燃气涡轮发动机原理教学PPT.ppt

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1、燃气涡轮发动机原理,林兆福,第8章,涡轮喷气发动机,3,8.1 稳态下的共同工作,发动机五大部件组合在一起,构成发动机的本体,而共同工作。由于民用航空发动机的进气道和喷管均是不可调的,所以五大部件的共同工作就是压气机,燃烧室和涡轮的共同工作。通常将压气机、燃烧室和涡轮称为燃气发生器,它是各类燃气涡轮发动机的核心机。所以,研究压气机和涡轮的共同工作,是研究各种类型燃气涡轮发动机各部件共同工作的基础。,4,8.1 稳态下的共同工作,稳态发动机在某一转速下连续工作的状态,或者说是发动机转速不随时间而变化的工作状态。过渡态 发动机从某一转速变到另一转速下工作状态的总和。过渡态分为加速过程和减速过程。,

2、5,8.1 稳态下的共同工作,稳态下的共同工作条件转速一致：流量连续：压力平衡：功率平衡：,6,8.1 稳态下的共同工作,如何保证稳态下的共同工作 要保证发动机在稳态下工作,必需随着外界条件和发动机部件面积的变化,调节供油量来控制涡轮前燃气总温,使涡轮功率等于压气机功率。例如,飞行高度升高时,由于大气密度减小,进入发动机的空气流量减小,压气机功率和涡轮功率都随之减小,这时若供油量保持不变,则由于空气流量的减小,还要引起涡轮前燃气总温的升高,使涡轮功增大,涡轮功率就会比压气机功率减少的少一些,因此涡轮功率大于压气机功率,发动机转速就会增大,为了保持发动机转速不变,随着飞行高度的升高,应该适当地减

3、小供油量来控制涡轮前燃气总温,使涡轮功率等于压气机功率。,7,8.1 稳态下的共同工作,稳态下的供油 燃烧室的热力平衡有：影响供油量的因素有：空气流量，燃烧室出口与进口总温之差。当燃烧室出口与进口总温之差保持不变时，空气流量 供油量当空气流量保持不变时，燃烧室出口与进口总温之差，供油量转速 空气流量 供油量下面分析燃烧室出口与进口总温之差随转速的变化规律：,8,8.1 稳态下的共同工作,稳态下涡轮前温度随转速的变化规律中转速时,涡轮前燃气总温较低,在低转速和高转速时,涡轮前燃 气总温较高。低转速时，随着转速的增加，涡 轮前燃气总温下降；高转速时，随着转速的增加，涡 轮前燃气总温上升。压气机出口

4、总温随转速的变化规律随着转速的增加，压气机出口 总温上升。随转速的变化规律低转速时，随着转速的增加，下降；高转速时，随着转速的增加，上升。,9,8.1 稳态下的共同工作,稳态下的供油曲线 低转速范围内：转速 空气流量 供油量转速 供油量高转速范围内：转速 空气流量 供油量转速 供油量稳态下供油量随转速的变化规律。在低转速范围内:随着增大,缓慢的上升;在高转速范围内:随着转速的增大,很快的上升。,10,8.1 稳态下的共同工作,8.1.3 稳定工作的共同工作方程 压气机特性图上的等 线根据流量连续有：如果取;,则,所以常数 为压气机进口和涡轮导向器喉部面积之比。代入上式,11,8.1 稳态下的共

5、同工作,有：此式称为温度相似参数方程 称为温度相似参数此式中 和 均为压气机的相似参数，,12,8.1 稳态下的共同工作,将此式表示在压气机特性图上:由此式可以看出:当温度的相似参数保持不 变时,可以在压气机通用特 性图上得到一条通过坐标原 点的直线,如图所示,通常 叫做等温度相似参数线,其率为 当温度相似参数取不同数 值时,就得到一蔟斜率不同 的通过原点的直线。随着温度相似参数的增加,直线的斜率也随之增大。,。,13,8.1 稳态下的共同工作,在发动机转速很小时,涡出 轮导向器处于亚临界工作状态,C值不再为常数等温度相似线变 得弯曲,并交汇于 的点。当飞行条件一定,涡轮前燃 气总温保持不变时

