燃气涡轮发动机(1)讲义共45页文档

c1
w1
1
1
u
进出口速度
c2
w2
(sù dù )关于轴对
2
2
称
u
c1= w2
w1= c2
1= 2 1= 2
大小相等 方向相反
第二十二页，共四十三页。
T=0 冲动(chōngdòng)式基元级的速度三角 形
假设(jiǎshè)：c2x= c1x
u1= u2= u
c1
w1
1
1
u
w2
2 c2
2
u
w1= w2 1= 2
1、喷嘴(pēnzuǐ)出口〔c1s与c1〕
喷嘴中〔0-1s〕，气体(qìtǐ)流动为稳定流动。
理想情况：
绝热膨胀：q=0；喷嘴静止不动：L=0
气体总焓不变；那么气体动能增加(zēngjiā)时， 其静焓降低，即静压能转换为动能。
第二十六页，共四十三页。
理想(lǐxiǎng)情况：
喷嘴(pēnzuǐ)中的理论焓 降
喷嘴(pēnzuǐ)中的膨胀 比
第二十七页，共四十三页。
实际(shíjì)流动〔0-1〕：
有摩阻及其他阻力存在；
燃气的绝热指数和比热容均不是常数。
c1< c1s i1>i1s
两种表示:
(1)用速度系数(xìshù)表示： (2)用多变膨胀过程(n<kT)表示：
第二十八页，共四十三页。
第二十九页，共四十三页。
第四十页，共四十三页。
3-2 轮周功、轮周效率(xiào lǜ)、速度
比 及多级涡轮
第四十一页，共四十三页。
一、轮周功Lu
1.定义 ——气体在涡轮级的动叶中，把本身具有

排出。离心式涡轮发动机的可靠性高，但效率相对较低。
混流式涡轮发动机
总结词
混流式涡轮发动机是一种结合了轴流式和离心式特点的燃气涡轮发动机，具有较高的效率和较广泛的适用范围。
详细描述
混流式涡轮发动机的结构介于轴流式和离心式之间，其压气机采用轴流式设计，而涡轮机则采用离心式设计。这 种设计使得混流式涡轮发动机在低速和高速飞行时都能保持良好的性能。此外，混流式涡轮发动机的适用范围较 广，可以用于多种不同类型的飞行器。
清洁发动机外部和内部的灰尘、污垢等，保持发动机的清洁度。
紧固件检查
检查并紧固发动机上的螺栓、螺母等紧固件，确保其牢固可靠。
定期保养与维修
01
02
03
油液更换
定期更换发动机的润滑油、 燃油等油液，保证发动机 的正常运转。
滤清器更换
定期更换空气滤清器、机 油滤清器等滤清器，防止 杂质进入发动机，影响其 正常运转。
管路是否漏油等。
05
燃气涡轮发动机的发展趋势与未 来展望
技术创新与改进
材料工艺
采用更先进的材料和制造工艺，提高燃气涡轮发动机的性能和耐 久性。
冷却技术
研究和发展更有效的冷却技术，以应对高温、高压的工作环境。
控制系统
改进和优化燃气涡轮发动机的控制系统，提高其稳定性和可靠性。
应用领域的拓展
航空领域
部件检查与更换
定期检查发动机的部件， 如轴承、密封圈等，如有 损坏或磨损严重应及时更 换。
常见故障诊断与排除
发动机过热
01
检查冷却系统是否正常工作，散热器是否清洁，风扇是否正常
运转等。
发动机振动过大
02
检查发动机安装是否牢固，轴承、齿轮等部件是否磨损严重，

