涡喷发动机的工作原理.docx

1. 涡喷发动机的工作原理 ？涡喷发动机以空气为介质，进气道将所需的的外界空气以最小的流动损失送到压气机；压气机通过高速旋转的叶片 对空气压缩做功，提高空气的压力；空气在燃烧室内和燃油混合燃烧，将燃料化学能转变成热能，生成高温高压燃气； 燃气在涡轮内膨胀，将热能转为机械能，驱动涡轮旋转，带动压气机；燃气在喷管内继续膨胀，加速燃气，燃气以较高 速度排出，产生推力2. 涡轮发动机的特征，什么是燃气涡轮发动机的特性？发动机特性分哪几种？ 特征：发动机作为一个热机，它将燃料的热能转变为机械能，同时作为一个推进器，它利用所产生的机械能使发动机获 得推力发动机的特性：燃气涡轮发动机的推力和燃油消耗率随发动机转速、飞行高度和飞行速度的变化规律叫发动机特性 发动机特性分为：保持飞机高度和飞机速度不变的情况下，发动机推力和燃油消耗率随发动机转速的变化规律叫发动机 转速特性在给定的调节规律下，保持发动机的转速和飞机速度不变时，发动机的推力和燃油消耗率随飞机的高度的变 化规律叫高度特性在给定的调节规律下，保持发动机的转速和飞行高度不变时，发动机的推力和燃油消耗量随飞机速 度(或马赫数)的变化规律叫速度特性3. 净推力和总推力根据牛顿第 2，第3 定律，气流进入发动机和离开发动机的动量发生变化，产生推力。

净推力：取决于离开发动机的燃气动量与进来的空气动量加进来的燃油动量净推力还包括喷管出口的静压超过周围空气的静压产生的推力Fn=Qma(Vj-Va)+Aj(Pj-Pam)总推力：是指当飞机静止时发动机排气产生的推力，包括排气动量产生的推力和喷口静压和环境空气静压之差产生的附加推力 Fg=Qma(Vj)+Aj(Pj-Pam)正常飞行时，压气机、扩压器、燃烧室、排气锥产生向前推力，涡轮、尾喷口产生向后的推力4. 影响热效率的因素？热效率表明，在循环中加入的热量有多少变为机械功影响因素有：加热比(涡轮前燃气总温)，压气机增压比，压气 机效率和涡轮效率加热比、压气机效率和涡轮效率增大，热效率也增大压气机增压比提高，热效率增大，当增压比 等于最经济增压比时，热效率最大，继续提高增压比，热效率反而下降热效率也称做内效率5. 进气道的作用？什么是进气道总压恢复系数？一是尽可能多的恢复自由气流的总压并输送该压力到压气机，这就是冲压恢复或压力恢复；二是提供均匀的气流到压气 机使压气机有效地工作进气道出口截面的总压与进气道前方来流的总压比值，叫做进气道总压恢复系数，该系数是小 于1 的数值，表示进气道的流动损失。

6. 进气道冲压比的定义，影响冲压比的因素？进气道的冲压比是：进气道出口处的总压与远方气流静压的比值冲压比越大，说明空气在压气机前的冲压压缩程度越 大，影响冲压比因素：流动损失，飞行速度和大气温度大气密度、高度、发动机转速)：当大气温度和飞行速度一定 时，流动损失大，则冲压比下降；当大气温度和流动损失一定时，飞行速度越大，则冲压比增加；当飞行速度和流动损 失一定时，大气温度上升，则冲压比下降7. 压气机分哪两种？目前燃气涡轮发动机中常采用哪一种，为什么？ 离心式和轴流式目前燃气涡轮发动机中常采用轴流式压气机这是因为轴流式压气机具有下述优点：总的增压比高， 压气机效率高，单位面积的流通能力高，迎风面积小，阻力小缺点：单级增压比低，结构复杂 离心式优点：单级增压比高，压气机稳定工作范围宽，结构简单可靠，重量轻，长度短，起动功率小，缺点：流动损失 大，效率低，单位面积的流通能力低，迎风面积大，阻力大8. 进口导向叶片的功能是什么？决定进入压气机叶片气流攻角的因素是什么？为了保证压气机工作稳定，有的在第 1 级工作叶轮前还有一排不动的叶片称为进口导向叶片其功能是引导气流的流 动方向产生预旋，使气流以合适的方向流入第 1 级工作叶轮。