6、,则 常数,这时流过发动机的空气 流量与压气机的增压比成正比。也就时说,压气机的增压比是决 定发动机流通能力的一个主要因 素。当飞行条件和发动机转速一 定时,增加将使流量qm减小、压 气机增压比c增大。但是,增加,使 常数线的斜率增大,与给定转速的等转速线的交点,即共同工作点向喘振边界靠近。如果瞬时增加过多,将会使共同 工作点入喘振区引起发动机喘振。,。,14,8.1 稳态下的共同工作,在给定压气机转速的相似参 数和涡轮前燃气总温的相似参数 时,就可以在压气机特性图上给 定一个工作点。在给定压气机转速的相似参 数和流量相似参数时,如为设计 值,则有：该式表明,若要使发动机工作 在设计状态下,则

7、要求涡轮导 向器最小截面面积与涡轮前燃 气总温的相似参数的比值应为 常数。,。,15,8.1 稳态下的共同工作,稳定工作的共同工作方程 根据功率平衡有令式中 参数B主要反映涡轮落压比的影响。当常数时,常数,所以B常数,将该式带入流量连续得到的公式中,则有:,16,8.1 稳态下的共同工作,稳定工作的共同工作方程就为 常数条件下的涡轮压气机共同工作方程,它是涡轮喷气发动机在稳定工作情况下,按照确定的调节规律(常数),同时满足压气机和涡轮流量连续、压力平衡和功率平衡条件而获得的。该涡轮压气机共同工作方程可以表示在压气机特性图上。,17,8.1 稳态下的共同工作,稳定工作的共同工作线 根据共同工作方

8、程可以在压气机特性图上画出压气机和涡轮的共同工作线,其方法是:首先将设计点的参数值带入共同工出 作方程,得到式中的常数,记做Cd.然后，在压气机特性图中的任一个 等换算转速线上任选取一点,读出 该点的增压比，效率和流量相似参 数的数值,将这些数据代入共同工 作方程式,求出常数C,与Cd进行比 较，看它们是否相等,如果不等,则在等换算转速线上另 选一点,再进行计算,直至满足方 程两边恒等为止,这样就找到了该 换算转速下的共同工作点。依次找出各不同换算转速上的共同 工作点,将这些共同工作点连接起 来就是涡轮和压气机的共同工作线。.,18,8.1 稳态下的共同工作,压气机功与涡轮功相等的条件也可以写

9、成从此式可以看出：为了满足压气机与涡轮功相等的条件,压气机功、涡轮前燃气总温和涡轮落压比这三者之间必须保持一定的关系。如果涡轮落压比保持不变,压气机功越大,则所需要的涡轮前燃气总温越高。如果压气机功保持不变,涡轮落压比增大,则涡轮前燃气总温可以相应降低。,19,8.1 稳态下的共同工作,影响共同工作线位置的因素外界条件 喷管处于超临界状态当发动机的转速保持不变,由于大气温度降低、飞行马赫数减小,或飞行高度升高使压气机进口的总温下降时,共同工作点沿共同工作线向上移动,压气机的增压比 和流量相似参数随之增大。也就是说,当转速相似参数增大时共同工作点沿共同工作线向上移动;而当转速相似参数减小时,共同

10、工作点沿共同工作线向下移动。这种情况不会改变共同工作线的位置。喷管处于亚临界状态随着发动机转速相似参数的减小,喷管将处于亚临界工作状态,这时,涡轮的落压比不再保持常数,它将随飞行马赫数和飞行高度的减小而减小,所以,不同的飞行马赫数Ma 将对应着不同的共同工作线。随飞行马赫数Ma的减小,涡轮落压比将减小,为了保持转速不变,和喷管处于超临界相比,必须要提高涡轮前燃气总温,以增大涡轮功。也就是说,在同一转速下,喷管处于亚临界状态时所需要的涡轮前燃气总温比喷管处于超临界状态时的高,即共同工作点将沿等转速相似参数线向喘振边界方向移动一定的距离,共同工作线也随着向喘振边界方向移动一定的距离。飞行马赫数Ma

