飞机推进系统各部件的匹配工作课件.ppt

,飞机推进系统原理,第7章 飞机推进系统各部件的匹配工作,飞机推进系统各部件的匹配工作,某型混排涡扇发动机的结构图,飞机推进系统各部件的匹配工作,1.飞机推进系统是各部件的顺序组合，装机后各部件存在相互协调工作的问题，发动机中压气机和涡轮构成供、求关系。,引 言：,飞机推进系统各部件的匹配工作,飞机推进系统各部件之间的气动与机械联系,飞机推进系统各部件的匹配工作,供 求 涡 轮 压气机,稳定工作状态,飞机推进系统各部件的匹配工作,供 求 涡 轮 压气机,加速工作状态,飞机推进系统各部件的匹配工作,供 求 涡 轮 压气机,减速工作状态,飞机推进系统各部件的匹配工作,2.匹配工作是研究发动机特性(即F、sfc随工作参数MH、H、n、几何尺寸的变化规律)的“桥梁”,而前面的部件特性是基础。,3研究匹配工作的方法和思路：,(1)先讨论涡扇发动机各部件的匹配工作，再讨论飞机推进系统各部件的匹配工作；先讨论几何不可调，再讨论几何可调的；,课堂教学设计,一、教学内容、重难点及要求 内 容：第 7 章 飞机推进系统各部件的匹配工作 7.1 几何不可调的涡扇发动机各部件的匹配工作 7.1.1燃气发生器的匹配工作,重点难点及要求：（1）燃气发生器的匹配工作条件、匹配工作方程（2）燃气发生器与低压涡轮的匹配工作（3）燃气发生器共同工作线的确定及其变化规律,重点重点难点,（理解）（理解）（掌握）,课堂教学设计,二、教学思路,燃气发生器的匹配工作,（转速平衡）,（流量平衡）,（功率平衡）,燃气发生器的匹配工作,燃气发生器的匹配工作,燃气发生器的匹配工作,燃气发生器的匹配工作,曲线的变化规律：,a.高导处于临、超时，线是一组通过坐标原点，斜率为 的直线；高导处于亚临界时，曲线交于 点；,（1）,燃气发生器的匹配工作,b.曲线向喘振边界靠近；,工作点靠近喘界（）,燃气发生器的匹配工作,共同工作方程推导：,由高压转子的功率平衡得,上式两边开根号，并将（1）式代入上式并整理得,（2）,燃气发生器的匹配工作,燃气发生器的匹配工作,燃气发生器与低压涡轮导向器的匹配工作,分析：,（3）,燃气发生器的匹配工作,燃气发生器的匹配工作,共同工作方程:,（4）,（低导临、超）的高压转子共同工作线,燃气发生器的匹配工作,由（4）式可作出共同工作线。,共同工作线的绘制：,燃气发生器的匹配工作,（1）将设计点参数代入共同工作方程（4），计算出；,步 骤：,（2）在 线上任取一点，将对应的、代入 方程（4），算出，若（或），则该点 为该 线上的匹配工作点；,燃气发生器的匹配工作,（4）将各 线上的共同工作点连成曲线即得共同工作线。,（3）对其他各 线，按上述方法（2）确定共同工作点；,燃气发生器的匹配工作,燃气发生器的共同工作线,燃气发生器的匹配工作,共同工作方程：,（低导亚临界）燃气发生器的共同工作线,燃气发生器的匹配工作,共同工作线：,燃气发生器的匹配工作,共同工作线的特点：,燃气发生器的匹配工作,共同工作点远离喘界。,燃气发生器的匹配工作,不同高压压气机设计点增压比燃气发生器共同工作线变化规律比较：,中等,低,高,燃气发生器的匹配工作,物理意义：,影响规律：,燃气发生器的匹配工作,说 明：,小 结,1.燃气发生器的共同作条件,（1）转速平衡,（2）流量平衡,（4）压力平衡,2.共同工作方程,小 结,3.时共同工作线只有一条，时，同工作线随飞行M数变化。,课堂教学设计,一、教学内容、重难点及要求 内 容：第7章 飞机推进系统各部件的匹配工作 7.1几何不可调的涡扇发动机各部件的匹配工作 7.1.2 低压压气机与低压涡轮的匹配工作,重点难点及要求：（1）低压压气机与低压涡轮的匹配工作条件、匹配 工作方程；（2）低压涡轮落压比的变化规律；（3）低压转子共同工作线的变化规律。