《发动机原理课件完整版第一章2、3、4、5节》由会员分享，可在线阅读，更多相关《发动机原理课件完整版第一章2、3、4、5节（57页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章 航空燃气涡轮发动机工作原理,第一章 航空燃气涡轮发动机工作原理,第一节 涡轮喷气发动机热力循环 第二节 推力公式 第三节 性能指标和基本要求 第四节 能量转换与效率 第五节 发展方向,2019年7月13日,2,第二节 推力公式,一、有效推力及推力分布 发动机提供的推进飞机向前运动的力，其大小等于流经发动机内、外的气流对发动机各部件表面反作用力的轴向合力，用“Feff”表示。 提供推动力的作用： (1) 克服飞行阻力 (2) 飞机达到一定速度机翼产生升力 (3) 矢量推力俯仰（偏航）力矩 推力分布,2019年7月13日,3,二、推力公式推导,取发动机单独安装于短舱的安装形式 远前方为“0
2、”截面 短舱进口为“01”截面 尾喷管出口为 “9”截面,2019年7月13日,4,二、推力公式推导,气流流经发动机内、外所产生的反作用力： Fout：气流作用于短舱外表面的轴向合力 Fin： 发动机内各部件所受气流反作用力的轴向合力,2019年7月13日,5,二、推力公式推导,Fout dA 短舱外表面微元面积在垂直于轴向 方向上的投影； X f 摩擦阻力 因与飞行方向相反，故均为负。,2019年7月13日,6,二、推力公式推导,Fin 动量定理： 控制体进、出口气流动量变化全部轴向力的合力 控制体包括：短舱包含的气流和进气道前方一段扩张管流。,2019年7月13日,7,二、推力公式推导,F
3、eff,2019年7月13日,8,二、推力公式推导,Feff,2019年7月13日,9,推力,阻力,附加阻力,压差阻力,摩擦阻力,二、推力公式推导,推力 附加阻力 压差阻力 摩擦阻力,2019年7月13日,10,二、推力公式推导,Feff与F 对于亚音速飞机，由于发动机对气流扰动较小,可以近似认为: Feff F 对于超音速飞机在超音速飞行时激波的出现，Feff F 三项损失不容忽视!,2019年7月13日,11,二、推力公式推导,Feff与F 安装位置 飞机机体设计必须与发动机工作相匹配，以减小安装损失。,2019年7月13日,12,安装推力,非安装推力,安装损失,二、推力公式推导,推力,2
4、019年7月13日,13,发动机推力空气流量进排气速度差,第一章 航空燃气涡轮发动机工作原理,第一节 涡轮喷气发动机热力循环 第二节 推力公式 第三节 性能指标和基本要求 第四节 能量转换与效率 第五节 发展方向,2019年7月13日,14,第三节 性能指标和基本要求,一、性能指标 1、推力 单位：N、daN、kgf,2019年7月13日,15,一、性能指标,1、推力（动量变化） 空气： 燃油： 大涵道比（民用）涡扇 燃油/空气 几/ 小涵道比（军用）涡扇 燃油/空气 几/%,2019年7月13日,16,排出燃气流量,排出进口空气流量,一、性能指标,1、推力（压力变化）,2019年7月13日,
5、17,一、性能指标,1、推力 推力： 尾喷管完全膨胀：p9=p0 忽略进出口流量差异 qmg=qma,2019年7月13日,18,一、性能指标,1、推力 如果v0=0，则为地面台架试验 F119 qma=125kg/s v9=1200m/s F=150000N,2019年7月13日,19,一、性能指标,示例： 进行发动机地面台架试车，其中发动机进口流量100kg/s，进口速度120m/s，排气速度800m/s，尾喷管完全膨胀，则发动机产生的推力是多少？ A 68000N B 80000N,2019年7月13日,20,一、性能指标,1、推力 发动机推力大小仅仅反映飞机的推力需求，不能反映不同推力
6、级发动机之间的性能优劣 例如: GE90(BY777) F=392000N, qma=1420kg/s D=3.524m wp-11(无人机) F=8500N, qma=13kg/s D=0.3m,2019年7月13日,21,一、性能指标,2、单位推力 单位：N s/kg 每秒钟流过发动机的每公斤空气产生的推力. 忽略进出口流量变化，完全膨胀： 又进行地面台架试验：,2019年7月13日,22,一、性能指标,2、单位推力 大涵道比民用涡扇：300 高性能小涵道比军用涡扇：700-1200 单位推力越大，迎头面积越小。,2019年7月13日,23,一、性能指标,3、推重比 FW = F / W
7、无量纲量 综合性指标： 反映气动热力循环的设计水平（如高单位推力），反映结构设计水平。 统计：W增加1kg导致飞机重量增加2.5kg。,2019年7月13日,24,一、性能指标,3、推重比 J47 3 F100 8 F119 10 飞机推重比将直接影响飞机性能（最大平飞速度、升限、有效载荷和机动性、作战半径等） 先进战斗机推重比1.11.15,2019年7月13日,25,一、性能指标,4、单位迎面推力 F A= F / A 单位：N/m2 发动机短舱安装，其迎面面积的大小，决定了发动机外部阻力大小。 涡喷发动机 F A 约为80-100kN/m2,2019年7月13日,26,一、性能指标,5、
