《发动机原理（航空）课件：第三章第二节 发动机特性》由会员分享，可在线阅读，更多相关《发动机原理（航空）课件：第三章第二节 发动机特性（61页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章第三章涡轮喷气气发动机机第三章第三章涡轮喷气气发动机机第一第一节 各部件的共同工作各部件的共同工作第二第二节 发动机特性机特性第三第三节 双双轴涡轮喷气气发动机机第四第四节 加力加力涡轮喷气气发动机机2024年7月30日2内容回内容回顾2024年7月30日3压气机涡轮燃烧室尾喷口功平衡流量连续1流量连续2前提：前提：1.1.单轴涡轮喷气发动机单轴涡轮喷气发动机2.2.几何不可调几何不可调3.3.涡轮导向器和尾喷口临界涡轮导向器和尾喷口临界流量连续1：功平衡：流量连续2：内容回内容回顾单轴涡轮喷气气发动机共同工作方程机共同工作方程2024年7月30日4 上述方程在压气机通用特性图上述方程在
2、压气机通用特性图上确定了唯一的曲线，该曲线叫上确定了唯一的曲线，该曲线叫做发动机共同工作线。做发动机共同工作线。内容回内容回顾共同工作共同工作线2024年7月30日5一台一台几何不几何不变的的发动机，当机，当涡轮导向器和尾向器和尾喷管管处于于临界工作状界工作状态时，无，无论飞行条行条件或件或发动机工作机工作转速如何速如何变化化发动机的共同工作点机的共同工作点总在在同一条工作同一条工作线上移上移动共同工作共同工作线与每一条等相似与每一条等相似转速速线有唯一交点有唯一交点内容回内容回顾共同工作共同工作线2024年7月30日6当当飞行条件一定行条件一定时：转速增加，工作点沿工作速增加，工作点沿工作线
3、右上移右上移转速降低，工作点沿工作速降低，工作点沿工作线左下移左下移当当转速一定速一定时：飞行行Ma增加，工作点沿工作增加，工作点沿工作线左左下移下移飞行高度增加（低于行高度增加（低于11公里），工公里），工作点沿工作作点沿工作线右上移右上移飞行条件、行条件、转速速变化化归结为内容回内容回顾共同工作共同工作线尾尾喷口面口面积的影响：的影响：当当A8变化化时，引起，引起涡轮膨膨胀比比变化，共同工作化，共同工作线移移动， A8 越小，越靠近喘振越小，越靠近喘振边界。界。2024年7月30日7内容回内容回顾共同工作共同工作线引气量的影响：引气量的影响：当当飞机引气量增加机引气量增加时，引起，引起涡轮
4、前温度增加和前温度增加和涡轮及及喷管的流量下降，共同工作管的流量下降，共同工作线移移动，飞机引气量越大，越机引气量越大，越远离喘振离喘振边界。界。2024年7月30日8内容回内容回顾最大状最大状态调节规律律目的：目的： 在任何在任何飞行条件下，行条件下，发动机尽可能机尽可能发出最大推力。出最大推力。三种可能的三种可能的调节规律律n = nd， A8=CT3* = T3*d， A8=Cn = nd， T3* = T3*d2024年7月30日9第二第二节 发动机特性机特性一、一、发动机特性基本概念机特性基本概念二、油二、油门特性特性三、速度特性三、速度特性四、高度特性四、高度特性五、五、过渡状渡状
5、态特性特性六、六、发动机基本工作状机基本工作状态2024年7月30日10一、一、发动机特性基本概念机特性基本概念发动机特性定机特性定义：发动机性能参数机性能参数(F，sfc等等)随随飞行条件行条件(Ma，H)以及以及发动机油机油门位置的位置的变化关系。化关系。重要意重要意义飞机的机的飞行性能与行性能与发动机特性密切相关。机特性密切相关。2024年7月30日11一、一、发动机特性基本概念机特性基本概念需用推力与可用推力需用推力与可用推力交点决定最大交点决定最大飞行行马赫数赫数差差值决定决定飞机的机机的机动性能。性能。2024年7月30日12一、一、发动机特性基本概念机特性基本概念特性包括特性包括
6、油油门特性：特性：给定定调节规律和律和飞行条件，性能随行条件，性能随油油门位置的位置的变化；化；速度特性：速度特性：给定定调节规律和律和飞行高度，性能随行高度，性能随飞行行马赫数的赫数的变化；化；高度特性：高度特性：给定定调节规律和律和飞行速度，性能随行速度，性能随飞行高度的行高度的变化；化；过渡状渡状态特性：启特性：启动、加速、减速等、加速、减速等过程性能程性能变化。化。2024年7月30日13二、油二、油门特性特性定定义：一定一定飞行条件和行条件和调节规律下，律下，发动机推力、耗机推力、耗油率随油率随发动机油机油门位置的位置的变化关系。化关系。油油门位置位置变化化导致燃油流量致燃油流量变化
