发动机原理第二章尾喷管

尾喷管为了获得大的推力，排气必须具有很高的动能，这意味着具有很高的排气速度。

喷管前后的落压比控制膨胀过程。

当出口压力等于外界压力时，对于给定的发动机来说，就获得了最大得的推力。

尾喷管的功能可以概括如下：²以最下小的总压损失把气流加速到很高的速度；²使出口压力尽可能接近外界大气压力；²允许加力燃烧室工作不影响主发动机工作，这就需要采用可调面积喷管；²如果需要，可使涡扇发动机的核心气流与外涵气流混合；²如果需要，可使推力反向和/或转向；²如果需要，可抑制喷气噪声和红外辐射。

各种不同类型的尾喷管归结为两大类：一类为固定喷管，包括简单收敛喷管和高涵道比分开排气喷管；另一类为可调面积喷管，包括引射喷管、收敛-扩张喷管、塞式喷管以及各种不同类型的非轴对称喷管。

尾喷管类型的选择主要是根据发动机、飞机和任务的综合要求以及适当的权衡分析决定。

对尾喷管的研究主要集中在喷管的内特性和气动载荷两方面。

在喷管的内特性方面所考虑的是喷管的推力系数和流量系数随喷管的流动损失、漏气量、冷却空气损失和气流分离损失的变化，供发动机性能计算用。

在气动载荷研究方面，要估算作用在主喷管、副喷管调节和外鱼鳞片上的气动载荷，用于零件结构强度设计和作动系统设计。

在喷气发动机发展的初期，飞机大多是亚音速或低超音速的，此时一般采用固定的简单收敛喷管。

70年代，高涵道比涡扇发动机采用了分开排气喷管。

在早期的超音超音速飞机的涡喷发动机上采用引射喷管,允许不同流量的外部空气进入喷管,用以冷却,又使进气道与发动机流量匹配更好,底部阻力减小.随着飞行速度的提高，涡扇发动机装备了加力燃烧室，喷管落压比增大，研制出喉部和出口面积都可调的收敛-扩张喷管。

这种喷管保证了加力燃烧室工作不影响主发动机工作，且在宽广的飞行范围内保持发动机性能最佳。

普²惠公司F100加力式涡扇发动机上采用的平衡梁式收敛-扩张喷管是这类喷管的代表，它的主喷管调节鱼鳞片上的转轴由前端移到中部，在调节过程中可始终利用作用在鱼鳞片上的气动力平衡,从而减轻操纵鱼鳞片的作动系统的重量。

尾喷口的原理尾喷口（Thrust vector control，TVC）是一种用于在飞行器尾部施加推力矢量控制的装置，可改变飞行器的推力方向，使其在空中能够具备更灵活的操纵能力。

