第2讲第1章2.ppt

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1、2023-11-14航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理2第一章第一章 绪论绪论内容内容：1.2 涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机工作原理 要求要求：通过本讲，了解航空燃气涡轮发动机（以涡喷发通过本讲，了解航空燃气涡轮发动机（以涡喷发动机为典型代表）的组成、各部件的功能、工作原理。动机为典型代表）的组成、各部件的功能、工作原理。2023-11-14航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理31.2 涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机工作原理l涡轮喷气发动机组成涡轮喷气发动机组成q进气道、压气机、燃烧室、涡轮进气道、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管尾喷管及燃油、及燃油、滑油滑油系统系

2、统，空气及动力系统（附件系统）组成，空气及动力系统（附件系统）组成。q对于加力式涡喷发动机还有对于加力式涡喷发动机还有加力燃烧室加力燃烧室。2023-11-14航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理41.2 涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机工作原理不同形式的进气道不同形式的进气道轴轴对对称称进进气气道道二二元元进进气气道道T50T50J11J11幻影幻影SR71SR712023-11-14航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理51.2 涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机工作原理不同形式的进气道不同形式的进气道A-10鹞式鹞式B777C-17皮托式进气道皮托式进气道2023-1

3、1-14航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理61.2 涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机工作原理风扇风扇/高压压气机高压压气机2023-11-14航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理71.2 涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机工作原理风扇风扇/增压压气机增压压气机/高压压气机高压压气机2023-11-14航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理81.2 涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机工作原理燃烧室燃烧室管型燃烧室管型燃烧室2023-11-14航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理91.2 涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机工作原理燃烧室燃烧室管环型燃烧室管

4、环型燃烧室2023-11-14航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理101.2 涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机工作原理燃烧室燃烧室环型燃烧室环型燃烧室2023-11-14航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理111.2 涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机工作原理涡轮涡轮2023-11-14航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理121.2 涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机工作原理尾喷管尾喷管2023-11-14航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理131.2 涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机组成涡轮喷气发动机组成简简图图2023-11

5、-14航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理141.2 涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机工作原理l进气道：进气道：把气体引入发动机，减速增压把气体引入发动机，减速增压q亚声速飞行时，以亚声速飞行时，以较小的总压损失较小的总压损失输送空气；输送空气；q超声速飞行超声速飞行时时，减速增压减速增压是进气道的一个主要功是进气道的一个主要功用用，同时，同时保证总压损失较小保证总压损失较小；q当飞行速度很高时，不再需要压气机当飞行速度很高时，不再需要压气机，仅靠进气，仅靠进气道实现气体增压道实现气体增压，变成，变成冲压发动机冲压发动机。2023-11-14航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机

6、原理151.2 涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机工作原理l压气机：压气机：提高气体压力提高气体压力q气体流过压气机时，气体流过压气机时，总、静压总、静压增加，增加，能量能量增加增加；q压气机压气机运转运转所需的动力（机械能）由涡轮提供所需的动力（机械能）由涡轮提供。涡轮涡轮压气机压气机空气空气2023-11-14航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理161.2 涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机工作原理l燃烧室：燃烧室：将将化学能转化为热能化学能转化为热能q气流气流近似近似于等压燃烧，温度大幅提高于等压燃烧，温度大幅提高；q燃烧室出口总温越高，发动机推力越大燃烧室出口总温越高，发动

7、机推力越大；q燃烧室出口的燃烧室出口的最大最大容许总温由涡轮叶片的耐热强容许总温由涡轮叶片的耐热强度及涡轮的冷却技术决定度及涡轮的冷却技术决定。2023-11-14航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理171.2 涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机工作原理l涡轮：涡轮：将将热能转化为机械能热能转化为机械能q从燃烧室出来的高温高压燃气流进涡轮通道，在从燃烧室出来的高温高压燃气流进涡轮通道，在涡轮中膨胀，对涡轮做功，将气体的部份热能转涡轮中膨胀，对涡轮做功，将气体的部份热能转化成机械能来维持压气机旋转，另一部分热能用化成机械能来维持压气机旋转，另一部分热能用于提高气体的速度，增加气体的动能

8、；于提高气体的速度，增加气体的动能；q一级涡轮可带动多级轴流压气机一级涡轮可带动多级轴流压气机（原因？原因？）。）。2023-11-14航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理181.2 涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机工作原理假设单级高速涡轮落压比假设单级高速涡轮落压比=2.0，单级压气机增压比，单级压气机增压比=2.0压气机进口总温压气机进口总温=287K，涡轮进口总温，涡轮进口总温=1800K2134ppmCTTCTT能量守恒能量守恒 LuLuc c63 kJ/kg63 kJ/kgLuLut t325 kJ/kg325 kJ/kg1131111kkpcptkktC TC T202

9、3-11-14航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理191.2 涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机工作原理l尾喷管：尾喷管：排出气体，增速减压排出气体，增速减压q使涡轮出口燃气在尾喷管中继续膨胀，将部分热焓使涡轮出口燃气在尾喷管中继续膨胀，将部分热焓转变为动能，增加气流速度，增大发动机推力；转变为动能，增加气流速度，增大发动机推力；q调节尾喷管面积，可以改变发动机的工作状态。调节尾喷管面积，可以改变发动机的工作状态。2023-11-14航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理201.2 涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机工作原理l特征截面编号特征截面编号教科书上划分的特征截面编号