7、化 节流特流特性性燃油流量燃油流量变化引起化引起转速速变化化 转速特性速特性2024年7月30日14二、油二、油门特性特性1、飞行状行状态不不变，减小物理，减小物理转速速n2024年7月30日15二、油二、油门特性特性1、飞行状行状态不不变，减小物理，减小物理转速速n转速降低，供油量减少速降低，供油量减少相似相似转速下降，沿共同工作速下降，沿共同工作线下移下移流量、增流量、增压比均下降比均下降尾尾喷口工作状口工作状态：临界界-亚临界界涡轮膨膨胀比：基本不比：基本不变-逐逐渐变小小2024年7月30日16二、油二、油门特性特性1、飞行状行状态不不变，减小物理，减小物理转速速n思考：思考：涡轮前温
8、度如何前温度如何变化？化？先降后升先降后升2024年7月30日17二、油二、油门特性特性1、飞行状行状态不不变，减小物理，减小物理转速速n2024年7月30日18转速nhcor 推力进口qma增压比涡轮T3191765.721001215000.9579841.3693.09723 10.77675 1401.7970.968622.8885.90122 9.618735 1316.1580.8558514.2579.10951 8.571644 1236.1110.848604.2172.33357.543281148.6240.7538760.7865.43558 6.519086 105
9、1.6130.730892.8859.66604 5.695047 967.64080.6523703.1553.85988 4.910278 884.61850.618421.6748.13805 4.257393 833.46020.5514560.2142.64368 3.721696 811.68480.511195.1937.01995 3.201927 796.96950.459005.04532.64436 2.823267 796.51030.47013.14828.24701 2.445982 797.99520.355423.18223.81608 2.111276833.
10、49850.33969.96119.51747 1.791935 871.38370.252617.84415.13659 1.487142 914.91080.21250.5839.553472 1.214321043.542二、油二、油门特性特性1、飞行状行状态不不变，减小物理，减小物理转速速n推力推力变化化随随转速下降速下降:增增压比下降；比下降；空气流量减少；空气流量减少；推力推力单调递减。减。2024年7月30日19二、油二、油门特性特性1、飞行状行状态不不变，减小物理，减小物理转速速n涡轮前温度前温度变化化转速下降首先引起速下降首先引起:压气机增气机增压比减小；比减小；压气机功减小
11、；气机功减小；涡轮前温度下降；前温度下降；转速降低到一定程度后速降低到一定程度后:尾尾喷口口亚临界状界状态；涡轮膨膨胀比降低；比降低；涡轮前温度回升。前温度回升。2024年7月30日20发动机慢车状态，涡轮前温度并非最低二、油二、油门特性特性1、飞行状行状态不不变，减小物理，减小物理转速速n耗油率耗油率变化化转速下降首先引起速下降首先引起:压气机效率提高耗油率有所下降；转速降低到一定程度后速降低到一定程度后:压气机、涡轮效率都下降耗油率随之上升。 耗油率随耗油率随转速降低呈先速降低呈先减小后上升减小后上升的的变化化2024年7月30日21二、油二、油门特性特性2024年7月30日222、调整尾
12、整尾喷管管临界截面界截面积A8 调大大A8，导致共同工作致共同工作线下移下移 SM 增增压比比 涡轮前温度前温度 排气速度排气速度 推力推力 二、油二、油门特性特性3、压气机之气机之间级放气放气保持保持n=const，增加增加飞机引气量机引气量2024年7月30日23二、油二、油门特性特性3、压气机之气机之间级放气放气被被调参数参数n=const飞机引气增加，流机引气增加，流经涡轮的工的工质相相对减少减少尾尾喷口始口始终临界，界，涡轮膨膨胀比不比不变依据功平衡，依据功平衡，涡轮前温度前温度T3*增加增加飞机引气相当于在机引气相当于在压气机后放气，使工作气机后放气，使工作点向点向远离喘振离喘振边
13、界的方向移界的方向移动2024年7月30日24二、油二、油门特性特性2024年7月30日253、压气机之气机之间级放气放气放气使放气使 SM 被放掉的气体被放掉的气体:消耗了消耗了压缩功功;不参与不参与涡轮作功作功,单位位涡轮功功 , 涡轮前温度前温度 增增压比比 排气燃气流量排气燃气流量 推力推力 耗油率耗油率 二、油二、油门特性特性2024年7月30日264、大气条件影响、大气条件影响气温增加气温增加导致气流密度下降，致气流密度下降，空气流量减少空气流量减少增增压比减小比减小l推力下降推力下降l耗油率上升耗油率上升气气压降低降低导致气流密度下降，致气流密度下降，空气流量减少空气流量减少l推