,（理解）（理解）（掌握）,低压压气机,燃气发生器,低压涡轮,功率平衡（机械联系）,流量连续（气动联系）,二、教学思路,课堂教学设计,特点：,受本身的气动联系、机械联系外，还受混合器外涵进口气流参数及高压转子共同工作的影响。,低压压气机与低压涡轮的匹配工作,建立共同工作线时的处理方法：,1.把风扇分成内涵和外涵两个独立的部分：外涵风扇部分和内涵部分（或称低压压气机）。,2.把整个风扇（包括风扇外涵部分和内涵部分）作为一个整体考虑，用一个特性图。,低压压气机与低压涡轮的匹配工作,低压转子的匹配工作方程：,（a）,由流量平衡得：,低压压气机与低压涡轮的匹配工作,由功率平衡得：,其中：,低压压气机与低压涡轮的匹配工作,联立（a）与（b）式得,（5）,低压压气机与低压涡轮的匹配工作,低压转子的匹配工作方程,混排涡扇发动机高低压涡轮简图：,低压压气机与低压涡轮的匹配工作,，加力燃烧室不工作时，,低压压气机与低压涡轮的匹配工作,低压涡轮导向器临、超,（b）,低压压气机与低压涡轮的匹配工作,低压压气机与低压涡轮的匹配工作,原因解释:,低压压气机与低压涡轮的匹配工作,低压压气机与低压涡轮的匹配工作,、,低压压气机与低压涡轮的匹配工作,当低导、尾喷管处于临、超时，,当低导、尾喷管处于亚临界时，,对于双转子涡喷发动机：,（c）,低压压气机与低压涡轮的匹配工作,低压转子的共同工作线,共同工作方程：,低压压气机与低压涡轮的匹配工作,双转子涡喷发动机低压转子共同工作方程,低压压气机特性图上的低压转子共同工作线(尾喷管最小截面临界),双转子涡喷发动机:,低压压气机与低压涡轮的匹配工作,共同工作线靠近喘界。,特点：,低压转子共同工作线走向原因分析：,工作线靠近喘界,对低压关节气门,低压压气机与低压涡轮的匹配工作,混排涡扇发动机：,低压压气机与低压涡轮的匹配工作,共同工作线远离喘界。,特 点：,低压转子共同工作线走向原因分析：,低压压气机与低压涡轮的匹配工作,双转子涡喷发动机：,低压压气机特性图上的低压转子共同工作线(尾喷管最小截面亚临界),低压压气机与低压涡轮的匹配工作,特点：,低压转子共同工作线走向原因分析：,低压压气机与低压涡轮的匹配工作,混排涡扇发动机:,低压压气机与低压涡轮的匹配工作,特点：,共线靠近喘界,低压转子共同工作线走向原因分析：,低压压气机与低压涡轮的匹配工作,b.,共同工作线远离喘界,低压压气机与低压涡轮的匹配工作,双转子涡喷发动机,双转子混排涡扇发动机,低压压气机与低压涡轮的匹配工作,1.低压转子的匹配工作条件,小 结,2.低压转子的匹配工作方程,3.低压涡轮落压比的变化规律（后面章节中经常用到）,小 结,4.低压转子的共同工作线,一、教学内容、重难点及要求 内 容：第 7 章 飞机推进系统各部件的匹配工作 7.1 几何不可调的涡扇发动机各部件的匹配工作 7.1.3 发动机工作过程参数沿共同工作线的变化规律,课堂教学设计,重点难点及要求：（1）外界条件一定（一定），物理转速发生变化；（2）发动机状态一定（一定），飞行条件（）发生变化。,二、教学思路,课堂教学设计,压气机组参数:,发动机工作过程参数沿共同工作线的变化规律,压气机组参数:,发动机工作过程参数沿共同工作线的变化规律,压气机组参数:,发动机工作过程参数沿共同工作线的变化规律,压气机组参数:,发动机工作过程参数沿共同工作线的变化规律,发动机工作过程参数沿共同工作线的变化规律,涡轮组参数:,发动机工作过程参数沿共同工作线的变化规律,发动机工作过程参数沿共同工作线的变化规律,涡轮前燃气温度,发动机工作过程参数沿共同工作线的变化规律,发动机工作过程参数沿共同工作线的变化规