发动机原理：第四章 涡轮风扇发动机.ppt

第四章涡轮风涡轮风 扇发动发动 机第四章 涡轮风涡轮风 扇发动发动 机 第一节节 基本工作原理 第二节节 主要的过过程参数 第三节节 部件特点 第四节节 各部件共同工作和调节规调节规 律 第五节节 发动发动 机特性*2第一节节 基本工作原理*3 涡喷发动涡喷发动 机在低速飞飞行条件下推力小，经济经济 性差 涡喷发动涡喷发动 机为为提高热热效率，将燃气发发生器产产生的可用能量全部转换为转换为 气体的动动能增量，进进、排气速度差大，推进进效率低 能否在不降低发动发动 机热热效率的条件下，提高推进进效率，改善低速飞飞行条件下的总总效率？第一节节 基本工作原理*4第一节节 基本工作原理 发动发动 机由涡喷过涡喷过 渡到涡涡扇发动发动 机，是否仅仅仅仅改善经济经济 性？*5第一节节 基本工作原理 由单轴涡喷单轴涡喷 双轴涡喷轴涡喷 高增压压比压压气机，非设计设计 状态态前后“不匹配” 双轴涡喷缓轴涡喷缓 和了压压气机前后“不匹配”的矛盾 随发动发动 机循环环参数提高， “不匹配”仍然严严重 解决方案： 由双轴涡喷轴涡喷 双轴涡轴涡 扇 涡涡扇发动发动 机的优优点： 不仅仅改善了经济经济 性，还进还进 一步改善了非设计设计点匹配性*6第一节节 基本工作原理*7第一节节 基本工作原理*8第一节节 基本工作原理 两种类类型分开排气混合排气*9第一节节 基本工作原理分开排气涡涡扇发动发动 机 组组成： 进进气道、 风风扇、 压压气机、 燃烧烧室 、涡轮涡轮 、 外涵道、 内、外涵尾喷喷管。

I 内涵 II外涵 *10第一节节 基本工作原理分开排气涡涡扇发动发动 机 风风扇功能及工作原理与压压气机相同 F = FI+FII*11第一节节 基本工作原理混合排气涡涡扇发动发动 机 组组成： 进进气道、 风风扇 、压压气机、 燃烧烧室、 涡轮涡轮 、外涵道、 混合器、 尾喷喷管12第一节节 基本工作原理热热力循环环 气流在涡轮涡轮 和尾喷喷管的总总膨胀胀功We 涡轮涡轮 功分为为两部分 “压压气机”涡轮涡轮 WT I “风风扇”涡轮涡轮 WT II 内涵喷喷管出口动动能 EK=V92/2*13第一节节 基本工作原理质质量附加原理 作为热为热 机，当在发动发动 机中获获得的机械能一定时时，把这这个能量分配给给工质质，工质质的质质量流量越多，即参与产产生推力的工质质越多，推力越大，耗油率越低14第一节节 基本工作原理质质量附加原理 证证明：（教材P41） 将“同参数”的分别别排气涡涡扇与涡喷涡喷 比较较 内涵总总增压压比相同 加热热量相同 循环环功相同 涡喷涡喷 参数“1” ，涡涡扇参数“2”*15第一节节 基本工作原理质质量附加原理 假设设 不考虑虑从内涵气流向外涵气流能量传递过传递过 程的损损失； 气流在尾喷喷管出口达到完全膨胀胀。

