飞行器发动机复习ppt课件.ppt

飞行器发动机原理〞复习8/21/2024南京航空航天大学能源与动力学院南京航空航天大学能源与动力学院“飞行器发动机原理〞考试安排飞行器发动机原理〞考试安排考试时间：考试时间：4 4月月2424日〔周日〕日〔周日〕18:30 ~ 20:3018:30 ~ 20:30考试地点：考试地点：719(102719(102、、104104、、105105班班) ) 717(101 717(101、、103103班班) ) 答疑地点：动力楼答疑地点：动力楼319319房间房间“飞行器发动机原理〞题型飞行器发动机原理〞题型一、选择题〔每题一、选择题〔每题2 2分，共分，共1010分）分）二、填空题〔每题二、填空题〔每题1 1分，共分，共2020分）分） 三、简答题〔每题三、简答题〔每题6 6分，共分，共3636分）分）四、综合题四、综合题 —— —— 论述题和计算题论述题和计算题 （共（共3 3题，共题，共3434分）分） 有计算题，请带计算器有计算题，请带计算器 第一章第一章 燃气涡轮发动机热力气动基础燃气涡轮发动机热力气动基础第一节第一节 热力学第一定律热力学第一定律一、理想气体的状态方程式一、理想气体的状态方程式二、比热容和热量二、比热容和热量三、工质的内能三、工质的内能四、外功四、外功五、工质的焓五、工质的焓六、热力学第一定律六、热力学第一定律七、热力过程七、热力过程第二节第二节 热力学第二定律热力学第二定律一、气体工质的熵一、气体工质的熵二、热力学第二定律二、热力学第二定律第三节第三节 气体动力学的基本方程气体动力学的基本方程一、常用气体动力学的基本方程一、常用气体动力学的基本方程二、音速和马赫数二、音速和马赫数三、气流的滞止参数和气动函数三、气流的滞止参数和气动函数四、膨胀波和激波四、膨胀波和激波第一章第一章 燃气涡轮发动机热力气动基础燃气涡轮发动机热力气动基础一、概念区分一、概念区分1.1.状态参数和过程参数状态参数和过程参数状态参数：仅与过程的起点和终点有关，而与过程状态参数：仅与过程的起点和终点有关，而与过程的路径无关的参数，如温度、压强、密度、焓、的路径无关的参数，如温度、压强、密度、焓、内能、熵等。

内能、熵等过程参数：不仅与过程的起点和终点有关，而且与过程参数：不仅与过程的起点和终点有关，而且与过程的路径有关的参数，如加热量、外功、比热过程的路径有关的参数，如加热量、外功、比热等2.2.可逆过程和不可逆过程可逆过程和不可逆过程①①可逆过程的条件：可逆过程的条件：气体内部的温度和压力始终均匀一致〔处于平衡过气体内部的温度和压力始终均匀一致〔处于平衡过程），程），没有摩擦〔即没有没有摩擦〔即没有““内热内热” ” ）②②过程可逆性与过程可逆性与““内热内热” ” 和绝热的关系和绝热的关系第一章第一章 燃气涡轮发动机热力气动基础燃气涡轮发动机热力气动基础二、常用热力过程二、常用热力过程————特点和关系式〔压力、比容特点和关系式〔压力、比容和温度）和温度）1.1.定容过程定容过程 交换的热量全部用来改变气体的内能交换的热量全部用来改变气体的内能2.2.定压过程定压过程 交换的热量除了改变气体的内能外，还进行功交换的热量除了改变气体的内能外，还进行功的交换3.3.定温过程定温过程 交换的热量全部用于进行功的交换，气体的内交换的热量全部用于进行功的交换，气体的内能不变。

能不变4.4.绝热过程〔可逆绝热过程、等熵过程）绝热过程〔可逆绝热过程、等熵过程） 气体进行功的交换的能量全部来源于气体内能变气体进行功的交换的能量全部来源于气体内能变化  ——比热比，绝热系数比热比，绝热系数5.5.多变过程多变过程 n—— n——多变指数多变指数第一章第一章 燃气涡轮发动机热力气动基础燃气涡轮发动机热力气动基础二、常用热力过程二、常用热力过程————特点和关系式〔压力、比容特点和关系式〔压力、比容和温度）和温度）定压过程定压过程n=0p=const定容过程定容过程n= v=const定温过程定温过程n=1T=const可逆绝热可逆绝热过程过程n=γpvγ=const不可逆绝不可逆绝热过程热过程压缩时压缩时n>γ膨膨胀时1