律,发动机工作过程参数沿共同工作线的变化规律,发动机工作过程参数沿共同工作线的变化规律,发动机工作过程参数沿共同工作线的变化规律,转差率,发动机工作过程参数沿共同工作线的变化规律,常数,由,一定,发动机工作过程参数沿共同工作线的变化规律,发动机状态不变，飞行条件（MH，H）变化,（1）,发动机工作过程参数沿共同工作线的变化规律,发动机工作过程参数沿共同工作线的变化规律,发动机工作过程参数沿共同工作线的变化规律,（2）,发动机工作过程参数沿共同工作线的变化规律,（3）,发动机工作过程参数沿共同工作线的变化规律,发动机工作过程参数沿共同工作线的变化规律,发动机工作过程参数沿共同工作线的变化规律,发动机工作过程参数沿共同工作线的变化规律,发动机工作过程参数沿共同工作线的变化规律,（4）组合调节规律,（充分发挥潜能）,（防止超温、超转）,（防止超温）,发动机工作过程参数沿共同工作线的变化规律,组合调节规律:,分析飞行条件变化时，双转子涡喷发动机工作参数的变化应注意以下两点：,发动机工作过程参数沿共同工作线的变化规律,1.飞行条件一定，物理转速变化时，工作过程参数变化情形,参数变化由共同工作线的走向决定,参数变化与调节规律有关,小 结,一、教学内容、重难点及要求 内 容：第 7 章 飞机推进系统各部件的匹配工作 7.2 几何可调节的涡扇发动机各部件的匹配工作,重点难点及要求：（1）发动机调节概念；（2）尾喷管临界截面的调节；（3）低压涡轮导向器的调节；（4）混合器的调节；（5）压气机的调节。,课堂教学设计,重点,难点,难点,难点,难点,（理解）（掌握）（掌握）（掌握）（掌握）,二、教学思路,课堂教学设计,发动机调节的概念,根据发动机工作条件变化或按照使用需要，保持工作状态或按一定规律改变工作状态，称之为发动机调节。,几何面积调节是现代发动机的重要调节手段。,（1）保证最有利地使用发动机；,（2）保证工作安全可靠；,（3）有良好的起动性能和加速性能。,1.调节的目的,发动机调节的概念,2.实现方法,（1）合理选择被调参数,通常是 等。,（2）选定调节规律（根据调节的目的，确定被调参数应遵循 的变化规律）,发动机调节的概念,（3）设置调节器,保持 不变转速调节器（改变）；,保持 不变温度调节器（改变）；,全权限数字式电子控制系统(FADEC)。,发动机调节的概念,尾喷管临界截面的调节,双转子涡喷发动机：,影响特点：,尾喷管临界截面的调节,原因分析：,尾喷管临界截面的调节,影响特点：,双转子混排涡喷发动机：,尾喷管临界截面的调节,原因分析：,尾喷管临界截面的调节,低压涡轮导向器的调节,对低压转子共同工作线的影响：,影响特点：,沿,低压涡轮导向器的调节,对高压转子共同工作线的影响：,影响特点：,低压涡轮导向器的调节,原因分析：,低压涡轮导向器的调节,低压涡轮导向器的调节,原因分析：,混合器的调节,影响特点：,混合器的调节,混合器的调节,1.高压压气机的调节,（1）调节静子叶片安装角度,压气机的调节,调节高压压气机静止叶片角度对高压压气机稳定工作裕度的影响,压气机的调节,不同叶片安装角变化规律下的高压压气机参数的影响,压气机的调节,不同叶片安装角变化规律下的高压压气机稳定工作裕度的影响,压气机的调节,对“压”特性的影响,对共点、工作过程参数的影响,（2）放气,压气机的调节,中间级放气对高压压气机稳定工作裕度的影响,压气机的调节,低压压气机进口导流叶片安装角可调，低压特性和低压共线的变化规律与调高压静叶相同。,2.低压压气机的调节,压气机的调节,混排涡扇发动机调节规律举例,I.当 时，采用 的调节规律；,II.当 时，采用 的调节规律；,III.当 时，采用 的调节规律；,混排涡扇发动机调节规律举例,某混排涡扇发动机的组合调节规律：,2.