14、力下降推力下降l耗油率不耗油率不变炎热的夏季和炎热的夏季和高原起飞问题高原起飞问题三、速度特性三、速度特性定定义发动机机调节规律一定，律一定，飞行高度一定，行高度一定，发动机机推力、耗油率等随推力、耗油率等随飞行行Ma的的变化关系。化关系。2024年7月30日27三、速度特性三、速度特性保持保持n=const，T3*=const，增加，增加Ma2024年7月30日28三、速度特性三、速度特性2024年7月30日29飞行Ma 高度H进口P1进口T1推力单位推力 耗油率转速nh转速nhcor进口qma燃油qmf涡轮qmg涡轮T3 涡轮Pith 喷口A800101325288.1591765.72
15、917.6572 0.100281 1300011002.556219 102.5562 15002.715189 0.2142370.20104190.9 290.45687058.47 853.0839 0.107541 130000.996023 102.0515 2.600665 104.6521 15002.721959 0.2147110.40113134.3 297.3785589.38 793.8312 0.114498 130000.984375 107.8181 2.722178 110.5403 15002.742780.2161670.60129233.5 308.87
16、86 87075.24 739.0845 0.121093 130000.965863 117.8152.928947 120.7439 15002.775877 0.2184780.80154421.6 324.9534 91127.05 687.2308 0.127459 130000.94167132.6004 3.22639135.8267 15002.818427 0.22144110191699345.5396 97103.03 634.7457 0.13394130000.913188 152.9794 3.612784 156.5922 15002.888013 0.22628
17、51.20245444.3 370.5394 104712.9 581.7107 0.140861 130000.881845 180.0085 4.097208 184.1057 15002.970064 0.2319751.40321846.3 399.787114125.6 527.5927 0.148503 130000.848975 216.3139 4.707782 221.0217 15003.067591 0.2387111.60429445432.9082 124537472.1230.157516 130000.815852 263.7808 5.449063 269.22
18、99 15003.171757 0.245871.80580152.5 469.7274 134734.2 415.2455 0.168797 130000.783225 324.4687 6.317411 330.7861 15003.272152 0.25272820790251.2 509.956143434.3 357.3156 0.183625 130000.751697 401.4217 7.316143 408.7379 15003.358673 0.2585892.201081996553.3051 148853.8 295.9678 0.204456 130000.72165
19、1 502.9391 8.453912 511.39315003.486928 0.2672782.401485724599.5066 147678.9 232.9688 0.236447 130000.693286 633.8997 9.6995643.5992 15003.623694 0.2764892.602042687648.3302 135732.8 169.5222 0.292231 130000.66667800.6788 11.01816 811.6969 15003.742806 0.2844372.802808789699.5937 107270.5 105.9450.4