11、越小,喷管出现亚临界状态的时机越早,对应的增压比和转速越大,即共同工作线在较大的增压比和转速下就与喷管为超临界状态所对应的共同工作线分开,如图所示。,20,8.1 稳态下的共同工作,喷管面积 涡轮和压气机的共同工作方程中的系数C取决于涡轮落压比的大小。而涡轮落压比的值是由涡轮与喷管的共同工作所决定的。涡轮与喷管的共同工作条件就是流过涡轮与流过喷管的流量相等,由此得到当涡轮导向器和喷管都处于临界或超临界工作状态时,则有 由上式可知,在涡轮导向器不可调的情况下,涡轮落压比的变化与喷管出口面积成正比。当喷管面积增大时,涡轮后的反压立刻下降,因此 涡轮落压比变大,在保证气机与涡轮功率平衡的前提下,涡轮

12、前燃气总温将下降。由压气机特性图上的等温度比线可知,低涡轮前燃气总温的工作点落在右下方,所以压气机工作点将沿等转速线下移动，使工作点远离喘振边界。,21,8.1 稳态下的共同工作,喷管为亚临界时的工作线 喷管面积对工作线的影响改变喷管面积,将影响共同工作点的位置,而且还可以看出:等A5线就是等涡轮落压比线,也就是喷管面积一定的涡轮和压气机的共同工作线。,22,8.1 稳态下的共同工作,压气机设计增压比压气机设计增压比影响共同工作线的位置。由图中可以看出:低压气机设计增压比的情况下,当换算转速降低时,共同工作线远离喘振边界;高压气机设计增压比的情况下,当换算转速降低时,共同工作线将向喘振边界靠拢

13、;出现低换算转速时共同工作线与喘振边界相交的情况。这种情况是由两方面的原因造成的:压气机的设计增压比不同,共同工作线的斜率不同,设计增压比愈高,共同工作线愈平缓。设计增压比愈高,喘振边界愈陡。,23,8.1 稳态下的共同工作,压气机中间级放气压气机中间级放气可以增大压气机进口的 空气流量,消除前几级的喘振状态,同时 又使后几级流量减小,从而脱离“涡轮状 态”,即放气使共同工作点向压气机进口 流量增大的方向移动,也就是远离喘振边 界,扩大了稳定工作的范围。又由于压气机中间级放气,使整台压气机 的增压比将减小。,24,8.1 稳态下的共同工作,可调导向叶片和整流叶片当发动机的换算转速减小时,压气机

14、的喘振裕度 将减小,这时可调导向叶片顺压气机旋转的方向 转动一个度,即减小导向叶片和前几级静子叶片 的安装角,使转子叶片上气流攻角减小,喘振边 界线左移,同时使共同工作线右移,从而增大了 喘振裕度,如图所示。图中的实线和虚线分别表 示了压气机不可调和带可调导向器时的压气机特 性线及在同样喷管面积条件下发动机的共同工作 线。很明显,采用可调导向叶片使喘振裕度增大,但是在同样转速下,压气机的增压比将减小,流 过发动机的空气流量也将减小。喷管处于亚临界状态时,涡轮落压比也将减小,涡 轮前燃气总温将增高。,25,8.2 调节规律,调节规律:最大状态调节规律和巡航状态调节规律。最大状态调节规律:发动机的

15、最大状态调节规律是指由自动调节器保证的发动机最大工作状态随飞行状态的变化规律。巡航状态调节规律:巡航状态调节规律是指发动机由最大工作状态减小推力时所遵循的规律。,26,8.2 调节规律,8.2.1.发动机的最大状态调节规律最大状态调节规律的选择,应使发动机在任何飞行状态下都能产生尽可能大的推力。提高发动机推力的限制因素:首先是发动机的实际转速n,由于发动机转子零件强度的限制,不允许超过规定的最大值;其次是涡轮前燃气总温,由于涡轮部件材料耐热性的限制,不允许超过规定的最大值;此外,在任何情况下,不应使压气机产生喘振。,27,8.2 调节规律,nnmax常数和A5常数的最大工作状态调节规律几何面积

