涡轮喷气发动机压气机和涡轮的共同工作

1,第三章 涡轮喷气发动机压气机和涡轮的共同工作,3.1 稳态下的共同工作 3.2 调节规律 3.3 过渡态下的共同工作,2,第三章 涡轮喷气发动机压气机和涡轮的共同工作,发动机在飞机上使用时，其工作条件是不断变化的，而且发动机的工作状态也是经常改变的。例如，起飞时要求发动机的椎力比较大；飞机巡航飞行时，要求在提供一定推力的同时，燃油消耗率要尽可能小；着陆时要求发动机以尽可能小的推力稳定工作，并具备迅速地重新加速的能力。所有这些，都要求我们了解发动机在非设计状态下的性能也就是发动机的特性。,3,3.1 稳态下的共同工作,发动机五大部件组合在一起，构成发动机的本体而共同工作。由于民用航空发动机的进气道和喷管均是不可调的，所以五大部件的共同工作就是压气机、燃烧室和涡轮的共同工作。通常将压气机、燃烧室和涡轮称为燃气发生器，它是各类燃气涡轮发动机的核心机。所以，研究压气机和祸轮的共同工作，是研究各种类型燃气涡轮发动机各部件共同工作的基础。 发动机工作时，压气机和涡轮组成的转子不停地转动，按转子转动的具体情况，可以把发动机的工作分为稳态和过渡态四种。所谓稳态，是指发动机在某一转速下连续工作的状态，或者说是发动机的转速不随时间而变化的工作状态；而过渡态是指发动机从某一转速变到另一转速下工作状态的总和。所以，共同工作分为稳态下的共同工作和过渡态下的共同工作。,4,3.1 稳态下的共同工作,转速一致 流量连续 压力平衡 功率平衡,5,3.2 调节规律,一台涡轮喷气发动机安装在飞机上，在任何飞行状态下，驾驶员将油门杆放在不同的位置上，使飞机加速或减速、爬高或下降，这将使发动机经常处于非设计状态下工作。假定油门杆放 在最大位置不变，随着飞行条件的改变，希望物理转速保持在最大值不变，以使发动机产生最大推力。为减轻驾驶员劳动强度，通常采用自动控制器，通过对燃油量的自动控制来控制转速不受飞行条件和大气条件的变化影响。这种转速随飞行条件的变化规律称为调节规律或控制规律。 为了扩大发动机的稳定工作范围，发动机的一些部件必须装有相应的调节机构，如转动压气机导向叶片、压气机中间级放气等，这些调节机构都需要由发动机的自动调节器根据不同的飞行状态和不同的油门杆位量按一定的规律自动进行调节。 从发动机共同工作考虑，只有给定调节规律才能在给定的飞行条件下确定发动机的共同工作点，进而确定在非设计点的性能。调节规律包括稳定工作状态和过渡状态的调节规律。 稳定状态调节规律包括最大状态调节规律和巡航状态调节规律。,6,3.2 调节规律,发动机的最大状态调节规律,7,3.2 调节规律,8,3.2 调节规律,9,3.2 调节规律,10,3.2 调节规律,发动机的巡航状态调节规律,飞机在飞行过程中，发动机并不需要始终在最大推力状态下工作，而大部分巡航飞行是在小于最大推力的状态下工作。发动机巡航调节的目的是在保证所需推力的条件下，使发动 机有较低的燃油消耗率，且使发动机有较低的机械负荷和热负荷，这有利于发动机长时间地可靠地工作。 最简单的巡航调节是：喷管出口面积不变，而降低发动机的转速，这样就可以减小发动机的推力，同时，涡轮前燃气总温也随之降低。 如果在降低发动机转速的同时，增大喷管的出口面积，可以使燃洲消耗率始终保持为最小，称为最佳巡航调节。但是，这种巡航调节要求喷管出口面积连续可调，使调节系统和结构比较复杂。,11,3.3 过渡态下的共同工作,发动机转速变化着的工作状态称为过渡态。过渡态包括加速过程、减速过程和启动过程。转速增大的过程叫加速过程，转速减小的过程叫减速过程，转速从0加速到慢车转速的工作过程叫启动过程。在这些过程中，发动机的工作参数随时问很快地变化，所以它们又被称做动态过程，动态过程是一种非定常的工作状态。,12,3.3.1加速过程中压气机和涡轮的共同工作,13,3.3.1加速过程中压气机和涡轮的共同工作,1加速过程,要增大发动机转速，就要推油门，增大供油量，提高涡轮前燃气总温，使涡轮功率大于压气机功率，从而产生剩余功率。加速过程可以用压气机功率与涡轮功率的曲线来说明。,14,3.3.1加速过程中压气机和涡轮的共同工作,2. 最佳加速过程,首先是压气机稳定工作裕度的限制。 其次是涡轮强度条件的限制。 最后是燃烧室稳定工作要求的限制。,15,3.3.1加速过程中压气机和涡轮的共同工作,16,3.3.2 减速过程中压气机和涡轮的共同工作,涡轮功率小于压气机功率时，发动机便处于减速状态。就是说，要减小发动机转速，就耍收油门，减小供油量，降低涡轮前燃气总温，使涡轮功率小于压气机功率。,17,思考题,什么是发动机的最大状态调节规律和巡航状态调节规律?有几种可供选择的最大状态调节规律，各宵什么优缺点?,