03-1轴流式压气机b特性

第三章 轴流压气机的工作原理压气机是燃气涡轮发动机的重要部件之一，它的作用是给燃烧室提供经过压缩的高压、高温气体。

根据压气机的结构和气流流动特点，可以把它分为两种主要型式：轴流式压气机和离心式压气机。

本章论述轴流式压气机的基本工作原理，重点介绍压气机基元级和压气机一级的流动特性及工作原理。

第一节 轴流压气机的增压比和效率轴流式压气机由两大部分组成，与压气机旋转轴相联接的轮盘和叶片构成压气机的转子，外部不转动的机匣和与机匣相联接的叶片构成压气机的静子。

转子上的叶片称为动叶，静子上的叶片称为静叶。

每一排动叶（包括动叶安装盘）和紧随其后的一排静叶（包括机匣）构成轴流式压气机的一级。

图3－1为一台10级轴流压气机，在第一级动叶前设有进口导流叶片（静叶）。

图3－1 多级轴流压气机压气机的增压比定义为 ***=1p p k k π （3－1） *k p ：压气机出口截面的总压；*1p ：压气机进口截面的总压；*号表示用滞止参数（总参数）来定义。

依据工程热力学有关热机热力循环的理论，对于燃气涡轮发动机来讲，在一定范围内，压气机出口的压力愈高，则燃气涡轮发动机的循环热效率也就愈高。

近六十年来，压气机的总增压比有了很大的提高，从早期的总增压比3.5左右，提高到目前的总增压比40以上。

图3－2 压气机的总增压比发展历程压气机的绝热效率定义为***=k adkkL L η （3－2） 效率公式定义的物理意义是将气体从*1p 压缩到*2p ，理想的、无摩擦的绝热等熵过程所需要的机械功*adk L 与实际的、有摩擦的、绝热熵增过程所需要的机械功k L *之比。

p 1*p k*1k adkL *k L *ad ksh *图3－3 压气机热力过程焓熵图 由热焓形式能量方程（2－5）式、绝热条件、等熵过程的气动关系式)1(11)(k k adk adk p p T T -****=和R k k c p 1-=可以得到 )1(1)(111--=-=-****k k k adk p adk RT k k T T c L π （3－3） )1(1)(111--=-=******T T RT k k T T c L k k p k （3－4） 将（3－3）和（3－4）式代入到（3－2）式，则得到1111--=**-**T T k k k k k πη （3－5）效率公式（3-5）式可以用来计算多级或单级压气机的绝热效率，也可以用来计算单排转子的绝热效率，只要*k p 和*k T 取相应出口截面处值即可。

1.压气机在燃气轮机中的作用是什么？连续不断地从周围环境吸取空气并将其压缩后供给燃气轮机的燃烧室。

2.燃气轮机所使用的压气机有哪两种类型？它们各有什么特点？轴流式：流量大、效率高但级的增压能力低，多应用于大功率燃机。

离心式：级的增压能力高但流量小、效率低，多应用于中小功率燃机。

3.轴流式压气机由那两个组成部分？由转子、静子组成。

转子：动（工作）叶片、叶轮(转鼓)、主轴。

静子：静(导)叶、气缸4.何谓扭速？何谓理论功？理论功是否可全部转换为气体的压力能？扭速：气流经过叶栅内的流动发生了转折，气流转折所引起的相对速度圆周分量的变化 成为扭速。