16、不变的发动机,当飞行状态变化时,通过转速调节器改变供油量的方法来保持转速一定,即:qmf nnmax其中:qmf 调节参数;n 被调参数。相应的共同工作方程就是采用n常数,A5 常数的最大工作状态调节规律,涡轮前燃气总温将随着发动机转速相似参数的变化而变化。涡轮前燃气总温的数值超过规定时,会影响发动机的正常工作和使用寿命。涡轮前燃气总温的数值低于规定值时,发动机就不能达到可能产生的最大推力。,=常数,28,8.2 调节规律,n nmax 常数和T*3常数的最大工作状态调节规律在这种调节规律下,压气机功和涡轮功的平衡关系是通过调节系统自动来保证的即由转速调节器改变供油量,以保证转速n常数,喷管面

17、积调节器来保证涡轮前燃气总温常数,即 qmf n常数;A5 T*3 常数qmf和A5 调节参数;n和T*3 被调参数。根据功率平衡有:当 常数时,所需 的变化,可以用改变 的值来得到。又由于有:,的值可以由改变喷管出口面积来得到。,29,8.2 调节规律,当涡轮导向器处于临界或超临界工作状态时,上述共同工作线方程可以由流量连续的条件推导出来,根据流量连续的条件得到:这就是调节规律为n常数、T*3常数的共同工作线方程。实际采用的大都是第一种方案,其原因是;转速是强度和推力的敏感参数,应力随转速的变化是平方的关系,一般不允许超转,而推力随转速的变化一般是立方的关系,转速低了将严重影响推力,同样是不

18、希望的,为了获得最大的推力,必须精确地保证转速一定,是必调的参数;以温度作为被调参数,必须要有能及时正确地感受温度的变化,且能长期可靠使用的敏感元件,这是相当困难的,又由于温度场的不均匀性,使得采用第二、第三种调节规律的很少;调节喷管面积,将使发动机的结构和控制都变得十分复杂。,常数,30,8.2 调节规律,A5常数和T*3常数的最大工作状态调节规律qmf T*3常数以温度作为被调参数,必须要有能及时正确地感受温度的变化,且能长期可靠使用的敏感元件,这是相当困难的,又由于温度场的不均匀性,使得采用第二、第三种调节规律的很少;转速可变，会造成超速，影响发动机的强度。,31,8.2 调节规律,巡航

19、状态调节规律。巡航状态调节规律:巡航状态调节规律是指发动机由最大工作状态减小推力时所遵循的规律。飞机在飞行过程中,发动机并不需要始终在最大推力状态下工作,而大部分时间是在小于最大推力的状态下工作。发动机巡航调节的目的是在保证所需推力的条件下,使发动机有较低的燃油消耗率,且使发动机有较低的机械负荷和热负荷,有利于发动机长时间地可靠地工作。最简单的巡航调节是降低发动机的转速,这样就可以减小发动机的推力,同时,涡轮前燃气总温也随之降低。,32,8.3 过渡态下的共同工作,加速过程 发动机由慢车转速上升到最大转速所需的时间叫加速性。发动机加速的必要条件是要有剩余功率。,33,8.3 过渡态下的共同工作

20、,最佳加速过程加速限制：(推油门过急过猛会出现什么问题?)工作裕度的限制-喘振；涡轮强度条件的限制-转速和温度；燃烧室稳定工作要求的限制熄火；最佳加速供油量：为了使加速时转速能尽快地增大,每一个转速有一个最大的供油量,这个供油量是根据上述的几个限制确定的,通常称为最佳加速供油量,最佳加速供油线：把各个转速正常加速所允许最大供油量的数值标在坐标图上,并且连成曲线,就的到最佳加速供油线,发动机按照最佳加速供油线进行加速,则在加速过程中,剩余功率为在正常工作条件下所能得到的最大值,所以,转速增加得最快,加速时间最短,发动机的加速性最好。,34,8.3 过渡态下的共同工作,最佳加速供油线：,35,8.

