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第八章涡轮风扇发动机第一节涡轮风扇发动机的基本工作原理和性能特点涡轮风扇发动机的组成和基本工作原理 涡轮风扇发动机是由进气道,低压压气机,高压压气机,燃烧室,高压涡轮,低压涡轮,喷管,风扇和外函道组成。 涵道比:外涵流量与内涵流量的比值。 涡扇发动机工作时,空气从内外两路流过发动机 内路的工作情形与涡喷发动机相同 流过外涵的空气也产生反作用推力 总推力由两部分组成,一是内涵产生的推力,二是外涵产生的推力。 发动机的增压比 在涡扇发动机中外涵产生的推力与总推力之比与涵道比有关,涵道比越大,外涵产生的推力占总推力的比例越大。 对于涵道比为4的涡扇发动机外涵所产生的推力约占总推力的80%。主要的过程参数涵道比Y 决定涵道比的两个因素: 涡轮前燃气总温:涡轮前燃气总温不断提高,涵道比Y也不断提高。 飞行速度C0 C0低时,选择较大的涵道比,使C5与C0接近,提高推进效率 C0高时,选择较小的涵道比 C0越高,Y越小,当C0很大时,Y=0,即采用涡喷发动机。涡扇发动机的特点第二节涡轮风扇发动机压气机与涡轮的共同工作一、稳定工作的条件二、怎样使发动机保持稳定工作低压转子的稳定工作 只要按高压转子的转速调节供油量,控制高压涡轮前的燃气总温,满足高压涡轮功与高压压气机功相平衡,高压转子就稳定在这个转速下工作,这时低压转子必然自动地稳定在一个相应的转速稳定工作。 只要向发动机提供适当的燃油量,就能使高、低压转子稳定在所需要的转速工作。三、稳定工作状态下,涡轮前燃气温度、转速、排气温度(涡轮出口温度)之间的关系四、双转子燃气涡轮发动机的高、低压转子转速差与转速的关系防喘原理 产生喘振的原因:当发动机转速下降时,压气机的前几级气流攻角增大,引起喘振,压气机后几级留气流攻角减小,引起堵塞。 双转子防喘:低压压气机转速减小得更多一些,使低压转子的攻角减小;高压压气机转速减小得少一些,使高压转子的攻角增大。 大气温度对高、低压转子转速差的影响 无论喷管处于何种工作状态,大气温度升高,高、低压转子的转速差增大; 无论喷管处于何种工作状态,大气温度下降,高、低压转子的转速差减小第三节涡轮风扇发动机的特性一、转速特性双转子涡轮风扇发动机的转速特性 转速增大,推力增大,但接近最大转速时,推力增长越来越慢。 转速增大,燃料消耗率起初下降较快,后来下降缓慢。推力、燃料消耗率随高压转子转速变化的规律 影响推力和燃油消耗率的因素 影响推力的因素 流过内涵的空气流量、单位推力和涵道比 影响燃油消耗率的因素 油气比、单位推力和涵道比二、高度特性假设涡轮前温度保持不变, 飞行高度升高时,空气密度减小,发动机的空气流量一直减小。 在11000米以下,飞行高度升高时,大气温度降低,风扇增压比和内涵压气机增压比增加,使单位推力增大,涵道比减小; 在11000米以上,大气温度保持不变,单位推力和涵道比保持不变, 在上述影响推力的三个因素中,空气流量一直占主导地位,所以,随飞行高度的升高,推力一直减小。 燃油消耗率随飞行高度的变化规律 在11000米以下时,主要取决于是单位推力的增大,还是涵道比的减小起主导作用; 在11000米以上时,由于随着高度的增加,大气温度保持不变,所以单位推力和涵道比均保持不变,燃油消耗率也就保持不变。三、速度特性一、涵道比随飞行速度的变化规律 随着飞行速度的增大,涵道比在不断地增大二、单位推力随飞行速度的变化规律 单位推力随飞行速度的增大而下降。 三、涡扇发动机的推力随飞行速度的变化规律 推力的变化取决于涵道比、空气流量和单位推力 单位推力随飞行速度的增大而下降,涵道比增大,空气流量增大,但涵道比和空气流量增大程度不如单位推力下降的程度大。所以随飞行速度的增加推力将减小,特别是高涵道比的涡扇发动机,发动机的推力随飞行速度的增加推力一直是减小的,涵道比越大,推力下降的越快。 四、燃油消耗率随飞行速度的变化规律 随着飞行速度的增加而增加。低涵道比发动机上升的较慢;高涵道比发动机上升的较快 其原因主要是单位推力的影响 涡扇发动机,特特别是高涵道比的涡扇发动机,不适宜作高速飞行的动力装置,因为它的速度特性不好。