决定因素是：工作叶轮进口处的绝对速度(包括大小和 方向)，压气机的转速9. 简要说明空气在多级压气机中的流动基元级的叶栅通道均是扩张形的在叶轮内，绝对速度增大，相对速度减小同时，总压、静压和总温、静温都升高； 在整流器内，绝对速度减小；静压和静温升高，总压略有下降，总温保持不变由此可见，空气流过基元级时，不仅在 叶轮内受到压缩，而且在整流器内也受到压缩10. 基元速度三角形、气流攻角、影响攻角的因素及物理意义 速度三角形：基元级包括一级转子和一级静子这两排叶栅中动叶叶栅以圆周速度运动，静叶叶栅静止不动从静叶出 来的气流速度是绝对速度进入动叶的气流速度是相对速度绝对速度等于相对速度和圆周速度的向量之和这就是速 度三角形攻角：工作叶轮进口处相对速度的方向和叶片弦线之间的夹角叫攻角 影响攻角的因素有两个：一个是转速，另一个是工作叶轮进口处的绝对速度（包括大小和方向） 物理意义：流量系数小于设计值，呈正攻角，会使气流在叶背处分离，而这种气流分离扩展到整个叶栅通道时导致压气 机喘振；大于设计值，呈负攻角，会使气流在叶盆出分离，形成涡轮状态11. 什么是压气机的流量系数？影响压气机流量系数的因素有哪些？它的物理意义是什么？压气机的流量系数是工作叶轮进口处的绝对速度在发动机轴线的分量和工作叶轮旋转的切向速度之比。

影响流量系数的 因素有两个：一个是转速，另一个是叶轮进口处的绝对速度物理意义：流量系数比设计值小，会使气流在叶背处发生 分离；流量系数比设计值过大，使气流在叶盆处发生分离12. 什么是压气机的喘振？导致喘振的根本原因是什么？ 喘振是气流沿压气机轴线方向发生的低频高振幅的振荡现象导致喘振的根本原因是由于气流攻角过大，在叶背处发生 分离而这种气流分离扩展到整个叶栅通道13. 在压气机中，什么是预旋和正预旋？说明正预旋的作用？ 第一级工作叶轮进口处绝对速度在切线方向的分量称为预旋若叶轮进口处绝对速度的切向分量与叶轮旋转的圆周速度 方向一致，称为正预旋，否则称为负预旋；|预旋是由进气导向器产生的，目的是改变相对速度的方向，减小气流攻角， 避免气流在叶背处发生分离，防止压气机喘振14. 压气机的增压比的定义是什么？它与级增压比是什么关系？ 压气机的增压比是：压气机出口处的总压与压气机进口处的总压之比 压气机的增压比等于各级增压比乘积15. 发动机流量特性,喘振边界定义,喘振裕度定义？ 压气机的性能参数即增压比和效率随工作参数即压气机的空气流量、压气机转子转速、进入压气机的空气总温、总压的 变化规律称为压气机特性。

在进入压气机的空气总温、总压保持不变的情况下，压气机的增压比和效率随进入压气机的空气流量、压气机转子转速 的变化规律称为压气机的流量特性喘振边界：即不同转速下喘振点的连线喘震裕度：为了避免压气机喘振，必须保持工作线和喘振线有足够的距离，这个距离用喘振裕度来衡量更具体的说， 喘振裕度为在同一空气流量下，喘振点和工作点的增压比之差与工作点增压比的比值16. 涡轮发动机压气机防止喘振的方法和原理？ 原理：压气机在非设计状态下通过一些措施也能保持与压气机几何形状相适应的速度三角形，从而使攻角不要过大或 过小方法：采用放气活门或放气带、压气机静子叶片可调和多转子采用放气活门或放气带：通过改变气流流量即改变工作叶轮进口处绝对速度轴向分量的大小改变其相对速度的大小和方 向，使前面的攻角减小，后面的攻角增大，达到防喘目的；压气机静子叶片可调：即改变静子叶片的安装角，通过改变 工作叶轮进口处绝对速度的切向分量大小也称预旋量，从而改变进口处相对速度的方向，减小攻角进行防喘；多转子： 通过改变转子转速，即改变压气机动叶的切向速度来改变工作叶轮进口处气流相对速度的方向，减小攻角而达到防喘目 的17. 双转子发动机的防喘原理？ 双转子或三转子的防喘原理是通过分别改变低压压气机和高压压气机的转速，以减小攻角，达到防喘的目的。