理论功：基元级的动叶栅加给单位质量气体的机械功成为理论功或加功量。

不能。

理论功的一部分用于气流的动能升高，也有一部分用于气流压力升高，还有一部分在气流流动过程中因摩擦等因素而转换成了热量。

5.压气机级的理论功为什么会受到限制？u 的增加要受到材料许用应力的限制，u 过大时，叶片根部截面处的离心拉应力会超过叶片材料的许用应力。

的增大要受到叶栅气动性能的限制 ， 过大时，在叶栅中气流的转折角过大，叶栅表面上的气流边界层容易分离并形成漩涡，导致流动损失大幅度增加。

所以压气机级的理论功会受到限制。

6.压气机的压比特性曲线有哪些主要特点？（1）每一转速下，压比有一最大值（2）转速不变，流量降至一定值时→不稳定→喘振（3）转速不变，流量增至一定值后→压比急剧下降→阻塞（4）转速越高，特性线越陡（5）效率的流量特性与压比类同7.8.试绘图说明压气机级在转速一定、体积流量增大和减小时，速度三角形的变化情况转速一定时，级的扭速与体积流量之间有什么关系？随着体积流量的增大，扭速必然减小，理论功也相应减小u w ∆w u w C u =∆u w ∆u w ∆w u w C u=∆9.何谓压气机的通用特性曲线？如何绘制通用特性曲线？压气机的通用特性曲线：用压气机的定性准则数为自变量绘制出的压气机的压比特性线和效率特性线，这些特性曲线是通用的，不只适用于一定几何尺寸和一定进气条件的压气机。

《飞机推进系统原理》课程教学大纲一、适用专业本大纲适用于本科班飞行器动力工程专业。

二、课程的性质、地位和任务《飞机推进系统原理》是本专业的一门专业基础课，它是从系统的观点出发，研究飞机推进系统各主要部件的工作原理与特性，各主要部件之间的匹配工作及系统性能变化规律的课程。

通过本课程的教学应完成的任务是：使学生正确建立飞机推进系统的有关概念，深刻理解飞机推进系统工作原理，掌握性能分析的理论知识和基本方法，具备分析、判断、预防使用过程中常遇性能故障以及初步进行发动机性能论证的能力，为后续专业课程和将来从事专业技术工作打好扎实的理论基础。

三、章节学时分配和作业量四、教学要求及内容提要第一章飞机推进系统概论（一）教学要求了解飞机推进系统发展概况，了解涡扇发动机在飞机推进系统中所处的地位与发展现状，了解高、新技术在飞机推进系统中的应用与现代设计思想，了解涡扇发动机的分类及基本工作情形，理解发动机推力的产生原理、计算方法和公式，了解发动机效率的概念及其计算，了解发动机各种性能的评定指标。

（二）内容提要飞机推进系统的发展概况，喷气发动机的分类，涡轮风扇发动机的分类和基本工作情形，发动机的推力和效率及性能评定指标。

（三）重点难点重点：涡扇发动机在飞机推进系统中所处的地位与发展现状，涡轮风扇发动机的分类和基本工作情形，发动机产生推力的原理、推力的计算。

难点：发动机的效率。

第二章进气系统的工作原理与特性（一）教学要求了解进气系统的功用与要求，理解外压式超音速进气道的工作原理与特性，理解超音速进气道的调节方法与原理，了解进气系统与飞机、发动机相互影响的概念。

（二）内容提要对进气系统的要求和进气道的基本性能参数，超音速进气道的工作原理与特性，超音速进气道的调节。

（三）重点难点重点：进气道的基本性能参数，外压式超音速进气道的工作原理与特性，超音速进气道的调节方法与原理。

难点：外压式超音速进气道的节流特性及不稳定工作。

第三章压气机的工作原理与特性（一）教学要求了解轴流式压气机的组成及其研究方法和有关基本几何参数，理解压气机（风扇）的基本工作原理，深刻理解压气机（风扇）的通用特性，理解压气机（风扇）的不稳定工作及其调节措施，了解当代压气机（风扇）设计中的新思想、采用的新技术概况。

轴流式压气机性能预测方法的研究轴流式压气机是现代航空发动机中最重要的组成部分之一，因为它的性能直接关系到整个发动机的效率和可靠性。

因此，如何预测轴流式压气机的性能成为了研究的重点问题之一。

一、轴流式压气机的原理和工作过程轴流式压气机的作用是将空气压缩并向后送到燃烧室中与燃料混合，在燃料燃烧后，把燃烧产生的高温高压气体排出，推动涡轮转子运转，从而推动飞机或直升机等航空器飞行。

轴流式压气机由多级叶片和转子组成，每级叶片和转子的形状和角度都不同。

空气经一级叶片进入转子，转子带动空气向前流动，并在转子的弯曲处受到离心力的作用而产生压力，压缩后的高压空气再经过下一级叶片和转子组成的高压气室进行二次压缩，最终向燃烧室中送入。

二、轴流式压气机性能预测的方法1.理论分析法理论分析法是最基本、最简便、准确度最高的轴流式压气机性能预测方法之一，它可以根据轴流式压气机的物理和气体动力学原理，通过计算机数学模型分析轴流式压气机的流动状态和性能参数。

