[學(xué)習(xí)]發(fā)動機原理課件完整版：第一章2、3、4、5節(jié)

1、第一章航空燃氣渦輪發(fā)動機工作原理,,第一章航空燃氣渦輪發(fā)動機工作原理,第一節(jié) 渦輪噴氣發(fā)動機熱力循環(huán)第二節(jié) 推力公式第三節(jié) 性能指標(biāo)和基本要求第四節(jié) 能量轉(zhuǎn)換與效率第五節(jié) 發(fā)展方向,2024年3月26日,2,第二節(jié) 推力公式,一、有效推力及推力分布發(fā)動機提供的推進飛機向前運動的力，其大小等于流經(jīng)發(fā)動機內(nèi)、外的氣流對發(fā)動機各部件表面反作用力的軸向合力，用“Feff”表示。提供推動力的作用：(1) 克服飛行阻力

2、(2) 飛機達到一定速度機翼產(chǎn)生升力(3) 矢量推力?俯仰（偏航）力矩推力分布,2024年3月26日,3,二、推力公式推導(dǎo),取發(fā)動機單獨安裝于短艙的安裝形式遠前方為“0”截面短艙進口為“01”截面尾噴管出口為 “9”截面,2024年3月26日,4,,二、推力公式推導(dǎo),氣流流經(jīng)發(fā)動機內(nèi)、外所產(chǎn)生的反作用力：Fout：氣流作用于短艙外表面的軸向合力Fin： 發(fā)動機內(nèi)各部件所受氣流反作用力的軸向合力,2024年3月26日,5,

3、二、推力公式推導(dǎo),FoutdA — 短艙外表面微元面積在垂直于軸向 方向上的投影；X f — 摩擦阻力因與飛行方向相反，故均為負。,2024年3月26日,6,二、推力公式推導(dǎo),Fin動量定理：控制體進、出口氣流動量變化＝全部軸向力的合力控制體包括：短艙包含的氣流和進氣道前方一段擴張管流。,2024年3月26日,7,二、推力公式推導(dǎo),Feff,2024年3月26日,8,二、推力公式推導(dǎo),F

4、eff,2024年3月26日,9,推力,阻力,附加阻力,壓差阻力,摩擦阻力,二、推力公式推導(dǎo),推力附加阻力壓差阻力摩擦阻力,2024年3月26日,10,二、推力公式推導(dǎo),Feff與F對于亞音速飛機，由于發(fā)動機對氣流擾動較小,可以近似認為: Feff ? F對于超音速飛機在超音速飛行時激波的出現(xiàn)，F(xiàn)eff? F三項損失不容忽視!,2024年3月26日,11,二、推力公式推導(dǎo),Feff與F安裝位置飛機機體設(shè)

5、計必須與發(fā)動機工作相匹配，以減小安裝損失。,2024年3月26日,12,安裝推力,非安裝推力,安裝損失,二、推力公式推導(dǎo),推力,2024年3月26日,13,發(fā)動機推力＝空氣流量?進排氣速度差,第一章航空燃氣渦輪發(fā)動機工作原理,第一節(jié) 渦輪噴氣發(fā)動機熱力循環(huán)第二節(jié) 推力公式第三節(jié) 性能指標(biāo)和基本要求第四節(jié) 能量轉(zhuǎn)換與效率第五節(jié) 發(fā)展方向,2024年3月26日,14,第三節(jié) 性能指標(biāo)和基本要求,一、性能指標(biāo)1、推力單

6、位：N、daN、kgf,2024年3月26日,15,一、性能指標(biāo),1、推力（動量變化）空氣：燃油：大涵道比（民用）渦扇 燃油/空氣 幾/ ‰小涵道比（軍用）渦扇 燃油/空氣 幾/%,2024年3月26日,16,排出燃氣流量,排出進口空氣流量,一、性能指標(biāo),1、推力（壓力變化）,2024年3月26日,17,一、性能指標(biāo),1、推力推力：尾噴管完全膨脹：p9=p0忽略進出口流量差異 qmg=qma,2024年

7、3月26日,18,一、性能指標(biāo),1、推力如果v0=0，則為地面臺架試驗 F119 qma=125kg/s v9=1200m/s F=150000N,2024年3月26日,19,一、性能指標(biāo),示例：進行發(fā)動機地面臺架試車，其中發(fā)動機進口流量100kg/s，進口速度120m/s，排氣速度800m/s，尾噴管完全膨脹，則發(fā)動機產(chǎn)生的推力是多少？A

