发动机原理第四章

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1、第四章第四章发动机部件发动机部件 的共同工作和控制规律的共同工作和控制规律 安装于飞机使用时导致发动机工作偏离设计状态安装于飞机使用时导致发动机工作偏离设计状态 原因原因: : 飞行条件（高度、速度）飞行条件（高度、速度） 油门位置（油门杆角度）油门位置（油门杆角度） 控制规律控制规律 大气条件（气候变化、机场海拔高度等）大气条件（气候变化、机场海拔高度等） 称发动机偏离设计状态下的工作为非设计点称发动机偏离设计状态下的工作为非设计点 非设计点的发动机工作和性能决定于各部件的共非设计点的发动机工作和性能决定于各部件的共 同工作同工作 共同工作共同工作各部件相互影响相互制约关系各部件相互影响相互

2、制约关系 研究共同工作的目的研究共同工作的目的 发动机主要工作参数发动机主要工作参数（风扇风扇/压气机增压比和稳定裕度压气机增压比和稳定裕度、 涡轮前温度涡轮前温度、空气流量空气流量、燃油流量燃油流量、各部件效率等各部件效率等）随随 飞行条件飞行条件、大气条件以及油门操纵杆位置的变化关系大气条件以及油门操纵杆位置的变化关系第一节第一节 单轴涡喷发动机部件的共同工作单轴涡喷发动机部件的共同工作一、一、共同工作及共同工作线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”互作用和影响称为“共同工作” 各部件必须满足的各部件必须满

3、足的共同工作条件共同工作条件： 压气机与涡轮物理转速相等压气机与涡轮物理转速相等 压力平衡压力平衡 质量流量平衡质量流量平衡 压气机与涡轮功率平衡压气机与涡轮功率平衡压气机与涡轮流量平衡压气机与涡轮流量平衡压气机进口空气流量与涡轮导压气机进口空气流量与涡轮导 向器喉道燃气流量的关系向器喉道燃气流量的关系涡轮导向器处于临界涡轮导向器处于临界 或超临界时或超临界时: q( nb)=1 获得：获得： 增压比增压比、温温度度比比和和发动发动 机机流通能力流通能力q( 2)的关系的关系22 22223 22434 2 22()()()()()acolfggattnbnb gnbttnbttbnbnb g

4、nbtttt C ttWWWWWWp qp qKAK A TTp qpqKAK A TTpTconstqpT 压气机进口空气流量与涡轮导压气机进口空气流量与涡轮导 向器喉道燃气流量的关系向器喉道燃气流量的关系涡轮导向器处于临界涡轮导向器处于临界 或超临界时或超临界时: q( nb)=1 获得：获得： 增压比增压比、温温度度比比和和发动发动 机机流通能力流通能力q( 2)的关系的关系34 2 22()tt C ttpTconstqpT 当温度比取某一等值当温度比取某一等值 时，发动机流通能力时，发动机流通能力 与增压比成正比与增压比成正比 温度比越高，等值线温度比越高，等值线 越陡越陡 当进气温

5、度一定时，当进气温度一定时， 提高涡轮前温度将导提高涡轮前温度将导 致压气机工作点移向致压气机工作点移向 喘振边界喘振边界压气机与涡轮功率平衡压气机与涡轮功率平衡 单位压气机功单位压气机功 单位涡轮功单位涡轮功 功平衡功平衡124141()1)/11()11()ggggk k ctCcTgtTkk TTmCgtTmkk TlCpTlCp TllCp T 压气机所需功率与涡轮前温度、涡轮膨胀比压气机所需功率与涡轮前温度、涡轮膨胀比 的关系的关系 当飞行条件变化引起压气机功变化时，为维持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功平衡，必须改变涡轮前温度或涡轮

