发动机原理第4章.ppt

第四章 发动机部件 的共同工作和控制规律 安装于飞机使用时导致发动机工作偏离设计状态原因: － 飞行条件（高度、速度） － 油门位置（油门杆角度） － 控制规律 － 大气条件（气候变化、机场海拔高度等） 称发动机偏离设计状态下的工作为非设计点 非设计点的发动机性能决定于各部件的共同工作 共同工作—各部件相互影响相互制约关系 研究共同工作的目的 发动机工作过程主要参数（风扇/压气机增压比和稳定裕度、涡轮前温度、空气流量、燃油流量、各部件效率等）随飞行条件、大气条件以及油门操纵杆位置的变化关系 第一节 几何不可调节单轴涡喷发动机部件的共同工作 一、共同工作及共同工作线 各部件组合成整台发动机，部件间的相互作用和影响称为“共同工作” 各部件必须满足的共同工作条件： 质量流量平衡 压气机与涡轮功率平衡 压气机与涡轮物理转速相等 压力平衡 压气机与涡轮流量平衡 压气机进口空气流量与涡轮导向器喉道燃气流量的关系? 涡轮导向器处于临界 或超临界时: q(?nb)=1 获得： 增压比、温度比和发动机流通能力 q(?2)的关系 当温度比取某一等值时，发动机流通能力与增压比成正比 温度比越高，等值线越陡 当进气温度一定时，提高涡轮前温度将导致压气机工作点移向喘振边界 压气机与涡轮功率平衡 单位压气机功 单位涡轮功 功平衡 压气机所需功率与涡轮前温度、涡轮膨胀比的关系 当飞行条件变化引起压气机功变化时，为维持功平衡，必须改变涡轮前温度或涡轮膨胀比 调节燃烧室供油量?加热量?涡轮前温度 调节涡轮导向器或喷管喉道面积?涡轮膨胀比 否则功率不平衡将导致转子转速难以维持方式 功平衡 流量平衡 发动机共同工作方程 当膨胀比=常数 功平衡方程? 流量平衡方程? 两式联立消去温度比获得： 共同工作方程 ? 涡轮与尾喷管共同工作 涡轮导向器 喉道截面流量 尾喷管 喉道截面流量 流量连续条件 引入多变指数 kT 涡轮和尾喷管临界状态或超临界时： q(?nb)=1；q(? cr) =1 且Anb、Acr固定不变 ?T=常数 共同工作方程 式中参数均为压气机特性参数 连接压气机特性图上所有满足共同工作方程的点 ?共同工作线 发动机共同工作线 一台几何不变的发动机，当尾喷管处于临界工作状态 无论飞行条件或发动机工作转速如何变化 发动机的共同工作点总在共同工作线上移动 共同工作线与每一条等相似转速线（ ＝const）有唯一交点 发动机共同工作线 当飞行条件一定时： 转速增加，工作点沿工作线右上移 转速降低，工作点沿工作线左下移 当转速一定时： 飞行M数增加，工作点沿工作线左下移 飞行高度增加（低于11公里），工作点沿工作线右上移 飞行条件、转速变化归结为 ncor＝ 发动机共同工作线 当A8 (即Acr)变化时，引起涡轮膨胀比变化，共同工作线移动， A8 越大，越远离喘振边界；反之，A8 越小，越靠近喘振边界。 涡轮膨胀比随尾喷管喉道截面积成正比变化 为维持功平衡，涡轮前温度必须变化 涡轮前温度变化引起共同工作点移动 A8 减小，工作点移向喘振边界 A8 增大，工作点远离喘振边界 尾喷管进入亚临界状态 当尾喷管进入亚临界状态时，对应每一个飞行M数有一条共同工作线，M数越低，越靠近喘振边界 因为飞行M数越低 q（?8）和?T越小 设计点压气机增压比对共同工作线的影响 当ncor减小时，由于在非设计条件下压气机前后级气动参数与几何参数不协调，出现“前重后轻”、“前喘后涡”的现象。 当压气机设计增压比越高、级数越多时，这种不协调现象越严重 压气机增压比设计值对共同工作线的影响 发动机与进气道共同工作 共同工作条件 流量平衡 当发动机工作点沿工作线移动时，压气机流通能力q(?2)变化，导致进气道出口反压变化: 对超音进气道在超音速飞行时，将影响结尾正激波的位置，改变进气道和发动机的共同工作点 对亚音进气道将影响进口流量系数?变化 重要结论 压气机与涡轮流量平衡条件： 提高涡轮前温度不仅对热端部件产生影响，还将影响压气机喘振裕度 压气机与涡轮功率平衡条件： 当压气机功变化时，为维持功平衡，必须改变涡轮前温度或涡轮膨胀比以维持功平衡关系，否则转速将发生变化 涡轮与尾喷管流量平衡条件： 在几何固定、涡轮和喷管处于临界状态时，涡轮膨胀比基本不变 发动机各部件共同工作的结果?共同工作方程，将共同工作方程可表示在压气机特性图上而获得共同工作线 无论飞行条件或发动机工作转速如何变化，发动机的工作点总在共同工作线上移动，移动方向取决于相似转速的变化 当尾喷管喉道截面A8变化时，引起涡轮膨胀比变化，共同工作线移