20、14443 130000.641781012.511 12.34931 1024.861 15003.836572 0.290617303859506753.1671 53356.35 41.56475 0.915338 130000.618534 1283.692 13.56642 1297.259 15003.925296 0.296415保持保持n=constn=const，T T3 3*=const*=const，增大飞行，增大飞行MaMa三、速度特性三、速度特性流量流量变化化随随Ma的增加，速度的增加，速度冲冲压作用使作用使发动机机总增增压比呈迅速上比呈迅速上升升趋势qma 随随飞行
21、行Ma增加增加而加大而加大2024年7月30日30三、速度特性三、速度特性单位推力的位推力的变化化随随Ma的增加，的增加，进气气总温增加，温增加，压气机气机出口出口总温增加，使温增加，使循循环加加热量不断减量不断减小，循小，循环功减小功减小 。Fs随随Ma的增加的增加单调减小减小2024年7月30日31三、速度特性三、速度特性推力推力变化化推力推力 = qma Fs ，两者，两者综合作用使得推力合作用使得推力变化化曲曲线呈呈马鞍形。鞍形。推力最大推力最大对应于：于： Ma 1. 5 2.22024年7月30日32三、速度特性三、速度特性耗油率耗油率变化化因因单位推力随位推力随飞行行Ma单调下降
22、，下降，导致致耗油率耗油率单调增加。增加。2024年7月30日33三、速度特性三、速度特性总效率效率变化化耗油率随耗油率随Ma单调增增加，并不意味加，并不意味经济性性变差，因在差，因在飞行行Ma变化化时只能用只能用总效率效率评价价经济性。性。总效率随效率随飞行行Ma先先增后降。增后降。Ma=2.53 0max2024年7月30日34四、高度特性四、高度特性定定义：发动机机调节规律一定，律一定，飞行行Ma一定，一定，发动机推机推力、耗油率等随力、耗油率等随飞行高度的行高度的变化关系。化关系。2024年7月30日35四、高度特性四、高度特性2024年7月30日36给定调节规律给定调节规律n=con
23、stn=const，T T3 3*=const*=const，增大飞行高度，增大飞行高度飞行Ma 高度H进口P1进口T1推力单位推力 耗油率转速nh转速nhcor进口qma引气qm燃油qmf涡轮qmg涡轮T3 涡轮Pith 喷口A8喷口Ma80.80154421.6 324.9534 91127.05 687.2308 0.127459 130001132.6004 03.22639135.8267 15002.818427 0.221441 10.81136972.3 317.6453 84203.61 696.8965 0.126928 130001.011438 120.8266 02.
24、968829 123.7954 15002.799655 0.220135 10.82121154.1 310.3346 77614.66 706.6044 0.126419 130001.023282 109.8417 02.725544 112.5673 15002.779913 0.2187610.83106847.9 303.0213 71359.05 716.3512 0.125932 130001.035557 99.61462 02.496211 102.1108 15002.759277 0.2173210.8493940.74 295.7056 65434.6726.1336
25、 0.125465 130001.048288 90.11372 02.2804992.39421 15002.737823 0.215821 10.8582325.65 288.3878 59735.67 735.7260.125053 130001.061505 81.19282 02.075038 83.26786 15002.715864 0.214284 10.8671901.34 281.0679 53942.56 744.2979 0.124813 130001.075239 72.47442 01.870199 74.34462 15002.694828 0.212811 10
26、.8762572.21 273.7462 48589.18 752.9834 0.124565 130001.089523 64.52888 01.681256 66.21014 15002.673520.211318 10.8854248.04 266.4229 43651.84 761.7886 0.124311 130001.104396 57.30177 01.507337 58.80911 15002.651868 0.209798 10.8946843.92 259.0979 39107.61 770.7203 0.124052 130001.119898 50.74164 01.