“同参数”具有相同的理想循环环功*16第一节节 基本工作原理质质量附加原理*17第一节节 基本工作原理质质量附加原理 排气速度 推力 V0 = 0时时*18第一节节 基本工作原理质质量附加原理*19 热热效率 推进进效率 总总效率 耗油率 第一节节 基本工作原理结论结论 涡涡扇发动发动 机将从热热机中获获取的机械能分配给给了更多的工作介质质，参与产产生推力工质质增多，因此推力增大； 相同热热效率条件下降低了排气速度，减小了余速损损失，提高了推进进效率，提高了总总效率，降低了耗油率 涵道比越大，推力越大，耗油率越低 Y=0.31.5 sfc=0.0550.07kg/N.hr Y=58 sfc=0.03 0.04kg/N.hr*20第一节节 基本工作原理分类类 风风扇位置 排气方式 是否加力 轴轴数*21第一节节 基本工作原理性能计计算公式（分开排气）*22第一节节 基本工作原理性能计计算公式（混合排气）*23第二节节 主要的过过程参数1、涡轮涡轮 前温度T3* 重要的内涵循环环参数 提高T3* ，允许许将更多的能量传给传给 更多的外涵气流，增加涵道比，提高推力2、增压压比 重要的内涵循环环参数 提高增压压比，有利于热热效率提高，改善经经济济性*24第二节节 主要的过过程参数3、能量分配比*25第二节节 主要的过过程参数3、能量分配比 增加风风扇增压压比 风风扇外涵压缩压缩 功WKII越大，风风扇外涵增压压比越高，外涵排气速度越大； 需要的涡轮涡轮 功愈多，内涵涡轮涡轮 功变变少，内涵排气温度和压压力越低，排气速度越小。

26第二节节 主要的过过程参数3、能量分配比 分排涡涡扇 以获获得最高推进进效率为为分配原则则 内涵气流排气速度略大于外涵排气速度 Y4 1级风级风 扇*27第二节节 主要的过过程参数3、能量分配比 混排涡涡扇 以掺掺混损损失最小为为分配原则则 混合器进进口内、外涵气流总压总压 近似相等 风风扇增压压比=35 34级风级风 扇*28第二节节 主要的过过程参数4、涵道比1）分开排气*29第二节节 主要的过过程参数4、涵道比1）分开排气*30假设调节规律为nH=const第二节节 主要的过过程参数4、涵道比 无论论外涵道喷喷管处处于何种工作状态态，分别别排气涡涡扇发动发动 机的涵道比Y均随飞飞行Ma的增加而增加 外涵道喷喷管临临界： Ma增加，Y增加 外函道喷喷管亚临亚临 界：Ma增加，Y大幅度增加*31第二节节 主要的过过程参数4、涵道比 涡涡扇发动发动 机的防喘机理： 当飞飞行Ma数增加，导导致高压压压压 气机相对对流通能力下降时时，风风扇出口的气流将更多的流向外涵道，这这有利于进进一步缓缓和低相似转转速下“前重后轻轻”的矛盾32第二节节 主要的过过程参数4、涵道比2）混合排气*33第二节节 主要的过过程参数4、涵道比*34l 随飞行Ma增加，混合排气发动机的涵道比增加速度比分别排气发动机快。

若风扇、压气机等部件设计参数相同）第二节节 主要的过过程参数4、涵道比 增加涵道比使发动发动 机单单位推力下降 选择选择 取决于 涡轮涡轮 前温度 飞飞行速度*35第二节节 主要的过过程参数4、涵道比 亚亚音速飞飞机选择选择 大涵道比涡涡扇发动发动 机 高增压压比 高涵道比 高涡轮涡轮 前温度 超音速飞飞机选择选择 小涵道比涡涡扇发动发动 机 高涡轮涡轮 前温度 适当的增压压比 低涵道比*36第二节节 主要的过过程参数 典型的亚亚音速飞飞机发动发动 机*37第二节节 主要的过过程参数 典型的军军用发动发动 机*38第三节节 部件特点一、风风扇 高增压压比跨音级级（级级增压压比=1.7-2.2) 为为减振，加强刚刚性，带带减振阻尼凸台； 设计为设计为 有蜂窝结窝结 构的宽宽弦叶片39第三节节 部件特点一、风风扇*40第三节节 部件特点二、压压气机 级级增压压比不断提高 提高叶尖切线线速度 增加叶片负负荷 改进稳进稳 定工作范围围 采取有效的防喘措施 提高压压气机效率 改进进叶型 严严格控制叶尖间间隙*41第三节节 部件特点三、燃烧烧室 短环环型火焰筒 低排放污污染 分区供油 间间歇喷喷油*42第三节节 部件特点四、涡轮涡轮 采用耐高温材料（定向结结晶、单单晶精密铸铸造）； 冷却技术术（冷却气、高温涂层层）； 为为提高效率，采用主动动径向间间隙控制技术术，可使巡航耗油率降低1%。