反映了热量、内能和机械能之间的相互转换和守恒关系2.2.热力学第二定律热力学第二定律3.3.能量方程能量方程 对于绝能流动〔绝热流动，且没有功的交换）：对于绝能流动〔绝热流动，且没有功的交换）：4.4.伯努力方程伯努力方程 是是用用机机械械能能表表达达的的的的能能量量方方程程，，反反映映了了气气体体在在流流动动过过程程中中机机械械能能的的转转换换关关系系，，建建立立了了气气体体速速度度、、压压力力和和密密度度之之间间的的关系5.5.动量定理动量定理 解释推力产生的原因解释推力产生的原因第二章第二章 燃气涡轮发动机的工作原理燃气涡轮发动机的工作原理第一节第一节 涡轮喷气发动机热力循环涡轮喷气发动机热力循环一、理想循环一、理想循环二、实际循环二、实际循环第二节第二节 推力的产生推力的产生一、推力一、推力二、推进效率二、推进效率第三节第三节 涡轮喷气发动机的性能指标和基本要求涡轮喷气发动机的性能指标和基本要求一、性能指标一、性能指标二、基本要求二、基本要求三，发展方向三，发展方向第四节第四节 涡轮喷气发动机的演变涡轮喷气发动机的演变一、加力式涡轮喷气发动机一、加力式涡轮喷气发动机二、冲压式喷气发动机二、冲压式喷气发动机三、涡轮风扇喷气发动机三、涡轮风扇喷气发动机四、加力式涡轮风扇喷气发动机四、加力式涡轮风扇喷气发动机五、涡轮螺桨发动机五、涡轮螺桨发动机六、涡轮轴发动机六、涡轮轴发动机七、可变循环喷气发动机七、可变循环喷气发动机 第二章第二章 燃气涡轮发动机的工作原理燃气涡轮发动机的工作原理一、热力循环一、热力循环1.1.卡诺卡诺(Carnot)(Carnot)循环循环————理想定温加热循环理想定温加热循环AB AB 定温加热膨胀过程定温加热膨胀过程( (热源温度热源温度T1) T1) ；；BC BC 等熵膨胀过程；等熵膨胀过程；CD CD 定温放热压缩过程定温放热压缩过程( (冷源温度冷源温度T2) T2) ；；DA DA 等熵压缩过程等熵压缩过程第二章第二章 燃气涡轮发动机的工作原理燃气涡轮发动机的工作原理一、热力循环一、热力循环2.2.涡喷发动机理想循环〔布莱顿循环）涡喷发动机理想循环〔布莱顿循环）① ① 四个过程四个过程• 0-2 0-2等熵压缩过程等熵压缩过程————进气道和压气机；进气道和压气机； 进气道进气道0-10-1：减速增压；：减速增压； 压气机压气机1-21-2：对气体做功提高气体压力；：对气体做功提高气体压力；• 2-3 2-3定压加热过程定压加热过程————燃烧室；燃烧室； 燃烧室燃烧室2-3 ——2-3 ——定压加热，加热量定压加热，加热量q1=cp(T3*- T2* )q1=cp(T3*- T2* )；；• 3-9 3-9等熵膨胀过程等熵膨胀过程————涡轮和喷管；涡轮和喷管； 涡涡轮轮3-43-4：：气气体体膨膨胀胀对对涡涡轮轮做做功功，，热热能能→→机机械械能能，，对对应应面面积积344’2’3344’2’3；； 喷管喷管4-94-9：气体膨胀，热能：气体膨胀，热能→→动能；动能； • 9-0 9-0定压放热过程定压放热过程————发动机外部完成：发动机外部完成： 定压放热，放热量定压放热，放热量q2=cp(T9- T0 )q2=cp(T9- T0 )。

第二章第二章 燃气涡轮发动机的工作原理燃气涡轮发动机的工作原理一、热力循环一、热力循环2.2.涡喷发动机理想循环涡喷发动机理想循环② ② 图形表示图形表示③ ③ 热效率分析热效率分析④ ④ 与实际循环差别与实际循环差别第二章第二章 燃气涡轮发动机的工作原理燃气涡轮发动机的工作原理二、推力和推进效率二、推力和推进效率1.1.推力推力 ① ① 有效推力和推力有效推力和推力② ② 推力公式推力公式③ ③ 推力公式简化推力公式简化2.2.推进效率推进效率① ① 推进效率推进效率② ② 总效率总效率③ ③ 涡喷涡喷/ /涡扇发动机的推力比较涡扇发动机的推力比较第二章第二章 燃气涡轮发动机的工作原理燃气涡轮发动机的工作原理三、涡喷发动机的性能指标和基本要求三、涡喷发动机的性能指标和基本要求1.1.性能指标性能指标 推推 力力 F F、、 单单 位位 推推 力力 FsFs、、 推推 重重 比比 FWFW、、 单单 位位 迎迎 面面 推推 力力 、、单位燃油消耗率单位燃油消耗率sfcsfc2.2.基本要求基本要求 推推重重比比高高迎迎面面积积小小、、耗耗油油率率低低、、工工作作稳稳定定可可靠靠性性好好、、使用成本低。