8、68000NB80000N,2024年3月26日,20,,,一、性能指標(biāo),1、推力發(fā)動機推力大小僅僅反映飛機的推力需求，不能反映不同推力級發(fā)動機之間的性能優(yōu)劣例如:GE90(BY777) F=392000N, qma=1420kg/s D=3.524mwp-11(無人機) F=8500N, qma=13kg/s

9、 D=0.3m,2024年3月26日,21,一、性能指標(biāo),2、單位推力單位：N ·s/kg每秒鐘流過發(fā)動機的每公斤空氣產(chǎn)生的推力.忽略進出口流量變化，完全膨脹：又進行地面臺架試驗：,2024年3月26日,22,一、性能指標(biāo),2、單位推力大涵道比民用渦扇：300高性能小涵道比軍用渦扇：700-1200單位推力越大

10、，迎頭面積越小。,2024年3月26日,23,一、性能指標(biāo),3、推重比FW = F / W無量綱量綜合性指標(biāo)：反映氣動熱力循環(huán)的設(shè)計水平（如高單位推力），反映結(jié)構(gòu)設(shè)計水平。統(tǒng)計：W增加1kg導(dǎo)致飛機重量增加2.5kg。,2024年3月26日,24,一、性能指標(biāo),3、推重比J473F1008F11910飛機推重比將直接影響飛機性能（最大平飛速度、升限、有效載荷和機動性、作戰(zhàn)半徑等）先進戰(zhàn)斗機推重比?1

11、.1～1.15,2024年3月26日,25,一、性能指標(biāo),4、單位迎面推力F A= F / A單位：N/m2發(fā)動機短艙安裝，其迎面面積的大小，決定了發(fā)動機外部阻力大小。渦噴發(fā)動機 F A 約為80-100kN/m2,2024年3月26日,26,一、性能指標(biāo),5、耗油率單位：kg/h ·N或kg/h ·daN產(chǎn)生1牛頓推力每1小時消耗的燃油量經(jīng)濟性指標(biāo),2024年3月26日,27,油氣比,一、性能指

12、標(biāo),示例：F119發(fā)動機qmf = 7.2kg/s（每小時耗油25920kg）推力≈150000N耗油率：0.173 kg/h ·N,2024年3月26日,28,一、性能指標(biāo),小結(jié)1、推力 F2、單位推力Fs3、推重比 Fw4、單位迎面推力 FA5、耗油率 sfc,2024年3月26日,29,二、使用性能要求,1. 起動迅速可靠(地面、空中） t = (30-60 s) 2. 加、

13、減速性能好 指發(fā)動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速迅速增加或減小，使發(fā)動機推力迅速加大或減小的能力。 t = (5 - 15 s),2024年3月26日,30,二、使用性能要求,3.工作穩(wěn)定、可靠性好使用中避免發(fā)生：熄火、超溫、超轉(zhuǎn)、喘振等結(jié)構(gòu)完整性安全可靠事故率：發(fā)動機故障引起飛行事故次數(shù)/10萬小時空中停車率：空中停車次數(shù)/工作千小時（IFSD）返修率（Shop Visit Ratio / 1000hr）平均無故障時

14、間(Meaning Time Between Faults)?,2024年3月26日,31,二、使用性能要求,4.壽命長 兩次返修之間發(fā)動機工作小時數(shù) 軍用: 100-400小時 民用:上千-上萬小時5.其他 可維修性、低成本、低排放污染、低噪音等,2024年3月26日,32,三、基本要求,高推重比（高單位推力）低耗油率高穩(wěn)定可靠性低成本低污染,2024年3月26日,33,第一章航空燃氣渦

15、輪發(fā)動機工作原理,第一節(jié) 渦輪噴氣發(fā)動機熱力循環(huán)第二節(jié) 推力公式第三節(jié) 性能指標(biāo)和基本要求第四節(jié) 能量轉(zhuǎn)換與效率第五節(jié) 發(fā)展方向,2024年3月26日,34,第四節(jié) 能量轉(zhuǎn)換與效率,一、能量轉(zhuǎn)換航空發(fā)動機是（熱機+推進器）的組合體熱機 熱能 ? 機械能 熱效率推進器 機械能 ? 推進功 推進效率組合體 熱能? 機械能 ?推進功 總效率,202