18. 压气机叶片为什么要扭转？如何扭转？压气机叶片的扭转主要是因为转子叶片呈翼型截面形状，通常涉及沿其长度有一压力梯度，以保证空气维持一个比较均 匀的轴向速度，向叶尖方向逐渐变高的压力抵消转子作用在气流上的离心作用，为此必须将叶片从叶根向尖部“扭转”， 以便在每一点都有一个正确的攻角叶片的扭转情况是：在叶尖处叶型弯度小，叶型安装倾斜度大；在叶根处叶型弯度 大，叶型安装倾斜度小19. 发动机燃烧室的特点与要求？燃烧室的任务是将通过喷嘴供应的燃油和压气机供应的空气混合燃烧释放能量，供给涡轮所需的均匀加热的平稳燃气 流这一任务必须以最小的压力损失来完成，并且在有限的可用空间里释放出最大的热量特点：燃烧室在高温下工作， 条件十分恶劣燃烧室工作的好坏直接关系道发动机工作与性能；承受燃烧产物造成的腐蚀以及温度梯度产生的蠕变失 效和由振动力产生的疲劳基本要求是：点火可靠（影响点火可靠的因素是燃油与空气的比例）、燃烧稳定（燃烧的稳 定性是指在宽广的工作范围内平稳燃烧和火焰的保持能力，稳定燃烧的条件是燃烧时气流速度等于火焰的传播速度）、 燃烧效率高（常用来衡量燃烧完成的程度）、压力损失小、尺寸小（意味在单位燃烧室空间中，在单位时间内可用燃烧 更多的燃油，常用容热强度来衡量燃烧室容积的利用程度）、出口温度场分布满足要求（火焰除点火过程的短暂时间外， 不得伸出燃烧室；在燃烧室出口环形通道上的温度分布尽可能均匀；在径向上靠近叶尖和叶根处的温度应低一些，而距 离叶尖大约1/3 处温度最高）、燃烧完全、排气污染小（碳氢化合物、烟、一氧化碳和氮的氧化物）、寿命长。

20. 余气系数的定义和意义？余气系数a是指进入燃烧室的空气流量与进入燃烧室的燃油流量完全燃烧所需要的最少的理论空气量L意义： 余气系数表示贫油和富油的程度余气系数小于1 时，为富油余气系数大于1时，为贫油在贫油和富油极限之间， 火焰才能稳定燃烧油气比f是进入燃烧室的燃油流量与空气流量的比值，与余气系数的关系是：f=l/aL21. 目前涡轮风扇发动机大多采用什么类型的燃烧室？为什么？ 大多采用环型燃烧室环型燃烧室的优点有：环形面积利用率高；迎风面积小，重量较轻；点火性能好；总压损失小； 出口温度分布能满足要求；燃烧室的壁面积少，需要的冷却空气量减少，燃烧效率提高，因此实际上是消除了未燃烧 的燃油，并将一氧化碳化成二氧化碳，减少了空气的污染同一功率输出而言，燃烧室的长度只有同样直径的环管形 燃烧室长度的 75%，节省了重量和成本另外，它消除了各燃烧室之间的燃烧传播问题环形燃烧室缺点：制造成本 高，拆卸困难和耗费时间管型燃烧室优点：设计简单，结构强度好，能够单个的拆卸和更换；缺点：它们较重和需 要更多的空间，还需要复杂的来自压气机的空气供应管路，导致气动损失非常高，并且从一个室到其他室的点火困难。

管环燃烧室优点：比多管燃烧室尺寸小，重量轻，不需要复杂的空气供应管路，结构强度好，缺点：气动损失相当高 和从一个火焰筒到另一个点火困难）22. 燃烧室中安装旋流器的主要作用? 旋流器是由若干个旋流片按一定角度沿周向排列成的旋流器安装在火焰筒的前部，当空气流过旋流器时，由轴向运动 变成旋转运动，气流被惯性离心力甩向四周，使燃烧室的中心部分空气稀薄，形成一个低压区，于是火焰筒四周的空气 及后部一部分高温燃气便向火焰筒的低压区倒流，形成回流，使气流轴向速度比较小，形成稳定的点火源，提高燃烧效 率在燃烧室中有回流的地方叫回流区，回流区外边的叫主流区）23. 进入燃烧室的第一股气流和第二股气流各有什么作用？ 第一股由燃烧室的头部经过旋流器进入，约 25%左右，与燃油混合，组成余气系数稍小于 1 的混合气体进行燃烧第二 股气流由火焰筒壁上开的小孔及缝隙进入燃烧室，占总进气量的75%左右，用于降低空气速度，补充燃烧，与燃气掺混 稀释并降低燃气温度，满足涡轮对温度的要求，冷却保护火焰筒24. 燃烧室。