激波损失：
气体经过激波时，速度和温度都发生突跃变化，粘性和导热作用很大。
在气体温度很高，激波很强的情况下，甚至气体的热力学平衡状态也会遭到破坏。这
种破坏过程是不可逆过程，按热力学第二定律，气体的熵增加，同时有很大一部分机
械能转化为热能，这就是所谓激波损失。在超声速流动中，一般总会产生激波。对于
作超声速运动的飞行器，激波的出现会引起很大的阻力；对于超声速风洞（见风洞）、
运动定律：牛顿三大定律 牛顿第一定律（惯性定律）：任何一个物体在不受外力或
受平衡力的作用时（Fnet=0），总是保持静止状态或匀速直线运动状态 ，直到有作用在它上面的外力迫使它改变这种状态为止。
牛顿第二运动定律 ：物体的加速度跟物体所受的合外力成
正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。
不可压流中任意一点流体的静压与动压之和保持不变
5. 音速
音速与气体状态参数之间的关系：
a = kRT
a = dp / d
k ：比热比； R ：气体常数； T ：气体静温； p ：静压;
ῤ : 密度；
马赫数：流场中任一点处的流速v与该点处气体的音速a的比值，叫该点 处 气流的马赫数，用Ma表示，即
Ma = v/a 亚音速流动：Ma 《1.0 音速流动：Ma =1.0
进气道和压气机等内流设备，在气流由超声速降为亚声速时出现的激波，会降低风洞
和发动机的效率。所以，减弱激波强度以减小激波损失是实际工作中的一项重要课题。
基本分类：
激波就其形状来分有正激波、斜激波。在超声速来流中，尖头体头部通常形成附 体激波，在钝头体前部常形成脱体激波。
人们在实践中发现，在飞行速度达到音速的十分之九，即马赫数M0.9空中时速约 950公里时，局部气流的速度可能就达到音速，产生局部激波，从而使气动阻力剧 增。要进一步提高速度，就需要发动机有更大的推力。更严重的是，激波能使流经 机翼和机身表面的气流，变得非常紊乱，从而使飞机剧烈抖动，操纵十分困难。同 时，机翼会下沉、机头往下栽；如果这时飞机正在爬升，机身会突然自动上仰。这 些讨厌的症状，都可能导致飞机坠毁。这就是所谓“音障”问题。由于声波的传递 速度是有限的，移动中的声源便可追上自己发出的声波。当物体速度增加到与音速 相同时，声波开始在物体前面堆积。如果这个物体有足够的加速度，便能突破这个 不稳定的声波屏障，冲到声音的前面去.突破音障时，由于物体本身对空气的压缩无 法迅速传播，逐渐在物体的迎风面积累而终形成激波面，在激波面上声学能量高度 集中。这些能量传到人们耳朵里时，会让人感受到短暂而极其强烈的爆炸声，称为 音爆(Sonic Boom)。

推力18000-22000 kg 耗油率比小涡扇低1/3 授课人 贾斯法
高涵道比涡扇发动机特点
起飞推力大 耗油率低 噪声低
授课人 贾斯法
第一代宽体客机
B747
1970年
L1011 (1972) DC-10 (1971)
71
高涵道比涡扇发动机
已在现代民机上广泛采用 A300、A310、A320、A330、A340, B737、B747、B757、B767、B777, A3XX B747-500X、 B717、A318、湾流Ⅴ
授课人
贾斯法
51
F-22用发动机－F119-PW-100
总压比 35 涵道比 ~0.2 涡轮前燃气温度 ~1850~1950 K 3+6___1+1 反向转动的双转子 推力 157.5 kN 推重比 10.0
授课人 贾斯法
52
F119 与 F100 比较
级数 17---11 少 6 级 零件数少 40% 中间推力大 47% 可使战斗机超声速巡航 巡航耗油率低 11% 可靠性、维修性好
授课人
贾斯法
40
加力式涡轮风扇发动机扇发动机 F-4“鬼怪”式战斗机 用涡扇(斯贝MK202)换装涡喷(J79)后 飞机性能的改进 最大M数 由 2.2→2.4 最大航程 ↑54% 加速到M=2的时间 ↓1/3 爬升到12000m的时间 ↓20%
授课人 贾斯法
41
加力式涡轮风扇发动机
60年代后期采用高循环参数 总压比≈25、T3≈1600K 发展高性能核心机 研制成专为先进战斗机用的、推重比为8.0一 级8的发动机 F100-PW-100→F-15 (1974)
2006年3月
航空发动机结构设计