尾喷口的原理主要涉及到流体力学和控制系统两个方面。

从流体力学的角度来看，尾喷口原理主要与喷管所施加的推力方向有关。

喷管的出口处称为喷口，喷口周围是高压气体的流动区域。

在传统的尾喷口中，高压气体通过固定的喷口方向射出，造成推力沿喷射方向产生。

而在尾喷口装置中，喷口有能够调整的机构，通过改变喷口方向，改变高压气体的喷射方向，从而改变飞行器的推力方向。

为了实现尾喷口的推力矢量控制，通常意味着需要在喷口的向心方向上施加一个力矩，这是通过控制喷口方向与高压气体流动方向之间的夹角来实现的。

当喷口方向与飞行器的对称轴重合时，推力与飞行器的对称轴也一致，喷出的气体沿对称轴的方向对飞行器产生推力，使其保持飞行稳定。

然而，当改变喷口方向时，由于喷口方向与飞行器的对称轴不重合，推力矢量会产生一个偏转角度，从而引起了飞行器的姿态变化。

尾喷口的推力矢量控制主要通过以下几种方式实现：1. 喷口角度调整：尾喷口通常由几个可调节的喷管组成，可以通过改变喷管方向角度的方式来改变推力的方向。

通过控制喷管的旋转或倾斜，可以使喷射的气流产生偏转，从而改变飞行器的姿态和方向。

2. 泄压方式：通过改变喷口的泄压方式，即使喷气方向产生变化，从而改变尾喷管流量和方向。

一种常见的技术是使用反向进气，即将一部分高压气体引导到喷口附近的相反方向，以减小沿对称轴的推力，从而改变飞行器的方向。

3. 矢量推力喷管：矢量推力喷管通过引入可调节的喷嘴或喷嘴组，可以使喷气的流向改变。

这些喷嘴可以旋转、翻转或提升，从而改变尾喷管的推力方向。

这种技术尤其适用于垂直起降飞行器，如直升机和垂直起降战斗机。

除了以上的方法，还有其他一些辅助控制方式可用于尾喷管的推力矢量控制，例如辅助气流操纵装置、气动操纵面等。

航空发动机尾喷管中文名称：尾喷管英文名称：nozzle相关技术：传统的收敛/扩张喷管；新型矢量喷管；操纵机构设计分类：发动机；尾喷管；定义与概念：尾喷管又称排气喷管、喷管或推力喷管。

它是喷气发动机中使高压燃气（或空气）膨胀加速并以高速排出发动机的部件。

国外概况：为了获得大的推力，排气必须具有很高的动能，这意味着具有很高的排气速度。

喷管前后的落压比控制膨胀过程。

当出口压力等于外界压力时，对于给定的发动机来说，就获得了最大得的推力。

尾喷管的功能可以概括如下：·以最下小的总压损失把气流加速到很高的速度；·使出口压力尽可能接近外界大气压力；·允许加力燃烧室工作不影响主发动机工作，这就需要采用可调面积喷管；·如果需要，可使涡扇发动机的核心气流与外涵气流混合；·如果需要，可使推力反向和/或转向；·如果需要，可抑制喷气噪声和红外辐射。

各种不同类型的尾喷管归结为两大类：一类为固定喷管，包括简单收敛喷管和高涵道比分开排气喷管；另一类为可调面积喷管，包括引射喷管、收敛-扩张喷管、塞式喷管以及各种不同类型的非轴对称喷管。

尾喷管类型的选择主要是根据发动机、飞机和任务的综合要求以及适当的权衡分析决定。

对尾喷管的研究主要集中在喷管的内特性和气动载荷两方面。

在喷管的内特性方面所考虑的是喷管的推力系数和流量系数随喷管的流动损失、漏气量、冷却空气损失和气流分离损失的变化，供发动机性能计算用。

在气动载荷研究方面，要估算作用在主喷管、副喷管调节和外鱼鳞片上的气动载荷，用于零件结构强度设计和作动系统设计。

在喷气发动机发展的初期，飞机大多是亚音速或低超音速的，此时一般采用固定的简单收敛喷管。

70年代，高涵道比涡扇发动机采用了分开排气喷管。

在早期的超音超音速飞机的涡喷发动机上采用引射喷管,允许不同流量的外部空气进入喷管,用以冷却,又使进气道与发动机流量匹配更好,底部阻力减小.随着飞行速度的提高，涡扇发动机装备了加力燃烧室，喷管落压比增大，研制出喉部和出口面积都可调的收敛-扩张喷管。

心脏的奥秘之航空发动机尾喷管的进化史（二）在很大程度上，喷管的形状决定着它的性能，所以喷管设计的基本问题，是如何用具有最小重量和最小热交换的喷管来获得最大推力。

在一般的设计过程中，工程师往往会先选定发动机的设计工作参数来设计用于特定马赫数和压力比的喷管，由于飞机的飞行包线越来越广，发动机的工况的变化范围也随之越来越大，这就要求喷管还应能够在较大的非设计高度和马赫数范围内工作；同时，作为一个工业产品，喷口又应尽可能设计的加工简单、成本低。