8、耗油率 单位：kg/h N或kg/h daN 产生1牛顿推力每1小时消耗的燃油量 经济性指标,2019年7月13日,27,油气比,一、性能指标,示例： F119发动机 qmf = 7.2kg/s（每小时耗油25920kg） 推力150000N 耗油率：0.173 kg/h N,2019年7月13日,28,一、性能指标,小结 1、推力 F 2、单位推力Fs 3、推重比 Fw 4、单位迎面推力 FA 5、耗油率 sfc,2019年7月13日,29,二、使用性能要求,1. 起动迅速可靠(地面、空中） t = (30-60 s) 2. 加、减速性能好 指发动机转子转速迅速增加或减小，使发动机推力迅速加
9、大或减小的能力。 t = (5 - 15 s),2019年7月13日,30,二、使用性能要求,3.工作稳定、可靠性好 使用中避免发生：熄火、超温、超转、喘振等 结构完整性 安全可靠 事故率：发动机故障引起飞行事故次数/10万小时 空中停车率：空中停车次数/工作千小时（IFSD） 返修率（Shop Visit Ratio / 1000hr） 平均无故障时间(Meaning Time Between Faults) ,2019年7月13日,31,二、使用性能要求,4.寿命长 两次返修之间发动机工作小时数 军用: 100-400小时 民用:上千-上万小时 5.其他 可维修性、低成本、低排放污染、低噪
10、音等,2019年7月13日,32,三、基本要求,高推重比（高单位推力） 低耗油率 高稳定可靠性 低成本 低污染,2019年7月13日,33,第一章 航空燃气涡轮发动机工作原理,第一节 涡轮喷气发动机热力循环 第二节 推力公式 第三节 性能指标和基本要求 第四节 能量转换与效率 第五节 发展方向,2019年7月13日,34,第四节 能量转换与效率,一、能量转换 航空发动机是（热机+推进器）的组合体 热机 热能 机械能 热效率 推进器 机械能 推进功 推进效率 组合体 热能 机械能 推进功 总效率,2019年7月13日,35,二、热效率,2019年7月13日,36,三、推进效率,单位时间发动机对飞
11、机所做推进功 发动机每公斤工质单位时间对飞机 所作推进功 推进效率定义：,2019年7月13日,37,三、推进效率,两种极端情况 当V0=0时， p= 0 当V9 = V0时， p =1 （但Fs= V9 V0 0） V9 V0 0 p 1 （0.50.75） 有效功 推进功的转换必有“损失”,2019年7月13日,38,三、推进效率,损失 = 有效功推进功 = 绝对坐标系中气流以绝对速度(V9 V0)排出发动机所带走的能量，称为“余速损失” 若V0 =0，则全部可用能以动能 的形式损失在空间，不产生推进功。,2019年7月13日,39,三、推进效率,思考题 发动机做地面台架试验，F=1000
12、0N，V9=500m/s，推进功和效率分别是多少？ V0=0，推进功=0，推进效率=0,2019年7月13日,40,四、总效率,发动机作为“热机+推进器”的效率。 经济性指标，0.20.3 提高总效率途径 1、提高热效率，改善循环参数（提高 、 ，高效率部件） 2、提高推进效率（减少V9 V0 ）,2019年7月13日,41,四、总效率,总效率与耗油率的关系 飞行速度一定时，总效率与耗油率成反比 飞行速度变化时，只能用总效率表示经济性 飞行速度为零时，只能用耗油率表示经济性,2019年7月13日,42,四、总效率,2019年7月13日,43,对于涡喷发动机存在矛盾 涡喷发动机将热力循环获得的机
13、械能全部转换为气体的动能增量，进、排气速度差大，可提高热效率和增加推力 但排气速度差大，推进效率低，总效率低经济性差，耗油率高 能否在不降低发动机热效率的条件下，提高推进效率，改善低速飞行条件下的总效率降低耗油率？ 其他类型发动机,四、总效率,作业： V0=300m/s , V9=600m/s , qma=100kg/s, qmf=1kg/s，Hu=42900kJ/kg，求th 、p 、 0 。,2019年7月13日,44,第一章 航空燃气涡轮发动机工作原理,第一节 涡轮喷气发动机热力循环 第二节 推力公式 第三节 性能指标和基本要求 第四节 能量转换与效率 第五节 发展方向,2019年7月1
14、3日,45,第五节 发展方向,要求：高单位推力、低耗油率 单位推力、耗油率与热力循环关系,2019年7月13日,46,第五节 发展方向,提高加热比（即T3*），可有效提高循环功，因此提高单位推力，但同时使耗油率增加； 提高压气机增压比k，可提高热效率，降低耗油率，但导致单位推力下降； 为获得高单位推力和低耗油率，随T3*的提高，相应提高压气机增压比,2019年7月13日,47,第五节 发展方向,2019年7月13日,48,典型亚音速飞机发动机,第五节 发展方向,2019年7月13日,49,典型军用发动机,第一章 小结,推力的产生及推力公式 性能指标 热力循环及循环分析结果 循环功、热效率与循环
15、增压比、加热比的关系 三个效率（ th、 p、 0 ）的定义、能量转换、损失 发动机的发展方向 为提高发动机推重比（单位推力），提高燃烧室出口温度T3* 为降低耗油率，提高压气机增压比k *,作业,1、发动机推力与有效推力存在有什么区别?有效推力公式中的三项阻力与哪些因素有关?内推力大小与哪些因素有关？ 2、对于歼击机用发动机，为什么将高推重比作为追求目标？提高发动机涡轮前温度为什么可以提高发动机推重比？ 3、评定发动机经济性的指标有哪些？改善这些指标对于作战飞机和民用运输飞机各有什么意义？发动机增压比与经济性指标有什么关系？,2019年7月13日,51,2019年7月13日,52,2019年7月13日,53,安装位置,2019年7月13日,54,安装位置,2019年7月13日,55,涡轮前温度对单位性能的影响,增压比对单位性能的影响,