其中包括轴流式压气机的空气动力设计、气动布局和气动特性的计算等。

2.实验测试法实验测试法是通过设计实验设备和测试方法来获取轴流式压气机性能参数的方法。

例如，使用实验台对轴流式压气机进行动态测试，在测试中通过操纵转子转速，通过测量进出口气压、温度、流速以及转速、功率等参数来获取轴流式压气机的性能数据。

虽然实验测试法在实际操作中较为复杂，对于模拟轴流式压气机的实际工作状态和获取真实数据具有不可替代的作用。

同时，数值仿真模拟经常需要简化或者把参数视为平均数，无法考虑部分离散变化，实验测试方法能够真实地反映压气机实际工作过程中的参数变化，能更准确的模拟实际情况。

3.数值模拟法数值模拟法是使用计算机软件模拟轴流式压气机流动状态、压力等参数的变化。

数值模拟法可以提供轴流式压气机流动状态的详细信息，例如流场状态、叶片间间隔、叶片载荷等。

相对于实验测试法而言，数值模拟法具有计算成本低、模拟速度快、数据采集不受时间、环境等因素影响等优点。

《航空发动机结构分析》课后思考题答案第一章概论1.航空燃气涡轮发动机有哪些基本类型？指出它们的共同点、区别和应用。

答：2.涡喷、涡扇、军用涡扇分别是在何年代问世的？答：涡喷二十世纪三十年代（1937年WU；1937年HeS3B）；涡扇 1960~1962军用涡扇 1966~19673.简述涡轮风扇发动机的基本类型。

答：不带加力，带加力，分排，混排，高涵道比，低涵道比。

4.什么是涵道比？涡扇发动机如何按涵道比分类？答：（一）B/T，外涵与内涵空气流量比；（二）高涵道比涡扇（GE90），低涵道比涡扇（Al-37fn）5.按前后次序写出带加力的燃气涡轮发动机的主要部件。

答：压气机、燃烧室、涡轮、加力燃烧室、喷管。

6.从发动机结构剖面图上，可以得到哪些结构信息？答：a)发动机类型b)轴数c)压气机级数d)燃烧室类型e)支点位置f)支点类型第二章典型发动机1.根据总增压比、推重比、涡轮前燃气温度、耗油率、涵道比等重要性能指标，指出各代涡喷、涡扇、军用涡扇发动机的性能指标。

答：涡喷表2.1涡扇表2.3军用涡扇表2.22.al-31f发动机的主要结构特点是什么？在该机上采用了哪些先进技术？答：AL31-F结构特点：全钛进气机匣，23个导流叶片；钛合金风扇，高压压气机，转子级间电子束焊接；高压压气机三级可调静子叶片九级环形燕尾榫头的工作叶片；环形燃烧室有28个双路离心式喷嘴，两个点火器，采用半导体电嘴；高压涡轮叶片不带冠，榫头处有减振器，低压涡轮叶片带冠；涡轮冷却系统采用了设置在外涵道中的空气-空气换热器，可使冷却空气降温125-210*c；加力燃烧室采用射流式点火方式，单晶体的涡轮工作叶片为此提供了强度保障；收敛-扩张型喷管由亚声速、超声速调节片及蜜蜂片各16式组成；排气方式为内、外涵道混合排气。

3.ALF502发动机是什么类型的发动机？它有哪些有点？答：ALF502，涡轮风扇。

优点：●单元体设计，易维修●长寿命、低成本●B/T高耗油率低●噪声小，排气中NOx量低于规定第三章压气机1.航空燃气涡轮发动机中，两种基本类型压气机的优缺点有哪些？答：（一）轴流压气机增压比高、效率高单位面积空气质量流量大，迎风阻力小，但是单级压比小，结构复杂；（二）离心式压气机结构简单、工作可靠、稳定工作范围较宽、单级压比高；但是迎风面积大，难于获得更高的总增压比。