16、4年3月26日,35,二、熱效率,,2024年3月26日,36,,三、推進效率,單位時間發(fā)動機對飛機所做推進功發(fā)動機每公斤工質(zhì)單位時間對飛機所作推進功推進效率定義：,2024年3月26日,37,三、推進效率,兩種極端情況當(dāng)V0=0時， ?p= 0當(dāng)V9 = V0時， ?p =1 （但Fs= V9 － V0＝ 0） V9 ? V0 0 ? ?p ? 1 （0.5~0.7

17、5） 有效功 ? 推進功的轉(zhuǎn)換必有“損失”,2024年3月26日,38,三、推進效率,損失 = 有效功?推進功 =絕對坐標(biāo)系中氣流以絕對速度(V9 ? V0)排出發(fā)動機所帶走的能量，稱為“余速損失”若V0 =0，則全部可用能以動能 的形式損失在空間，不產(chǎn)生推進功。,2024年3月26日,39,三、推進效率,思考題發(fā)動機做地面臺架試驗，F(xiàn)=10000N，V9=500m/s，推進功和效率分別是多少？V0=0，

18、推進功=0，推進效率=0,2024年3月26日,40,,四、總效率,發(fā)動機作為“熱機+推進器”的效率。經(jīng)濟性指標(biāo)，0.2~0.3提高總效率途徑1、提高熱效率，改善循環(huán)參數(shù)（提高 、 ，高效率部件）2、提高推進效率（減少V9 － V0 ）,2024年3月26日,41,四、總效率,總效率與耗油率的關(guān)系飛行速度一定時，總效率與耗油率成反比飛行速度變化時，只能用總效率表示經(jīng)濟性飛行速度為零時，只能用耗油率表示

19、經(jīng)濟性,2024年3月26日,42,四、總效率,,2024年3月26日,43,對于渦噴發(fā)動機存在矛盾渦噴發(fā)動機將熱力循環(huán)獲得的機械能全部轉(zhuǎn)換為氣體的動能增量，進、排氣速度差大，可提高熱效率和增加推力但排氣速度差大，推進效率低，總效率低經(jīng)濟性差，耗油率高能否在不降低發(fā)動機熱效率的條件下，提高推進效率，改善低速飛行條件下的總效率降低耗油率？其他類型發(fā)動機,四、總效率,作業(yè)：V0=300m/s , V9=600m/s , qma=1

20、00kg/s, qmf=1kg/s，Hu=42900kJ/kg，求?th 、?p 、 ?0 。,2024年3月26日,44,第一章航空燃氣渦輪發(fā)動機工作原理,第一節(jié) 渦輪噴氣發(fā)動機熱力循環(huán)第二節(jié) 推力公式第三節(jié) 性能指標(biāo)和基本要求第四節(jié) 能量轉(zhuǎn)換與效率第五節(jié) 發(fā)展方向,2024年3月26日,45,第五節(jié) 發(fā)展方向,要求：高單位推力、低耗油率單位推力、耗油率與熱力循環(huán)關(guān)系,2024年3月26日,46,第五節(jié) 發(fā)展方向

21、,提高加熱比?（即T3*），可有效提高循環(huán)功，因此提高單位推力，但同時使耗油率增加；提高壓氣機增壓比?k，可提高熱效率，降低耗油率，但導(dǎo)致單位推力下降；為獲得高單位推力和低耗油率，隨T3*的提高，相應(yīng)提高壓氣機增壓比,2024年3月26日,47,第五節(jié) 發(fā)展方向,,2024年3月26日,48,典型亞音速飛機發(fā)動機,第五節(jié) 發(fā)展方向,,2024年3月26日,49,典型軍用發(fā)動機,第一章 小結(jié),推力的產(chǎn)生及推力公式性能指標(biāo)熱力循環(huán)及

22、循環(huán)分析結(jié)果循環(huán)功、熱效率與循環(huán)增壓比、加熱比的關(guān)系三個效率（? th、? p、? 0 ）的定義、能量轉(zhuǎn)換、損失發(fā)動機的發(fā)展方向為提高發(fā)動機推重比（單位推力），提高燃燒室出口溫度T3*為降低耗油率，提高壓氣機增壓比?k *,作業(yè),1、發(fā)動機推力與有效推力存在有什么區(qū)別?有效推力公式中的三項阻力與哪些因素有關(guān)?內(nèi)推力大小與哪些因素有關(guān)？2、對于殲擊機用發(fā)動機，為什么將高推重比作為追求目標(biāo)？提高發(fā)動機渦輪前溫度為什么可以提高發(fā)