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“飞行器发动机原理”复习,2023/9/29,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,考试时间：4月27日（周六）18:30 20:30地点：721答疑地点：动力楼319,“飞行器发动机原理”题型,一、选择题（每题2分，共10分）二、简答题（每题10分，共50分）三、综合题（3题，共40分）有计算题，请带计算器。,第一章 燃气涡轮发动机热力气动基础第一节 热力学第一定律一、理想气体的状态方程式二、比热容和热量三、工质的内能四、外功五、工质的焓六、热力学第一定律七、热力过程第二节 热力学第二定律一、气体工质的熵二、热力学第二定律第三节 气体动力学的基本方程一、常用气体动力学的基本方程二、音速和马赫数三、气流的滞止参数和气动函数四、膨胀波和激波,第一章 燃气涡轮发动机热力气动基础一、概念区分1.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，而与过程的路径无关的参数，如温度、压强、密度、焓、内能、熵等。过程参数：不仅与过程的起点和终点有关，而且与过程的路径有关的参数，如加热量、外功、比热等。2.可逆过程和不可逆过程可逆过程的条件：气体内部的温度和压力始终均匀一致（处于平衡过程），没有摩擦（即没有“内热”）。过程可逆性与“内热”和绝热的关系,第一章 燃气涡轮发动机热力气动基础二、常用热力过程特点和关系式（压力、比容和温度）1.定容过程 交换的热量全部用来改变气体的内能。2.定压过程 交换的热量除了改变气体的内能外，还进行功的交换。3.定温过程 交换的热量全部用于进行功的交换，气体的内能不变。4.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化。比热比，绝热系数。5.多变过程 n多变指数。,第一章 燃气涡轮发动机热力气动基础二、常用热力过程特点和关系式（压力、比容和温度）,第一章 燃气涡轮发动机热力气动基础三、常用参数,1.音速2.总参数或滞止参数3.流量公式,第一章 燃气涡轮发动机热力气动基础四、基本定律,1.热力学第一定律 dq=du+pdv=dh vdp 反映了热量、内能和机械能之间的相互转换和守恒关系。2.热力学第二定律3.能量方程 对于绝能流动（绝热流动，且没有功的交换）：4.伯努力方程 是用机械能表达的的能量方程，反映了气体在流动过程中机械能的转换关系，建立了气体速度、压力和密度之间的关系。5.动量定理 解释推力产生的原因。,第二章 燃气涡轮发动机的工作原理第一节 涡轮喷气发动机热力循环一、理想循环二、实际循环第二节 推力的产生一、推力二、推进效率第三节 涡轮喷气发动机的性能指标和基本要求一、性能指标二、基本要求三，发展方向第四节 涡轮喷气发动机的演变一、加力式涡轮喷气发动机二、冲压式喷气发动机三、涡轮风扇喷气发动机四、加力式涡轮风扇喷气发动机五、涡轮螺桨发动机六、涡轮轴发动机七、可变循环喷气发动机,第二章 燃气涡轮发动机的工作原理一、热力循环,1.卡诺(Carnot)循环理想定温加热循环AB 定温加热膨胀过程(热源温度T1)；BC 等熵膨胀过程；CD 定温放热压缩过程(冷源温度T2)；DA 等熵压缩过程,第二章 燃气涡轮发动机的工作原理一、热力循环,2.涡喷发动机理想循环（布莱顿循环）四个过程 0-2等熵压缩过程进气道和压气机；进气道0-1：减速增压；压气机1-2：对气体做功提高气体压力；2-3定压加热过程燃烧室；燃烧室2-3 定压加热，加热量q1=cp(T3*-T2*)；3-9等熵膨胀过程涡轮和喷管；涡轮3-4：气体膨胀对涡轮做功，热能机械能，对应面积34423；喷管4-9：气体膨胀，热能动能；9-0定压放热过程发动机外部完成：定压放热，放热量q2=cp(T9-T0)。,第二章 燃气涡轮发动机的工作原理一、热力循环,2.涡喷发动机理想循环 图形表示 热效率分析 与实际循环差别,第二章 燃气涡轮发动机的工作原理二、推力和推进效率,1.推力 有效推力和推力 推力公式 推力公式简化2.推进效率 推进效率 总效率 涡喷/涡扇发动机的推力比较,第二章 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,1.