发动机原理(第二章尾喷管)
- 格式:ppt
- 大小:838.50 KB
- 文档页数:23
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。
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。
燃气发动机的工作原理燃气发动机是一种常用于飞机、火箭、船舶以及发电厂等领域的重要能源转换装置。
它能够将化学能转化为机械能,并以此驱动相应设备的运行。
本文将重点介绍燃气发动机工作的基本原理,并探讨其各个组成部分以及工作过程。
一、燃气发动机的基本原理燃气发动机基于热力学循环原理工作,其主要原理包括压缩机、燃烧室、涡轮以及尾喷管。
整个工作过程中,燃气发动机将大气中的空气与燃料混合后,在燃烧室内点火燃烧,将产生的高温高压气体通过涡轮的作用输出动力。
下面将详细介绍这个过程。
1. 压缩机燃气发动机的工作从压缩机开始。
压缩机的作用是将大气中的空气进行压缩,增加其密度和压力。
通常采用的压缩机是离心式压缩机,其内部由一系列叶轮和定子组成。
当空气通过压缩机流过时,叶轮将空气加速,并将其向外投射。
这样,在经过多个级别的压缩之后,空气的压力和温度均大幅提高。
2. 燃烧室压缩后的空气进入燃烧室,在此与燃料进行混合并点燃。
燃烧室内的燃烧过程将产生高温高压的燃气。
在现代的燃气发动机中,燃烧室通常采用由火焰筒、燃烧头以及喷嘴等组成的复杂结构。
火焰筒内部的形状和设计将直接影响到燃烧的效果和热能的利用率。
3. 涡轮在燃烧室燃烧产生的热能将用于推动涡轮运转。
涡轮由高压和低压部分组成,两者通过轴连接。
高压部分通过燃气的高温和高压推动转子运转,转子与低压部分的叶片相连,从而将动能转化为压缩机等其他设备的机械能。
4. 尾喷管燃气发动机的最后一个关键部分是尾喷管。
在涡轮推动下,高温高压气体被输送到尾喷管中,并通过尾喷管喷出。
通过喷射高速气体的反作用力,发动机产生了相对应的推力。
这种推力将驱动飞机、火箭、船舶等运动,并提供所需功率。
二、燃气发动机的常见类型燃气发动机根据其工作原理和结构特点的不同,可分为多种类型。
以下为一些常见的燃气发动机类型的简要介绍。
1. 涡轮喷气式发动机涡轮喷气式发动机是最常见的一种燃气发动机类型,广泛应用于商用飞机和喷气客机等领域。