6、膨胀比 调节燃烧室供油量调节燃烧室供油量加热量加热量涡轮前温度涡轮前温度 调节涡轮导向器或喷管喉道面积调节涡轮导向器或喷管喉道面积涡轮膨胀比涡轮膨胀比 否则功率不平衡将导致转子转速难以维持方式否则功率不平衡将导致转子转速难以维持方式mTkkTtgCmTggTCpll)(11 14124142111()1)/1()11.(2)1(1)()()ggggTmCk k tCCgtTmkk TtCtCTk k CCkk TTllCpTCp TTeconstT eee 34 2 22().(1)tt C ttpTconstqpT 功平衡功平衡 流量平衡流量平衡发动机共同工作方程发动机共同工作方程21()C

7、CCeqConst 当当膨胀比膨胀比=常数常数 功平衡方程功平衡方程流量平衡方程流量平衡方程两式联立消去温度两式联立消去温度 比获得：比获得： 共同工作方程共同工作方程 421tCtCTeconstT34 2 22()tt C ttpTconstqpT1 ()kk CCe 涡轮与尾喷管共同工作涡轮与尾喷管共同工作 涡轮导向器涡轮导向器 喉道喉道(nb)截面流量截面流量 尾喷管尾喷管 喉道喉道(8)截面流量截面流量 流量连续条件流量连续条件引入多变指数引入多变指数k kT 涡轮和尾喷管临界涡轮和尾喷管临界 状态或超临界时：状态或超临界时： q( nb)=1；q( 8) =1 且且Anb、A8固定

8、不变固定不变 T=常数常数4488858885144552 148885()()()()()().(3)()TTTTgnbnbnbgtnbnbnb gT tnbgtgtN gNttgTgNk kttttk ktN T tnbnbnbnbK p A qK pA qWTTK p A qK pA qW TTWWTp TppA qA pA qA12()1()k k CCCqConst 共同工作方程共同工作方程 式中参数均为压式中参数均为压 气机特性参数气机特性参数 连接压气机特性连接压气机特性 图上所有满足共图上所有满足共 同工作方程的点同工作方程的点 共同工作线共同工作线发动机共同工作线发动机共同工

9、作线 一台几何不变的发动机，当尾一台几何不变的发动机，当尾 喷管喉道处于临界工作状态喷管喉道处于临界工作状态 无论飞行条件或发动机工作无论飞行条件或发动机工作 转速如何变化转速如何变化 发动机的共同工作点总在共发动机的共同工作点总在共 同工作线上移动同工作线上移动 共同工作线与每一条等相似转共同工作线与每一条等相似转速线（速线（const）有唯一）有唯一的交点的交点 共同工作线共同工作线等相似转速线等相似转速线2tTn发动机共同工作线发动机共同工作线 当飞行条件一定时：当飞行条件一定时： 转速增加，工作点沿转速增加，工作点沿 工作线右上移工作线右上移 转速降低，工作点沿转速降低，工作点沿 工作

10、线左下移工作线左下移 当转速一定时：当转速一定时： 飞行飞行M数增加，工作数增加，工作 点沿工作线左下移点沿工作线左下移 飞行高度增加（低于飞行高度增加（低于 11公里），工作点沿公里），工作点沿 工作线右上移工作线右上移 飞行条件、转速变化归结为飞行条件、转速变化归结为 ncor 2tTn影响发动机共同工作线的因素影响发动机共同工作线的因素A8 对对A8进行调节使其进行调节使其 发生变化时发生变化时，引起涡引起涡 轮膨胀比变化轮膨胀比变化，共同共同 工作线移动工作线移动 调大调大A8，共同工作共同工作 线越远离喘振边界线越远离喘振边界 调小调小A8，共同工作共同工作 线越靠近喘振边界线越靠近