综合以上的这些设计要求，喷管虽然看似简单，设计起来可不是轻而易举的事情。

众所周知，任何的气动元件都会导致气体的流动损失。

喷管的流动损失主要来自两个方面。

首先是流动过程的损失，包括附面层和非设计工况的影响，虽然两者在喷管中往往需要复杂的微分方程来描述，但我们可以用一个很形象的例子来感受一下附面层的影响：拿一根长细管，努力吹气，感觉一下吹气的阻力；然后把吸管剪断一半再吹气，会发现阻力明显小了很多。

而非设计工况分为过度膨胀与不完全膨胀，其中前者可以理解成整个喷管需要额外获得能量完成气体的膨胀过程，而后者可以理解为气体的能量并没有完全释放给飞机。

由于牵扯太多的理论推导，关于这部分的内容本文不再详述，有兴趣的读着可以查阅有关气体动力学的书籍。

喷管与常规的气动管道最大的不同在于其中流动的是高温气体，而这个高温气体不同于汽轮机中的高温蒸汽亦或者斯特林发动机里的热空气，而是通过燃烧得来的燃气，这就使得导致航空燃气轮机的喷管效率下降的诸多因素中，有一个我们常常忽视的因素——化学平衡。

在燃烧室中，高温使大量燃烧产物离解成原子和自由基。

例如，在碳氢化合物-氧的燃烧产物中，包含有氢原子、氧原子、羟基和一氧化碳，所有这些成分都与主要燃烧产物——水和二氧化碳处于化学平衡状态。

离解过程所耗费的能量是靠降低气体温度而得到的。

当气体流过喷管时，静温和静压都有所下降。

温度的下降使原子和自由基又复合成稳定的分子，而压力的降低则阻碍这过程的进行。

发动机原理第2章第2章尾喷管的作用和结构尾喷管是发动机中一个重要的组成部分，它在发动机工作过程中发挥着很大的作用。

本章将详细介绍尾喷管的基本原理、结构以及其在发动机中的应用。

1.尾喷管的基本原理尾喷管是将燃烧产生的高温高压气体排放到外部环境中的装置。

其基本原理是通过高速喷气将燃气排出，从而产生反作用力推动飞机或船只向前运动。

尾喷管的原理可以归结为两个方面：热力原理和动量原理。

热力原理指的是燃烧产生的热能转化为气体的动能，从而推动飞机或船只前进。

动量原理则是根据牛顿第三定律，喷出的高速气流会产生反作用力，推动发动机及飞机运动。

2.尾喷管的结构尾喷管的结构主要包括燃烧室、喷嘴、扩散段和尾喷管舱等部分。

（1）燃烧室：燃烧室是尾喷管内部进行燃烧反应的区域。

燃烧室通常由燃烧器和燃料喷嘴组成，通过将燃料和空气混合并点燃，产生高温高压燃气。

（2）喷嘴：喷嘴是尾喷管中用于喷出燃气的装置。

喷嘴通常分为固定喷嘴和可变喷嘴两种形式。

固定喷嘴的喷口形状和尺寸是固定的，无法进行调节。

可变喷嘴则可以通过机械或电子控制来调节喷口的形状和尺寸，以适应不同工况下的需求。

（3）扩散段：扩散段是尾喷管内部用于扩大气流断面积的部分。

其作用是将高速燃气喷出后产生的压力和动能转化为速度，从而使尾喷管的排气速度更高。

（4）尾喷管舱：尾喷管舱是尾喷管的一个重要外壳部分，用于保护尾喷管结构，并将尾喷管内部的气流引导到外部环境中。

尾喷管舱的形状和材质各不相同，根据不同的应用和工况进行设计。

3.尾喷管的应用尾喷管在航空发动机和船用发动机中都有广泛的应用。

在航空发动机中，尾喷管是将燃气排放到大气中的主要装置。

它的排气速度、喷嘴形状和尺寸等参数对发动机输出推力、燃料效率和噪声都有着重要的影响。

尾喷管的设计需要充分考虑这些因素的平衡。

在船用发动机中，尾喷管的作用类似于航空发动机。

通过喷出高速气流推动船只前进，从而提高船只的速度和效率。