10、教科书上划分的特征截面编号0-00-0 发动机远前方未扰动截面；发动机远前方未扰动截面；1-1 1-1 进气道出口进气道出口/压气机进口；压气机进口；2-22-2 压气机出口压气机出口/燃烧室进口；燃烧室进口；3-33-3 燃烧室出口燃烧室出口/涡轮进口；涡轮进口；4-4 4-4 涡轮出口；涡轮出口；9-99-9 尾喷管出口；尾喷管出口；2023-11-14航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理211.2 涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机工作原理l特征截面编号特征截面编号目前主流的特征截面编目前主流的特征截面编号号单轴涡喷单轴涡喷2023-11-14航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮

11、发动机原理221.2 涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机工作原理l特征截面编号特征截面编号目前主流的特征截面编目前主流的特征截面编号号双轴涡扇双轴涡扇2023-11-14航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理231.2 涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机工作原理l特征截面编号特征截面编号目前主流的特征截面编目前主流的特征截面编号号大涵道比涡扇大涵道比涡扇2023-11-14航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理241.2 涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机工作原理l理想循环理想循环q工质为完全气体，定压比热和定容比热工质为完全气体，定压比热和定容比热为定值为定值；q忽略气体流

12、动过程的流动损失，即流动等熵；忽略气体流动过程的流动损失，即流动等熵；q加热在等压下进行，且燃油完全燃烧；加热在等压下进行，且燃油完全燃烧；q尾喷管出口静压等于外界大气压。（喷管完全膨尾喷管出口静压等于外界大气压。（喷管完全膨胀）胀）理想循环涡喷发动机的气体理想循环涡喷发动机的气体压力压力和比容积的关系和比容积的关系“*”表示总参数表示总参数2023-11-14航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理251.2 涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机工作原理发动机以发动机以C C0 0的速度飞行，排气速度为的速度飞行，排气速度为C C9 90C9C00,P T*2*2100000011(1)

13、,(1)22kkkkPPMTTM99,P T2023-11-14航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理261.2 涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机工作原理l0-2：等熵压缩过程：等熵压缩过程0-1为进气道利用速度冲压的压缩过程为进气道利用速度冲压的压缩过程(流动绝热）流动绝热）*01ppC TC T*200012ppC TC TC*211112ppC TC TC*22*1100011111(1)(1)22kkkkkkPPMPMP01TT气流流经进气道：总温、总压不气流流经进气道：总温、总压不变，速度减小，静温、静压增加变，速度减小，静温、静压增加01PP01CC010101CCMMk

14、RTkRT2023-11-14航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理271.2 涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机工作原理l0-2：等熵压缩过程：等熵压缩过程1-2为为压气机压气机的压缩过程的压缩过程1*221211*1()()10kkCPPPWhhCTTC TP222222121211()22CPCCCCdpWC TT210,CWCC2121,PP TT*2121,PP TT由于由于气流流经压气机：总温、总压、气流流经压气机：总温、总压、静温、静压增加。静温、静压增加。2023-11-14航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理281.2 涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机工作

15、原理l2-3：定压加热过程：定压加热过程为气流流经燃烧室时为气流流经燃烧室时的的等压加热等压加热过程过程22*321323232()()2ppCCqhhC TTC TT*32PP根据能量根据能量守恒守恒方程，每公斤气体加入的热量为方程，每公斤气体加入的热量为:由于由于10q 由于流动没有损失由于流动没有损失*32TT32CC由于等压膨胀由于等压膨胀32PP32TT气流流经燃烧室：总压、静压不气流流经燃烧室：总压、静压不变，总温、速度和静温增加。变，总温、速度和静温增加。2023-11-14航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理291.2 涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机工作原理l3-

16、9：等熵膨胀过程：等熵膨胀过程3-4为为燃气流过涡轮的膨胀燃气流过涡轮的膨胀过程过程*43434*(1)/431()(1)0/TPPkkWhhC TTC TPP（）22224434343322TCCCCdPWhh*4343,TTPP由于由于过程为等熵膨胀过程为等熵膨胀4343,CC TT热能、动能转化为机械功热能、动能转化为机械功43PP气流流经涡轮：总压、总温、静气流流经涡轮：总压、总温、静温、静压减小，速度增加。温、静压减小，速度增加。2023-11-14航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理301.2 涡轮喷气发动机工作原理涡轮喷气发动机工作原理温度下降，把热能转化成动能。温度下降，把热能转化成动能。22*94949494()()02PpCChhCTTC TT*94PPl4-9：等熵膨胀过程：等熵膨胀过程4-9为气流在喷管内进一步等熵膨胀加速为气流在喷管内进一步等熵膨胀加速等熵过程等熵过程*94TT膨胀过程膨胀过程94CC94PP气流流经尾喷管：总压、总温不气流流经尾喷管：总压、总温不变，静温、静压减小，速度增加变，静温、静压减小，速度增加94TT2023-11-14航空燃