结构部分压气机1.大型压气机的工作温度范围是常温-400℃左右；压气机不需要特殊的降温手段，但在结构上应满足强度和刚度要求。

(C1p2)2.压气机通流部分的四种型式为：等外径、等内径、等平均直径、混合型。

(C1p7-10)3.轴流式压气机静子主要由气缸和静子叶片组件组成。

它是压气机中不旋转的部分。

(C1p11)4.工业型机组的压气机气缸一般是铸造的。

为了减小气缸的厚度，通常采用在气缸外表面加筋的办法来增强刚性。

气缸一般采用分段布置。

(C1p13)5.压气机静叶的功能是把气流在动叶中获得的动能转变为压力能，同时使气流转弯以适应下级动叶的进口方向。

工作时静叶只承受气流作用力，与动叶相比较强度问题不大，但应考虑共振问题。

通常，压气机静叶设计成直叶片，且沿叶高各截面的型线一样。

(C1p22)6.转子的刚度问题主要反映在临界转速上，机组的工作转速应避开临界转速。

最大工作转速低于一阶临界转速的称刚性转子，它要求临界转速高于最大工作转速20％— 25％。

当工作转速高于一阶或二阶临界转速的称柔性转子。

(C1p37)7.压气机转子的结构型式有哪三种？鼓筒式、盘式、盘鼓混合式。

(C1p39)8.盘鼓式转子的分类？焊接式、径向销钉式、拉杆式。

(C1p43)9.为获得良好的性能，动叶叶身型面设计主要考虑的两个因素是：是否满足气动及强度的要求。

(C1p63)燃气透平1.透平将高温燃气能量转换成为机械功，目前，大型燃机的透平进口初温为1100-1430℃，膨胀做功后降到约600℃。

(C2p3)2.透平静子由气缸、静叶及支承和传力系统等组成。

(C2p5)3.透平静叶的作用与设计要求(C2p16-17)透平静叶又称喷嘴，它的作用是使高温燃气在其中膨胀加速，把燃气的内能转化为动能，然后推动转子旋转作功。

对静叶设计的要求为：①耐高温、耐热腐蚀；②耐热冲击；③热应力小；④足够的刚度和强度。

4.透平转子是透平转动部分的总称，由透平轮盘、透平轴、工作叶片及联接件等组成。

压气机的特性认识通过这学期的课堂学习和近段时间课下查资料学习，使我对压气机的知识有了一定的了解和认识。

压气机是燃气涡轮发动机的重要部件之一，它的作用是给燃烧室提供经过压缩的高压、高温气体。

根据压气机的结构和气流流动特点，可以把它分为两种主要型式：轴流式压气机和离心式压气机。

首先，我们了解下轴流压气机的结构和工作特性。

轴流式压气机由两大部分组成，与压气机旋转轴相联接的轮盘和叶片构成压气机的转子，外部不转动的机匣和与机匣相联接的叶片构成压气机的静子。

转子上的叶片称为动叶，静子上的叶片称为静叶。

每一排动叶和紧随其后的一排静叶构成轴流式压气机的一级。

压气机的效率高，说明压缩过程中的流阻损失小，实际过程接近理想过程。

或者说，压气机效率愈高，达到相同增压比时，所需要外界输入的机械功愈少。

目前，单级轴流压气机的绝热效率可以达到90％以上，高增压比的多级轴流压气机的绝热效率也可以达到85％以上。

高增压比的轴流压气机通常由多级组成，其中每一级在一般情况下都是由一排动叶和一排静叶构成，且每级的工作原理大致相同，因此我们可以通过研究压气机的一级来了解其工作原理。

轴流压气机的基元级由一排转子叶片和一排静子叶片组成，它保留了轴流压气机的基本特征。

为研究方便，可将圆柱面上的环形基元级展开成为平面上的基元级（如图1－1），在二维平面上研究压气机基元级的工作原理。

图1－1展开成平面的基元级速度三角形在研究压气机工作特性中有着重要的作用。

将动叶进口和动叶出口的速度三角形叠加画到一起，就可以得到基元级的速度三角形，如图1－2（a）所示。

在一般亚声速流动的情况下，气流经过基元级的动叶和静叶后，绝对速度的周向分量Cu和相对速度的周向分量Wu 变化比较大，而绝对速度的轴向分量Ca和相对速度的轴向分量w a变化不大，可近似地认为Ca1=Ca2=Ca3。

这样，基元级的速度三角形可进一步化简为图1－2(b)所示形式。

通过速度三角形我们就可以对压气机中气体流动情况进行分析。