11、喘振边界 涡轮膨胀比随尾喷管喉涡轮膨胀比随尾喷管喉 道截面积成正比变化道截面积成正比变化 为维持功平衡，涡轮前为维持功平衡，涡轮前 温度必须变化温度必须变化 涡轮前温度变化引起共涡轮前温度变化引起共 同工作点移动同工作点移动 调小调小A8，工作点移向喘，工作点移向喘 振边界振边界 调大调大A8，工作点远离喘，工作点远离喘 振边界振边界2 14885()()TTk ktcr T tnbnbnbpAq pA qmTkkTtgCmTggpTCll)(11 14影响发动机共同工作线的因素影响发动机共同工作线的因素 尾喷管进入亚临界状态尾喷管进入亚临界状态 当尾喷管进入亚临界当尾喷管进入亚临界 状态时状

12、态时，q( 8)1）发动机与进气道共同工作发动机与进气道共同工作重要结论重要结论 压气机与涡轮流量平衡条件：压气机与涡轮流量平衡条件： 提高涡轮前温度不仅对热端部件产生影响提高涡轮前温度不仅对热端部件产生影响，还将影响压气机喘振裕度还将影响压气机喘振裕度 压气机与涡轮功率平衡条件：压气机与涡轮功率平衡条件： 当压气机功变化时当压气机功变化时，为维持功平衡为维持功平衡，必须改变涡轮前温度或涡轮膨胀比以必须改变涡轮前温度或涡轮膨胀比以 维持功平衡关系维持功平衡关系，否则转速将发生变化否则转速将发生变化 涡轮与尾喷管流量平衡条件：涡轮与尾喷管流量平衡条件： 在几何固定在几何固定、涡轮和喷管处于临界状

13、态时涡轮和喷管处于临界状态时，涡轮膨胀比基本不变涡轮膨胀比基本不变 发动机各部件共同工作的结果发动机各部件共同工作的结果共同工作方程共同工作方程，将共同工作方程将共同工作方程 可表示在压气机特性图上而获得共同工作线可表示在压气机特性图上而获得共同工作线 无论飞行条件或发动机工作转速如何变化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发动机的工作点总在 共同工作线上移动共同工作线上移动，移动方向取决于相似转速的变化移动方向取决于相似转速的变化 当调节尾喷管喉道截面当调节尾喷管喉道截面A8时时，引起涡轮膨胀比变化引起涡轮膨胀比变化，共同工作线共同工作线 移动移动，越调小越调小A8，共同

14、工作线越靠近喘振边界共同工作线越靠近喘振边界 压气机设计增压比影响共同工作线的走向压气机设计增压比影响共同工作线的走向，特别是高设计增压比特别是高设计增压比 的发动机在低相似转速工作时的发动机在低相似转速工作时，将使压气机喘振裕度减小将使压气机喘振裕度减小，因此因此 必须采取防喘措施必须采取防喘措施第二节第二节单轴涡喷发动机控制规律单轴涡喷发动机控制规律一、控制规律的意义和目的一、控制规律的意义和目的 由各部件共同工作关系，发动机工作点构成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，仍不能共同工作线，但即使已知飞行条件，仍不能 确定发动机在共同工作线上的哪一点工作确

15、定发动机在共同工作线上的哪一点工作 为控制共同工作点在工作线上的落点，必须为控制共同工作点在工作线上的落点，必须 对发动机进行控制对发动机进行控制 控制目的：控制目的： 最大限度发挥性能潜力和最有利使用发动机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满足飞机在不同飞行条件下的要求 确保发动机工作安全确保发动机工作安全 便于驾驶员操作，设计为自动调节装置便于驾驶员操作，设计为自动调节装置共同工作关系式共同工作关系式4 2 2(.).(1)t C tconstTTq由共同工作条件和由共同工作条件和 压气机特性，在给压气机特性，在给 定飞行条件，且涡定飞行条件，且涡 轮和尾喷管均处于轮和尾喷管均处于 临界和超临界状态临界和超临界状态 时：时： 当当A8 A8d获得获得 共同工作线共同工作线 还需要且只需还需要且只需 要补充一个条要补充一个条 件，共同工作件，共同工作 点被唯一确定点