在一些船只上，尾喷管还可以用作推进和操纵船只的一种手段。

航空发动机尾喷管关键字：航空发动机尾喷管摘要：尾喷管又称排气喷管、喷管或推力喷管。

它是喷气发动机中使高压燃气（或空气）膨胀加速并以高速排出发动机的部件。

一、概述在航空燃气轮机上，尾喷管的功能是将从涡轮(或加力燃烧室)流出的燃气膨胀加速，将燃气中的一部分热焓转变为动能，从尾喷管高速喷出，产生反作用推力。

有的尾喷管还带有反推力装置，以缩短飞机着陆时的滑行距离；有的尾喷管还带有消音装置，以减少排气的噪声；有的尾喷管可以改变射流方向，称为矢量喷管，它可以使燃气射流向上下左右不同方向偏转一个可以操纵的角度，对飞机产生一个俯仰或左右偏转的力矩，便于在高速飞行中对飞机进行操纵和控制。

二、亚声喷管与超声喷管(Subsonic Nozzle and Supersonic Nozzle)根据尾喷管出口气流喷射速流的不同，可以分为亚声速喷管和超声速喷管两类。

亚声速喷管为收敛形喷管，超声速喷管为收敛扩张形喷管。

尾喷管的压力降(或称膨胀比)以进口截面的总压p5*与出口截面以外的外界大气压力p0之比来表示：能使尾喷管出口气流速度达到声速的膨胀比称为临界膨胀比，即（4.4-1) 式中k'──工质的比热比。

若燃气的比热比k'=1.33，则πe,cr=1.85。

涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机在地面工作时尾喷管的膨胀比根据发动机设计参数的不同可以在很大范围内变化，很多发动机πe在1.5～2.5范围内。

当发动机在超声速条件下飞行时，由于进气道的冲压增压，尾喷管的膨胀比将大得多。

下图给出了作用在收敛形尾喷管内外壁上压力的分布。

尾喷管外壁为均匀的外界大气压力p0，内壁的静压p则大于外界大气压力，随着气流在尾喷管内加速流动，静压下降，到尾喷管出口处，静压降至外界大气压。

当尾喷管的膨胀比达到或超过临界值以后，尾喷管出口最小截面处的气流速度达到声速。

在这种情况下尾喷管出口以外的压力变化不再影响尾喷管内的气体流动，也就不会影响发动机内部的工作。

喷管工作原理
嘿，朋友们！今天咱们来聊聊喷管工作原理呀！
哎呀呀，说起这喷管工作原理，那可真是相当有趣且重要呢！
首先呢，咱们得明白啥是喷管？喷管呀，简单来说就是一种能让流体加速的装置哇！那它到底是咋工作的呢？
咱们来瞧瞧这第一点哈，喷管内部的压力变化起着关键作用呀！在喷管入口处，压力较高，而随着流体往出口流动，压力逐渐降低呢。

哇塞，这压力差就像一股强大的推力，推动着流体加速前进！
接下来第二点哦，喷管的形状也很重要哟！不同形状的喷管，其加速效果可不一样呢。

比如说收缩喷管和扩张喷管，它们的工作原理就有差别呀。

收缩喷管能让亚音速流体加速，而扩张喷管呢，则更擅长让超音速流体进一步加速！是不是很神奇呀？
再说说这第三点，喷管的工作还和周围环境有关呢！如果外部环境压力变化，喷管的工作状态也会跟着改变哟。

哎呀呀，这可真是牵一发而动全身呐！
还有哦，喷管在很多领域都发挥着巨大作用呢！在航空航天领域，火箭发动机里的喷管可是让火箭飞得又高又快的关键部件呀！在工业生产中，喷管也用于各种气体和液体的输送和加速。

哇，想想看，如果没有喷管，那得是多大的损失呀！
总之呢，喷管工作原理看似复杂，其实只要咱们一步步深入了解，就会发现其中的奥妙和乐趣！朋友们，你们是不是对喷管工作原理有了更清晰的认识啦？。