27、347652.08924 15002.629791 0.208246 10.81040280.01 251.7716 34758.6779.1751 0.12387130001.136075 44.60948 01.195984 45.80546 15002.608196 0.206727 10.81134481.38 244.44430663.89 787.0724 0.123742 130001.152977 38.95942 01.054001 40.01342 15002.589488 0.205411 10.81229448.44 244.5004 26182787.0127 0.1
28、23747 130001.152845 33.26757 00.899982 34.16756 15002.589629 0.205421 10.81325150.12 244.5004 22361.97 787.0679 0.123897 130001.152845 28.41175 00.769606 29.18135 15002.589551 0.205418 10.81421479.18 244.5004 19099.21 787.1194 0.124037 130001.152845 24.26469 00.658058 24.92275 15002.589478 0.205416
29、10.81518344.05 244.5004 16312.35 787.1634 0.124157 130001.152845 20.72296 00.5625821.28554 15002.589416 0.205413 1四、高度特性四、高度特性流量流量变化化高度增加高度增加压力下力下降降密度下降密度下降流流量减少量减少2024年7月30日37四、高度特性四、高度特性单位推力位推力变化化H11km 高度增加高度增加温度下降温度下降循循环加加热比增加比增加单位推位推力增加力增加H 11km 高度增加高度增加温度不温度不变循循环功不功不变单位推力位推力不不变2024年7月30日38四、高度特
30、性四、高度特性推力推力变化化高度增加高度增加流量下流量下降占主降占主导推力减推力减少少推力推力 决定了决定了飞机的机的升限升限2024年7月30日39四、高度特性四、高度特性耗油率耗油率变化化H 0 , Pt 0 2024年7月30日45五、五、过渡状渡状态特性特性1、加速、加速过程程影响加速性的因素影响加速性的因素转动惯量量J慢慢车转速速nidle剩余功率剩余功率 Pt2024年7月30日46增加增加涡轮功功提高提高涡轮前温度前温度耐耐热限制限制喘振限制喘振限制富油熄火限制富油熄火限制提高膨提高膨胀比比调节A8五、五、过渡状渡状态特性特性1、加速、加速过程程2024年7月30日47加速过程发
31、动机工作线加速过程发动机工作线转速、推力转速、推力 加速时间加速时间五、五、过渡状渡状态特性特性2、减速、减速过程程dn/dt 0 , Pt 0减少燃减少燃烧室供油，室供油，降低降低涡轮前温度，前温度，减少减少涡轮输出功率出功率受燃受燃烧室室贫油熄火油熄火限制限制涡扇扇发动机要受机要受风扇喘振限制扇喘振限制2024年7月30日48五、五、过渡状渡状态特性特性3、起、起动过程程地面起地面起动0转速到慢速到慢车状状态最小平衡最小平衡转速速n 必必须靠外靠外动力源力源 分三个分三个阶段段I 起起动机机带转II 起起动机和机和涡轮共同共同带转III 涡轮单独独带转2024年7月30日49n1 点火转速
32、点火转速n 最小平衡转速最小平衡转速 n2 起动机脱开转速起动机脱开转速五、五、过渡状渡状态特性特性3、起、起动过程程空中起空中起动 发动机机处于自于自转状状态 n n , 在允在允许范范围内点火起内点火起动.2024年7月30日50n1 点火转速点火转速n 最小平衡转速最小平衡转速 n2 起动机脱开转速起动机脱开转速五、五、过渡状渡状态特性特性3、起、起动过程程2024年7月30日51六、六、发动机基本工作状机基本工作状态发动机基本工作状机基本工作状态最大状最大状态额定定最大最大连续状状态巡航状巡航状态慢慢车状状态风车状状态2024年7月30日52六、六、发动机基本工作状机基本工作状态最大状