使用成本低第二章第二章 燃气涡轮发动机的工作原理燃气涡轮发动机的工作原理四、涡轮喷气发动机的演变四、涡轮喷气发动机的演变1.1.涡轮喷气发动机演变的种类涡轮喷气发动机演变的种类 加加 力力 式式 涡涡 轮轮 喷喷 气气 发发 动动 机机 、、 冲冲 压压 式式 喷喷 气气 发发 动动 机机 、、涡涡轮轮风风扇扇喷喷气气发发动动机机、、加加力力式式涡涡轮轮风风扇扇喷喷气气发发动动机机、、涡涡 轮轮 螺螺 桨桨 发发 动动 机机 、、 涡涡 轮轮 轴轴 发发 动动 机机 、、可变循环喷气发动机可变循环喷气发动机2.2.涡轮喷气发动机演变的原因涡轮喷气发动机演变的原因 增加循环功和提高推进效率增加循环功和提高推进效率3.3.各类发动机的特点各类发动机的特点 不同飞机对发动机的选用；不同飞机对发动机的选用； 涡扇发动机与涡喷发动机的对比涡扇发动机与涡喷发动机的对比第三章第三章 涡轮喷气发动机部件涡轮喷气发动机部件第一节第一节 进气道进气道一、亚音速进气道一、亚音速进气道二、超音速进气道二、超音速进气道第二节第二节 压气机压气机一、压气机类型和结构一、压气机类型和结构二、基本方程式二、基本方程式三、轴流式压气机三、轴流式压气机四、离心式压气机〔不要求）四、离心式压气机〔不要求）五、压气机特性五、压气机特性 第三节第三节 燃烧室燃烧室一、基本性能要求一、基本性能要求二、燃烧室结构形式二、燃烧室结构形式三、燃烧室工作过程三、燃烧室工作过程四、燃烧室特性四、燃烧室特性第四节第四节 涡轮涡轮一、结构形式一、结构形式二、工作原理二、工作原理 三、涡轮特性三、涡轮特性第五节第五节 加力燃烧室加力燃烧室一、基本性能要求一、基本性能要求二、加力燃烧室工作过程二、加力燃烧室工作过程 第六节第六节 喷管喷管一、工作原理一、工作原理二、结构形式二、结构形式 第三章第三章 涡轮喷气发动机部件涡轮喷气发动机部件一、进气道一、进气道1.1.进气道的功用和要求进气道的功用和要求 损失小、工作稳定、出口气流畸变小、外部阻力小等。

损失小、工作稳定、出口气流畸变小、外部阻力小等2.2.亚音速进气道亚音速进气道 a. M0=0 a. M0=0，，   →∞ →∞；； b. b. 当当M0M0下降时，下降时， 添加，添加，  >l >l；； c. c. 当当M0M0增加时，增加时， 减小，减小，  1M0 >1时，出现脱体激波，时，出现脱体激波， 

调节方法：调节喉道面积、开旁路阀门等第三章第三章 涡轮喷气发动机部件涡轮喷气发动机部件二、压气机二、压气机1.1.压气机的功用压气机的功用2.2.压气机的加功原理压气机的加功原理 ① ① 速度三角形速度三角形 压气机叶片是扭转？压气机叶片是扭转？ ② ② 加功原理〔亚音）加功原理〔亚音） ③ ③ 沿程参数变化〔总静温、总静压、绝对速度）沿程参数变化〔总静温、总静压、绝对速度） ④ ④ 效率和损失效率和损失3.3.失速、旋转失速、喘振失速、旋转失速、喘振第三章第三章 涡轮喷气发动机部件涡轮喷气发动机部件二、压气机二、压气机4.4.压气机的通用特性压气机的通用特性① ① 压气机特性压气机特性 = = 压气机在非设计工况下的性能压气机在非设计工况下的性能② ② 相似三条件：几何相似、运动相似、动力相似相似三条件：几何相似、运动相似、动力相似③ ③ 从通用特性曲线看压气机工作从通用特性曲线看压气机工作 等相似转速线、等效率线、喘振边界线等相似转速线、等效率线、喘振边界线④ ④ 压气机工作点变化及其特点压气机工作点变化及其特点⑤ ⑤ 防喘措施和原理防喘措施和原理 中间级放气、可调叶片、双轴压气机。