21、3 过渡态下的共同工作,加速过程中：供油量大于同一转速时稳态下的供油量;涡轮前燃气总温高于同一转速时稳态下的涡轮前燃气总温;余气系数小于同一转速时稳态下的余气系数;加速过程中,涡轮功率始终大于压气机功率.,36,8.3 过渡态下的共同工作,大气状态和飞行状态对加速过程的影响影响加速性的因素:空气流量:大气温度、大气压力和飞行速度。大气温度，密度，流量，剩余功率，加速性差发动机的加速性冬天优于夏天，大气压力，密度，流量，剩余功率，加速性好平原地区优于高原地区，飞行速度，流量，剩余功率，加速性好高速飞行时优于低速飞行时。,37,8.3 过渡态下的共同工作,减速过程 减速过程受到燃烧室贫油熄火的限制

22、。减速过程中供油量比相应稳态转速时小;空气流量由于涡轮前燃气温度低而比稳定工作时高;余气系数比稳定工作时大。,38,8.4 单轴涡喷发动机的特性,发动机的常用工作状态 起飞工作状态：在起飞时批准使用的最大推力,通常发动机的转速最大，涡轮前燃气总温最高大,即这时;因此,发动机的动力负荷和热负荷都接近其极限允许值,发动机在此状态下连续的工作时间受到严格限制,一般在 510分钟。而且仅用于起飞。最大连续工作状态：发动机连续工作时批准使用的最大推力,为了延长发动机的使用寿命,此工作状态仅在确保飞行安全时,由机长决定使用。例如单发或应急爬高时使用。最大巡航工作状态：巡航时批准使用的最大推力,巡航时,根据

23、飞行计划调定发动机推力保持所需的飞行速度。慢车工作状态：这是发动机能够保持稳定工作的最小转速的工作状态,通常;由于在这一状态下涡轮前燃气总温较高,所以,在这一状态下发动机的工作时间也受限制。,39,8.4 单轴涡喷发动机的特性,转速特性节流特性,高度特性,发动机特性,飞行特性,速度特性,40,8.4 单轴涡喷发动机的特性,转速特性：在保持飞行高度和飞行速 度不变的条件下,发动机 的推力和燃油消耗率随发 动机转速的变化规律,叫 做发动机的转速特性,又 叫节流特性。发动机的推力随转速的增 加而增大，低转速时增加 的慢，高转速时增加的快。燃油消耗率随转速的增加 而减小，低转速时下降的 快，高转速时下

24、降的慢，接近最大转速时略有上升。,41,8.4 单轴涡喷发动机的特性,低转速范围内：转速 推力。原因：转速 流量 F-转速 增压比 p*2 p*3 p*4 V5 Fs F Fs F 转速 T*3 T*4 V5 Fs高转速范围内：转速 推力原因：转速 流量 F-转速 增压比 p*2 p*3 p*4 V5 Fs F Fs F 转速 T*3 T*4 V5 Fs,42,8.4 单轴涡喷发动机的特性,低转速范围内：转速 燃油消耗率。原因：转速 增压比 p*2 p*3 p*4 V5 Fs Fs sc 转速 T*3 T*4 V5 Fs 转速(T*3-T*2)sc 高转速范围内：转速 燃油消耗率 原因：转速

25、增压比 p*2 p*3 p*4 V5 Fs Fs sc 转速 T*3 T*4 V5 Fs 转速(T*3-T*2)sc 接近最大转速时 转速 燃油消耗率,43,8.4 单轴涡喷发动机的特性,大气条件对转速特性的影响：大气温度上升，在同样的转速下，推力减小，燃油消耗率增加。这是因为温度高,密度低,流量低;温度高,热的空气难以压缩,使单位推力降低.大气压力上升，造成各截面的总压增加，推力增加，而燃油消耗率保持不变。大气湿度上升，在同样的转速下，推力减小，燃油消耗率增加。这是因为湿度高,密度低,流量低,使推力减小;湿度高,使定压比热容增大,升温需要的热量多,必须多喷油,所以燃油消耗率增加。,44,8.