性能指标 推力F、单位推力Fs、推重比FW、单位迎面推力、单位燃油消耗率sfc。2.基本要求 推重比高迎面积小、耗油率低、工作稳定可靠性好、使用成本低。,第二章 燃气涡轮发动机的工作原理四、涡轮喷气发动机的演变,1.涡轮喷气发动机演变的种类 加力式涡轮喷气发动机、冲压式喷气发动机、涡轮风扇喷气发动机、加力式涡轮风扇喷气发动机、涡轮螺桨发动机、涡轮轴发动机、可变循环喷气发动机。2.涡轮喷气发动机演变的原因 增加循环功和提高推进效率。3.各类发动机的特点 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。,第三章 涡轮喷气发动机部件第一节 进气道一、亚音速进气道二、超音速进气道第二节 压气机一、压气机类型和结构二、基本方程式三、轴流式压气机四、离心式压气机（不要求）五、压气机特性 第三节 燃烧室一、基本性能要求二、燃烧室结构形式三、燃烧室工作过程四、燃烧室特性,第四节 涡轮一、结构形式二、工作原理 三、涡轮特性第五节 加力燃烧室一、基本性能要求二、加力燃烧室工作过程 第六节 喷管一、工作原理二、结构形式,第三章 涡轮喷气发动机部件一、进气道,1.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。2.亚音速进气道 a.M0=0，；b.当M0下降时，增加，l；c.当M0增加时，减小，1时，出现脱体激波，l。,第三章 涡轮喷气发动机部件一、进气道,3.超音速进气道 种类和特点 外压式：进气道内亚音速流；内压式：全部压缩在进气道内部完成；混合式：进气道入口为超音速流。喘振机理、特点和危害 调节 调节原因：发动机所需流量和进气道提供流量不匹配。调节方法：调节喉道面积、开旁路阀门等。,第三章 涡轮喷气发动机部件二、压气机,1.压气机的功用2.压气机的加功原理 速度三角形 加功原理（亚音）沿程参数变化（总静温、总静压、绝对速度）效率3.失速、旋转失速、喘振,第三章 涡轮喷气发动机部件二、压气机,4.压气机的通用特性 压气机特性=压气机在非设计工况下的性能 相似三条件：几何相似、运动相似、动力相似 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 压气机工作点变化及其特点 防喘措施和原理 中间级放气、可调叶片、双轴压气机。,第三章 涡轮喷气发动机部件三、燃烧室,1.燃烧室的功用和要求 点火可靠、燃烧稳定；燃烧完全；总压损失小；燃烧室出口温度场分布应符合要求；尺寸小，发热量大等。2.燃烧室结构形式 单管燃烧室、联管燃烧室、环形燃烧室。3.燃烧室工作过程,第三章 涡轮喷气发动机部件四、涡轮,1.涡轮的功用2.涡轮的工作原理 速度三角形 工作原理 沿程参数变化（总静温、总静压、绝对速度）效率3.涡轮的特点 轮缘功大 导向器在前,第三章 涡轮喷气发动机部件五、加力燃烧室,1.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。2.加力燃烧室工作过程,第三章 涡轮喷气发动机部件六、喷管,1.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。2.喷管的工作状态 临界、亚临界、超临界3.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。开加力时，为保持发动机原来工作状态，必须放大A8。,第四章 涡轮喷气发动机特性第一节 各部件的共同工作一、共同工作的条件二、调节规律的讨论三、共同工作线第二节 发动机特性一、转速特性二、速度特性三、高度特性四、过渡状态特性第三节 发动机通用特性和台架性能换算一、发动机相似工作条件二、发动机的通用特性三、台架性能换算第四节 双轴涡轮喷气发动机一、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三、双轴涡轮喷气发动机的调节规律和特性第五节 加力涡轮喷气发动机一、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三、喷液加力,第三章 涡轮喷气发动机部件,1.共同工作线和调节规律2.发动机特性转速特性、速度特性、高度特性3.稳态过程和动态过程4.台架性能换算5.双轴涡轮喷气发动机的防喘原理,例题1,例题2,例题3,