43第三节节 部件特点五、混合器 掺掺混目的 可获获得1-3%的推力增益； 降低排气速度，降低噪音； 降低排气温度，降低红红外辐辐射（隐隐身） 便于加力 提高掺掺混效果，掺掺混斗设设计计*44第四节节各部件共同工作和调节规调节规 律 共同工作条件（与涡喷涡喷 相同） 共同工作方程 高压转压转 子（与单轴涡喷单轴涡喷 相同） 低压转压转 子 分排 混排*45第四节节各部件共同工作和调节规调节规 律 共同工作线线*46第四节节各部件共同工作和调节规调节规 律 双轴发动轴发动 机共同点 几何不可调发动调发动 机，共同工作线线都具有唯一性 双轴发动轴发动 机区别别： 双轴涡喷发动轴涡喷发动 机在低换换算转转速状态态下，低压压转转子共同工作线较线较 平缓缓，容易喘振； 涡涡扇发动发动 机外涵道相当于对对低压压压压 气机后端放气，增大了q（）,使得工作线线下移； 混合排气发动发动 机共同工作线线最陡峭，防喘效果最好47第四节节各部件共同工作和调节规调节规 律调节规调节规 律 分排涡涡扇发动发动 机( 因通常几何参数不可调调) 调节调节 中介：燃油 调节调节 参数： 低压转速（如G.E.) 发动机压比（如PW) 混排涡涡扇发动发动 机 调节调节 中介：燃油、A8 调节调节 参数：组组合控制规规律*48第四节节各部件共同工作和调节规调节规 律 例：在各种飞飞行条件下产产生尽可能大的推力 进进气总总温 255K 等相似转转速调节调节 255K进进气总总温 288K 等低压转压转 速调节调节 288K进进气总总温 373K 排气温度 = f (进进气总总温 ) A8 = f (进进气总总温 )*49第五节节 发动发动 机特性1、转转速特性 特性变变化趋势趋势 基本与涡喷发动涡喷发动 机相同 涵道比随转转速降低而增大 节节流时时，低压转压转 子转转速比高压转压转 子转转速下降快，转转差率更大，有利于防喘*50第五节节 发动发动 机特性2、速度特性 不加力涡涡扇发动发动 机速度特性 设计设计 涵道比Yd不同, 推力随Ma的变变化规规律不同 Yd大于1, 推力随Ma增加呈下降趋势趋势 Yd越大, 耗油率随Ma增加上升越剧剧烈*51第五节节 发动发动 机特性2、速度特性 复燃加力涡涡扇发动发动 机速度特性 设计设计 涵道比Yd 1 加力比更大 高速下耗油率与涡喷涡喷 相当 巡航时时不加力耗油率低有利于增加作战战半径*52小涵道比涡扇发动机适合超音速战斗飞机第五节节 发动发动 机特性3、高度特性 推力随高度增加而下降 H11Km 耗油率不变变 高度特性优优于涡喷涡喷*53小结结 工作过过程及质质量附加原理 大涵道比涡涡扇发动发动 机 高涵道比、高增压压比、适当的涡轮涡轮 前温度 起飞飞推力大 噪音低 巡航耗油率低 随Ma增加,推力单调单调 下降, 只适用于亚亚音速飞飞机*54小结结 小涵道比加力涡涡扇发动发动 机 高涡轮涡轮 前温度、低涵道比、适当的增压压比 加力比大 巡航耗油率低 适用于超音速飞飞机*55理想循环环功*56涡涡扇发动发动 机内涵循环环 涡喷涡喷 循环环推进进效率比较较*57。