尾喷管临界截面的调节,小 结,3.低压涡导的调节,4.混合器的调节,5.压气机的调节（高、低压）,参数变化量与调节规律有关,参数变化量与调节规律有关,影响压气机特性,小 结,一、教学内容、重难点及要求 内 容：第 7 章 飞机推进系统各部件的匹配工作 7.3 混合排气加力涡扇发动机各部件匹配工作 7.4 超声速进气道与发动机的匹配工作,重点难点及要求：（1）加力涡扇发动机的匹配工作方程（2）加力涡扇发动机的调节规律（3）进气道与发动机的流量匹配条件（4）进气道与发动机的匹配工作线及其变化规律,课堂教学设计,重点难点重点难点,（理解）（理解）（理解）（掌握）,二、教学思路,课堂教学设计,飞机推进系统,加力涡扇发动机,流量连续（气动联系）,流量连续（气动联系）,（1）加力工作状态是军用发动机特有的一种工作状态；（2）加力的目的是在短时间内获得发动机最大推力，是以牺牲发动机寿命为代价的；（3）加力时，发动机主状态为最大状态；（4）分析加力式发动机各部件的匹配工作，主要是分析加力燃烧室与其他主要部件的匹配工作问题。,混合排气加力涡扇发动机各部件的匹配工作,概 述,混合排气加力涡扇发动机各部件的匹配工作,混排涡扇发动机结构示意图,由,即,匹配工作方程：,为保持接通加力前后发动机的主状态不变，接通加力时，应放大8截面面积，而且放大的时机应与 成比例。,混合排气加力涡扇发动机各部件的匹配工作,加力涡扇发动机的调节规律：,飞行条件一定，接通加力时的调节规律:,（混排涡扇）,混合排气加力涡扇发动机各部件的匹配工作,量是否相同？,飞行条件变化时，加力状态的调节规律:,双转子涡喷发动机：,混合排气加力涡扇发动机各部件的匹配工作,混排涡扇：主状态仍采用几何面积不可调的组合调节规律,加力时，使,混排加力涡扇发动机：,加力涡喷发动机：,混合排气加力涡扇发动机各部件的匹配工作,混合排气加力涡扇发动机各部件的匹配工作,混合排气加力涡扇发动机各部件的匹配工作,混合排气加力涡扇发动机各部件的匹配工作,混合排气加力涡扇发动机各部件的匹配工作,混合排气加力涡扇发动机各部件的匹配工作,举 例(加力匹配故障分析),混合排气加力涡扇发动机各部件的匹配工作,=常数,混合排气加力涡扇发动机各部件的匹配工作,举 例(加力匹配故障分析),进气道与发动机流量匹配的条件,由,得,即,超音速进气道与发动机的匹配工作,由,即,超音速进气道与发动机的匹配工作,进气道与发动机的匹配工作线,进/发匹配工作方程:,超音速进气道与发动机的匹配工作,进/发匹配工作线:,超音速进气道与发动机的匹配工作,超音速进气道与发动机的匹配工作,超音速进气道与发动机的匹配工作,某超音速飞机（三元三波系外压调锥超音速进气道）在高空减速后又加速飞行，飞行员于第472.5秒感到机头前方有敲击声和较大的振动，随后发动机进入停车状态。已知此次飞行中的参数变化如图所示，试分析此次空中停车的原因及各部件的工作情形。,举 例(进气道与发动机匹配故障分析),超音速进气道与发动机的匹配工作,超音速进气道与发动机的匹配工作,某超音速飞机（三元三波系外压调锥超音速进气道）在高空减速后又加速飞行，飞行员于第472.5秒感到机头前方有敲击声和较大的振动，随后发动机进入停车状态。已知此次飞行中的参数变化如图所示，试分析此次空中停车的原因及各部件的工作情形。,举 例(进气道与发动机匹配故障分析),加力涡发：,1.加力匹配工作方程,加力涡扇：,飞行条件一定，接通加力时的调节规律,2.加力涡扇发动机的调节规律,小 结,飞行条件变化时，加力状态的调节规律,混排涡扇：,不可调：,双转子涡发：,可调：,小 结,进发匹配工作线,3超音速进气道与发动机的匹配工作,进/发匹配工作方程,小 结,