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《燃气涡轮发动机》
指示与警告系统
目 录
contents
01. 警告系统 02. 指示组件
一、警告系统
警告系统用来提供可能出现故障或存在危险情况的指示，以便采取措施保 护发动机和飞机。虽然一台发动机的各种系统在设计上只要可能就设计成是故 障安全的，但有时仍然装设附加的安全装置。例如，如万一发生功率损失时螺 旋桨自动顺桨和万一涡轮轴损坏时自动关闭高压燃油停车开关。
新型发动机EPR计算在FADEC计算机进行，使用电子式压力传感器，它比电机械式 传感器更加可靠和精确。
二、 转速
所有的发动机都有转速指示，双转子、三转子发动机不仅有高压、低压，或许有中压 转子转速指示。
传感器
每个转子转速指示有3个主要部分： 数据传输
指示
转速测量可由发动机驱动的一个小型发电机经电路传给指示器。
一、警告系统
仪表的颜色标记可以使驾驶员知道仪表指示值是安全的还是危险的 一般绿色弧段表示正常范围；
黄色弧段表示警戒范围；
红色径向线表示不能超越的最大或最小允许值。例如某机型，EGT表上红线是EGT允 许的最大值；
琥珀色示出对于最大连续推力的EGT值，它仅允许在发动机起飞或复飞时短时间超 过琥珀色线。
二、指示组件
电子指示系统将发动机的指示、系统的监视以及向驾驶员告警的功能组合在仪表板上 安装的一个或几个阴极射线管上。有关的参数以刻度盘形式显示在屏幕上，而数字式 读数、警告、注意事项和建议信息则以文本方式显示。
参数显示一般有3种不同类型：
表盘指针型
移动的垂直条型
各型指示器有参数的限制值，有颜色标记。
➢ EICAS允许选择不同的页面，检查飞机及其系统的工作状态。 ➢ 这不仅可以减轻驾驶员的工作负担，从而改善飞行操作条件，也给地

–热力学温度与摄氏温度之间的关系：
–
T（K）＝t℃＋273.15
–华氏温标是选用标准大气压下水的两相点（冰水混合物）为32度， 沸点 为212度，并将温度视为测温物某一物性的线性函数的温标。
–摄氏温度与华氏温度之间的关系
–
tc=（tF-32）5/9； TF=32+9tc/5
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燃气涡轮发动机01基础知识93
上， 大小相等而方向相反
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燃气涡轮发动机01基础知识93
1.2 物体的运动--力
• 1.2.3 牛顿运动定律 –重力 –弹力:胡克定律 –摩擦力:静摩擦力 ,动摩擦力 –万有引力
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燃气涡轮发动机01基础知识93
1.2 物体的运动--重力
• 重力
–地球表面附近的物体都受到地球的吸引作 用受到的力叫做重力。
• 特点是系统中包含工质的质量和能量均保持不变。
–简单可压缩系：由可压缩流体构成, 与外界只交换热量和一 种模式功的系统称为简单可压缩系。这种系统与外界交换功 的模式为容积功。
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燃气涡轮发动机01基础知识93
1.3 热力学基础
• 状态：
– 在某一指定的瞬间系统所呈现的一切宏观性质的综合表现称为系统的状态。
在，同时改变，同时消失。一旦作用在物体上的外力被撤 去，物体的加速度立即消失，但这并不意味着物体停止运 动，按照牛顿第一定律，这时物体将作匀速直线运动，这 正是惯性的表现。 – 物体有无运动，表现在它有无速度，而运动有无改变，则 要取决于它有无加速度。如果有加速度，则作用在物体上 的外力一定存在，力是产生加速度的原因。 – 该力为合力
• W=mg
–式中m为质量, • 质量为物体中所包含物质的多少。 • 其法定计量单位为公斤。

