对运动和相对运动 的Ma0分别保持常数不变，则压气机的工作状态是相似的。constconstauMaMa= =()2 22 2t a tpWKAqT=()2 22 22constconstat a tWTqMaD p=22constattWTp=2222 2constconst2 1uu crt tUnDnDMaakTRTk=+22consttnD T=2consttn T=?几何相似的几何相
4、似的WP/WS发动机工作状态相似的充分必要条件是：发动机工作状态相似的充分必要条件是：2consttn T=0constMa =a)当尾喷管最小截面处于临界或超临界时，共同工作线只有一条， 通过（当尾喷管最小截面处于临界或超临界时，共同工作线只有一条， 通过（ncor）确定共同工作点，保证压气机及其后面部件工作状态相似；）确定共同工作点，保证压气机及其后面部件工作状态相似；b) 进气道工作状态相似还必须保证进气道工作状态相似还必须保证Ma0=const；c)当尾喷管最小截面处于亚临界时，压气机和涡轮共同工作点取决 于当尾喷管最小截面处于亚临界时，压气机和涡轮共同工作点取决 于Ma0和和ncor
5、；d) 对于燃烧室，对于燃烧室，Ma0和不变，可以近似认为处于相似工作状态；和不变，可以近似认为处于相似工作状态；e)对于加力燃烧室，对于加力燃烧室，A8保证主机工作点不变的同时，保证主机工作点不变的同时，Wf,ab不变，可以认为处于相似工作状态；不变，可以认为处于相似工作状态；f)因此，单轴因此，单轴WP的相似准则是：的相似准则是：?以单轴以单轴WP为例分析相似准则为例分析相似准则2tnT2consttn T=0constMa =?发动机在工作状态相似时的重要性质：发动机在工作状态相似时的重要性质：a)各对应截面上同名物理量的比值保持不变，即：各对应截面上同名物理量的比值保持不变，即：pi/
6、p0=const， Ti/T0=const；b) 各截面上的飞行马赫数和部件的效率不变，即：各截面上的飞行马赫数和部件的效率不变，即：Mai=const， ， j=const；c)由以上两个性质推导的一些物理量的组合参数不变，这些有量纲 的相似参数有：低压转子转速相似参数、高压转子转速相似参数、 空气质量流量相似参数、单位推力相似参数、推力相似参数、燃 油流量相似参数以及耗油率相似参数。由以上两个性质推导的一些物理量的组合参数不变，这些有量纲 的相似参数有：低压转子转速相似参数、高压转子转速相似参数、 空气质量流量相似参数、单位推力相似参数、推力相似参数、燃 油流量相似参数以及耗油率相似参数。
7、1.低压转子转速相似参数低压转子转速相似参数? 发动机的组合相似参数发动机的组合相似参数12consttn T=2.高压转子转速相似参数高压转子转速相似参数22.5consttn T=3.空气质量流量相似参数空气质量流量相似参数22constattWTp=00constattWTp=4.单位推力相似参数单位推力相似参数9900090CconststttttFTC TTTT=5.推力相似参数推力相似参数()0990 90 00090Cconstatt a tttttWTTCFWCCppTTT= 0conststFT=0consttF p=36.燃油流量相似参数燃油流量相似参数()431apfub
8、ttWW HCTTB=+7.耗油率相似参数耗油率相似参数000003600constconstfftttttWWpsfc FTF TpT=()430430000000constconstconstfattattttttttttWWTTWTTT pTTpTpT=00constfttWpT=0consttsfc T=? 地面台架试车时燃气涡轮发动机性能的换算地面台架试车时燃气涡轮发动机性能的换算1.转速相似参数转速相似参数0288.15cormnn T=2.空气质量流量相似参数空气质量流量相似参数,00288.15101325a cora mttWWTp=3.单位推力相似参数单位推力相似参数4.推
9、力相似参数推力相似参数,0288.15s cors mtFFT=0101325cormtFF p=5.燃油流量相似参数燃油流量相似参数,00101325 288.15f corf mttWWpT=6.耗油率相似参数耗油率相似参数()()0288.15cormtsfcsfcT=发动机转速特性及其相似换算11.2 单轴涡喷发动机特性一、 速度特性一、 速度特性（调节规律（调节规律Tt4=Tt4max=const.，气流在尾喷管中完全膨胀），气流在尾喷管中完全膨胀）a)Ma0 ， Fs ，当，当Ma0增大至某一数值时，增大至某一数值时， Fs =0；b)Ma0 ， Wa；c)Ma0 ，开始，开始 F