33、最大状态推力推力F=100% Fmax 转速速 n=nmax 涡轮前温度前温度 T3*=T3*max 连续工作工作时间t 5-10min 快速起快速起飞爬升、机爬升、机动飞行行军用用发动机可开通加力机可开通加力最大加力最小加力2024年7月30日53六、六、发动机基本工作状机基本工作状态额定定/最大最大连续状状态推力推力F 85%Fmax 转速速 n nmax 涡轮前温度前温度 T3* T3*max 连续工作工作时间 t 30-60min在寿命期内没有次数限制在寿命期内没有次数限制 起起飞爬升、高速爬升、高速飞行行2024年7月30日54六、六、发动机基本工作状机基本工作状态巡航状巡航状态推力
34、推力F=50-70%Fmax 转速速 n 80%nmax涡轮前温度前温度 T3*较低低耗油率耗油率sfc 较低低连续工作工作时间不受限制不受限制长时间的的亚音音飞行行2024年7月30日55六、六、发动机基本工作状机基本工作状态慢慢车状状态推力推力F 3-5%Fmax 转速速 n30%nmax 涡轮前温度前温度 T3*较高高耗油率耗油率sfc非常高非常高热端部件的冷却端部件的冷却较差差 连续工作工作时间 t 5min 主要用于下滑主要用于下滑着着陆 , 起起飞待命等待命等2024年7月30日56六、六、发动机基本工作状机基本工作状态风车状状态（特殊状（特殊状态）推力推力负值转速速一般不超一般不
35、超过15%nmax涡轮前温度前温度与与进口口总温相当温相当耗油率耗油率无无连续工作工作时间 部分部分发动机有限制机有限制在在飞机机飞行中行中发动机机处于停于停车状状态时，由，由进入入发动机气流的冲机气流的冲击而而驱动风扇和扇和压气机空气机空转的的工作状工作状态。2024年7月30日57六、六、发动机基本工作状机基本工作状态在在给定的定的飞行状行状态下，几何不可下，几何不可调发动机机哪个工作状哪个工作状态耗油率最低？耗油率最低？哪个工作状哪个工作状态耗油率最高？耗油率最高？哪个工作状哪个工作状态耗油量最低？耗油量最低？哪个工作状哪个工作状态耗油量最高？耗油量最高？哪个工作状哪个工作状态涡轮前温度
36、最高？前温度最高？哪个工作状哪个工作状态涡轮前温度最低？前温度最低？那个工作状那个工作状态无无连续使用使用时间限制？限制？2024年7月30日58（巡航状态）（慢车状态）（慢车状态）（最大状态）（最大状态）（巡航状态）（巡航状态）作作业航空航空发动机原理机原理西工大，廉筱西工大，廉筱纯P238第第3、4、5题（题目抄目抄录如下）如下）1、试推推导出出单轴燃气燃气涡轮发动机机涡轮与与压气气机的流量平衡方程。把机的流量平衡方程。把该方程的方程的图形表示形表示在在压气机特性气机特性图上，并上，并说明其物理意明其物理意义。2024年7月30日59作作业2、燃气、燃气涡轮发动机在机在涡轮导向器和尾向器和
37、尾喷管管处在在临界或超界或超临界状界状态下下时，为什么可以什么可以认为涡轮的落的落压比（即膨比（即膨胀比）不比）不变？调节尾尾喷管或管或涡轮导向器向器临界截面面界截面面积对涡轮的落的落压比（即膨比（即膨胀比）有何影响？如果尾比）有何影响？如果尾喷管管处在在亚临界状界状态时情况又如何？情况又如何？3、试推推导出出单轴燃气燃气涡轮发动机在机在涡轮导向向器和尾器和尾喷管管处在在临界或超界或超临界状界状态下下时的的涡轮与与压气机的共同工作方程，并气机的共同工作方程，并说明如明如何利用何利用该方程求作共同工作方程求作共同工作线。2024年7月30日60喘振裕度喘振裕度2024年7月30日61喘振裕度：喘振裕度： SM （ 12%）