八、反推控制活门组件
反推控制活门组件控制液压油到反推作动器，典型的反推控制活门组 件的主要部件是：液压供油管和回油管，收藏和展开管，收藏和展开电磁 活门，方向控制活门和手动切断活门等。
八、反推控制活门组件
当拉反推杆时，展开电磁线圈 和准备电磁线圈通电，液压油通到 方向控制活门的下面。油压推方向 控制活门柱塞向上，推隔离活门柱 塞向上，液压油作用到反推作动器 的展开边和收藏边，由于两边油压 作用的面积不同，液压作动器现在 推移动套筒向后展开反推装置。
八、反推控制活门组件
作动筒同步：
每半反推有3个作动器。由于制造公差和内部摩擦不同，很难做到同步动作。
每个反推整流罩上的液压作动器由传动轴机械相互连接。这些软传动轴同步作动 器的运动，使得3个作动器有同样的速度。软同步轴通过涡轮蜗杆连接作动器活塞。
释放油门互锁和反推指示需要反推装置的位置反馈。在格栅型反推装置，每半反 推整流罩上靠上的作动器有反馈机构。在电控的发动机，像A320飞机的情况，液压作 动器没有机械的反馈机构。发动机电子控制组件接受在阻流门上展开电门的信号，然 后增加发动机转速到全反推力，它也作动驾驶舱反推指示。
四、作动系统
作动系统通过液压作动大的阻流门，象在枢轴型反推装置，阻流门有单独 的液压作动器；在有移动套筒和格栅叶片的反推装置，液压作动器更复杂，因 为它们必须同步工作。
液压的反推作动系统通常有控制活门组件，接受控制系统来的信号供应液 压油到作动器，展开或收藏反推装置。气压反推作动系统仅仅用在有移动套筒 的格栅型反推装置。它们通常是供应发动机引气到空气马达，空气马达经驱动 轴和齿轮箱用球螺旋作动器操作移动套筒。
反推装置必须能够承受极高的温度和有腐蚀作用的燃气，反推力的大 小完全可控，反推装置不影响发动机的基本工作，反推不使用时保持发动 机的流线形，使用时避免排出气体被压气机再吸入。

§ 气流膨胀过程中有流动损失。
§ 定压放热过程只有热损失，没有流动损失，所 以，实际的放热过程与理想循环的放热过程相 同。
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航空燃气涡轮发动机概述
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航空燃气涡轮发动机概述
•摩擦降低了总压，热阻损失降低了总
温
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第三节 涡轮喷气发动机推力和 效率（*）
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航空燃气涡轮发动机概述
喷气发动机的分类
§ 发动机：将燃油燃烧释放出的热能转变为机 械能的装置
§ 喷气发动机：把燃料的化学能转化为发动机 高速喷出燃气的动能，从而获得反作用力， 推进飞行器飞行的发动机。
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航空燃气涡轮发动机概述
一、推力的产生
气流流过发动机时，发动机的内壁及各部件对气体 施加作用力，使其动量发生变化，而气体必然同时 给予发动机及各部件以反作用力。这些反作用力在 轴向分力的合力，即推力。
§ 推力：提供给飞机，克服飞机前进阻力或使飞机 加速而作功的力。
§ 有效推力＝发动机内推力 － 短舱的阻力
航空燃气涡轮发动机概述
§ 燃气涡轮喷气发动机的理想化条件
Ø 假设工质完成的是一个封闭的热力循环
Ø 略去压缩与膨胀过程中工质与各部件之间的热量交换, 忽 略实际过程中的摩擦, 假设在燃烧室中进行的燃油燃烧释 放出热能的化学反应过程为外部热源对工质加热的过程, 并且忽略由流动阻力和加热所引起的压力降低, 从而用定 压加热过程代替之