10、或慢，随后或慢，随后 F到最大值而后 直至到最大值而后 直至F=0 ；d)Ma0 ，sfc 直至到一定直至到一定Ma0 后后sfc 。 。?速度特性分析速度特性分析1. 单位推力单位推力Fs变化原因：变化原因：当当Ma0 时时, C0 , 首先假定首先假定Le, 因此因此 C9 必须成比例，必须成比例，Fs;实际上实际上, Ma0 =0时的时的c c,opt。当。当Ma0 时时, i, , Le ;当当Tt4 , Tt9, 而当而当Ma0时时, ，因此，因此Pt9 ， ， C9；综上所述，当综上所述，当Ma0 时时, C0 , C9 ， ，Le ，因此，因此Fs。22 9090 esCCCCL
11、F22+=e s 902LFCC=+WP发动机有效功（可用功）：发动机有效功（可用功）：2.推力推力F变化原因；变化原因； 推力推力F=发动机空气质量流量发动机空气质量流量Wa与单位推力与单位推力Fs的乘积的乘积; 当当Ma0 时，时，Tt0 , Tt2 ，Wa; Pt0 , Pt2 , Wa 。由于。由于Pt2 快，快， Wa ； ； 刚开始，随着刚开始，随着Ma0 ， Fs 起主要作用， 起主要作用，F ； ； 之后，随着之后，随着Ma0 , Wa起主要作用，起主要作用， F ； ； 最后，最后， Fs ， ， F 并在 并在Fs=0的的Ma0处，处，F=0 。asFWF=()t2 a22
12、 t2PWKAqT=43.耗油率耗油率 sfc变化原因；变化原因； 当当Ma0 时，时， Tt0 ， ， Tt3 ，调节规律 ，调节规律Tt4, q （Tt4-Tt3） , 当当Ma0 时，时， Fs 比 比q 快，因此 快，因此sfc ； ； 随着随着Ma0 ，当，当Fs =0时，时，sfc ；3600=sfsfcF()43pttuuCTTqfHH=3600=usqsfcH F二、高度特性二、高度特性（调节规律（调节规律Tt4=Tt4max=const.，气流在尾喷管中完全膨胀），气流在尾喷管中完全膨胀）?高度特性分析高度特性分析随着随着H ，当，当H11km时，时，T0 , P0 ; 当当
13、H11km时，时， T0 , P0 ;当当H11km时，随着时，随着H ， T0, Tt0, Tt2, Tt3, 调节规律调节规律Tt4, Tt4-Tt3, q , 发动机做功能力，发动机做功能力，C9, Fs;当当H11km时，随着时，随着H ， T0, Fs ;P0, Pt0 ,发动机流路各截面的压力都成比例变化，发动机流路各截面的压力都成比例变化， Fs ;因此，随着因此，随着H ，当，当H11km时，时， Fs；当；当H11km时，时， Fs ；1. 单位推力单位推力Fs变化原因：变化原因：2.推力推力F变化原因；变化原因； 随着随着H ，当，当H11km时，时，T0 , P0 ; 当
14、当H11km 时，时， T0 , P0 ； 当当H11km时，时， T0 ， ，Tt0 , Tt2 ， ，Wa ; P0 ， ，Pt0 , Pt2 , Wa 。 。 Pt2 比比Tt2 对流量的影 响更大，因此对流量的影 响更大，因此 Wa ； ； 当当H11km时，时， T0 , Wa ； ；P0 ， Wa ，因 此 ，因 此Wa ； ； 推力推力F=Wa与与Fs的乘积的乘积; 由于由于Wa 比比Fs 的变化快， 因此的变化快， 因此F ；当 ；当H11km时，时， Wa ， ， Fs ， ，F 。 。asFWF=()t2 a22 t2PWKAqT=3.耗油率耗油率 sfc变化原因；变化原因； 随着随着H ，当，当H11km时，时，T0 , P0 ; 当当H11km时，时， T0 , P0 ； 当当H11km时，随着时，随着H ， T0 ， ， Tt0 ， ， Tt3 ，调节规 律 ，调节规 律Tt4, q （ Tt4- Tt3） ） , t , sfc ; 当当H11km时，随着时，随着H ， T0 , q , Fs , 因此因此sfc ； ； P0的变化对的变化对 sfc没有影响。没有影响。3600=sfsfcF()43pttuuCTTqfHH=3600=usqsfcH F?发动机的主要工作状态发动机的主要工作状态(1) 全加力状态（最大加力状态）全