中间级放气、可调叶片、双轴压气机第三章第三章 涡轮喷气发动机部件涡轮喷气发动机部件三、燃烧室三、燃烧室1.1.燃烧室的功用和要求燃烧室的功用和要求 点点火火可可靠靠、、燃燃烧烧稳稳定定；；燃燃烧烧完完全全；；总总压压损损失失小小；；燃燃烧烧室室出出口温度场分布应符合要求；尺寸小，发热量大等口温度场分布应符合要求；尺寸小，发热量大等2.2.燃烧室结构形式燃烧室结构形式 单管燃烧室、联管燃烧室、环形燃烧室单管燃烧室、联管燃烧室、环形燃烧室3.3.燃烧室工作过程燃烧室工作过程第三章第三章 涡轮喷气发动机部件涡轮喷气发动机部件四、涡轮四、涡轮1.1.涡轮的功用涡轮的功用2.2.涡轮的工作原理涡轮的工作原理 ① ① 速度三角形速度三角形 ② ② 工作原理工作原理 ③ ③ 沿程参数变化〔总静温、总静压、绝对速度）沿程参数变化〔总静温、总静压、绝对速度） ④ ④ 效率效率3.3.涡轮的特点涡轮的特点 ① ① 轮缘功大轮缘功大 ② ② 导向器在前导向器在前4.4.涡轮的冷却方式涡轮的冷却方式第三章第三章 涡轮喷气发动机部件涡轮喷气发动机部件五、加力燃烧室五、加力燃烧室1.1.加力燃烧室的功用和要求加力燃烧室的功用和要求 点火可靠；燃烧完全；燃烧无振荡；总压损失小。

点火可靠；燃烧完全；燃烧无振荡；总压损失小2.2.加力燃烧室工作过程加力燃烧室工作过程第三章第三章 涡轮喷气发动机部件涡轮喷气发动机部件六、喷管六、喷管1.1.喷管的功用喷管的功用 气流加速产生推力；通过喷管临界截面调节发动机工况气流加速产生推力；通过喷管临界截面调节发动机工况2.2.喷管的工作状态喷管的工作状态 临界、亚临界、超临界临界、亚临界、超临界3.3.喷管对发动机工作的调节作用喷管对发动机工作的调节作用 减小喷管临界截面积，会使涡轮的压降减小减小喷管临界截面积，会使涡轮的压降减小 开加力时，为保持发动机原来工作状态，必须放大开加力时，为保持发动机原来工作状态，必须放大A8A8第四章第四章 涡轮喷气发动机特性涡轮喷气发动机特性第一节第一节 各部件的共同工作各部件的共同工作一、共同工作的条件一、共同工作的条件二、调节规律的讨论二、调节规律的讨论三、共同工作线三、共同工作线第二节第二节 发动机特性发动机特性一、转速特性一、转速特性二、速度特性二、速度特性三、高度特性三、高度特性四、过渡状态特性四、过渡状态特性第三节第三节 发动机通用特性和台架性能换算发动机通用特性和台架性能换算一、发动机相似工作条件一、发动机相似工作条件二、发动机的通用特性二、发动机的通用特性三、台架性能换算三、台架性能换算第四节第四节 双轴涡轮喷气发动机双轴涡轮喷气发动机一、双轴涡轮喷气发动机的工作特点一、双轴涡轮喷气发动机的工作特点二、双轴涡轮喷气发动机的共同工作二、双轴涡轮喷气发动机的共同工作三、双轴涡轮喷气发动机的调节规律和特性三、双轴涡轮喷气发动机的调节规律和特性第五节第五节 加力涡轮喷气发动机加力涡轮喷气发动机一、加力的工作特点一、加力的工作特点二、加力涡轮喷气发动机的调节规律和特性二、加力涡轮喷气发动机的调节规律和特性三、喷液加力三、喷液加力 第三章第三章 涡轮喷气发动机部件涡轮喷气发动机部件1.1.共同工作线和调节规律共同工作线和调节规律2.2.发动机特性发动机特性————转速特性、速度特性、高度特性转速特性、速度特性、高度特性3.3.稳态过程和动态过程稳态过程和动态过程4.4.台架性能换算台架性能换算5.5.双轴涡轮喷气发动机的防喘原理双轴涡轮喷气发动机的防喘原理[ [例题例题1]1][ [例题例题2]2][ [例题例题3]3]。