26、4 单轴涡喷发动机的特性,高度特性 在给定的调节规律下,保持发动机的的转速和飞行速度不变时,发动机的推力和 燃油消耗率随飞行高度的 变化规律。在对流层内，随着飞行高 度的增加，推力和燃油消 耗率都下降。在同温层内，随着飞行高 度的增加，推力下降，而 燃油消耗率保持不变。,45,8.4 单轴涡喷发动机的特性,海平面标准大气 标准温度：288.15K；15。标准大气压：101325Pa；760mmHg对流层：011000米（036089英尺）。同温层：1100024000米。,46,8.4 单轴涡喷发动机的特性,对流层内飞行高度：推力 燃油消耗率。原因：高度 密度 空气流量 推力-高度 大气温度

27、空气好压缩,增压比 单位推力 推力 sc 同温层：飞行高度 推力 燃油消耗率 原因：高度 密度 空气流量 推力 高度 大气温度不变 单位推力不变 sc 不变,47,8.4 单轴涡喷发动机的特性,速度特性 在给定的调节规律下,保持发动机的的转速和飞行高度不变时,发动机的推力和燃油消耗率随飞行速度(或马赫数)的变化规律随着飞行马赫数的增大，发动机的推力开始略有下降或缓慢地增加，在超音速范围内增加较快，当马赫数继续增加时,推力转为下降，直至推力为零。燃油消耗率随着马赫数的增大而增大,且在高马赫数范围增加的更为急剧。,48,8.4 单轴涡喷发动机的特性,49,8.4 单轴涡喷发动机的特性,飞行马赫数(

28、速度)：推力()燃油消耗率。原因：马赫数 空气流量 推力 马赫数 冲压比 单位推力 马赫数 速度 单位推力 sc,50,8.5 涡喷发动机的通用特性,发动机的相似参数发动机的特性是通过地面台架试验、高空摸拟试验和飞行试验获得的。地面台架试验时,由于外界大气条件的不同,同一台发动机实测到的推力和燃油消耗率曲线是各不相同的。所以有必要将它们换算成标准大气条件下(P0101325Pa,T0288.15K)的通用转速特性,以便相互比较。换算是基于“相似”这一概念进行的,对于具备几何相似条件的发动机,工作状态相似的充分条件是绝对运动和相对运动中的马赫数相等。绝对运动中的马赫数相等就是飞行马赫数Ma相等,

29、相对运动中的马赫数相等就是第一级压气机工作叶轮进口平均半径处的切线速度u1所算得的马赫数相等。,51,8.5 涡喷发动机的通用特性,发动机的相似参数当发动机处于相似状态下工作时,发动机各截面上气流参数的无因次量都保持不变。例如:,52,8.5 涡喷发动机的通用特性,当发动机处于相似状态下工作时,发动机转速、通过发动机的空气流量、发动机单位推力、发动机推力、燃油消耗率以及燃油消耗量等性能参数的绝对值一般各不相同,但它们的相似参数则保持不变。这些发动机性能的相似参数现推导如下:,53,8.5 涡喷发动机的通用特性,1.发动机转速的相似参数 将发动机转速n写成马赫数的函数 当发动机处于相似状态下工作

30、时,Ma（u1）等于常数,于是因此,当发动机处于相似状态下工作时,发动机转速的相似参数 或 保持不变。,54,8.5 涡喷发动机的通用特性,2.空气流量的相似参数由气体动力学知道空气流量的计算公式为:当发动机处于相似状态下工作时,A0,Ma保持不变,所以 因此,当发动机处于相似状态下工作时,空气流量的相似参数 保持不变。,55,8.5 涡喷发动机的通用特性,3.单位推力的相似参数在完全膨胀情况下,单位推力为:当发动机处于相似状态下工作时,保持不变,所以 因此,当发动机处于相似状态下工作时,单位推力的相似参数 保持不变。,56,8.5 涡喷发动机的通用特性,4.推力的相似参数在完全膨胀情况下,推

31、力为:当发动机处于相似状态下工作时,A0,Ma保持不变,所以 因此,当发动机处于相似状态下工作时,单位推力的相似参数 保持不变。,57,8.5 涡喷发动机的通用特性,5.燃油消耗率的相似参数燃油消耗率的定义为:当发动机处于相似状态下工作时,保持不变,所以如果使用相同的燃油,则燃油的低热值Hu相同,假定燃烧室的放热系数和定压比热容都相同,那么,上式可写成:因此,当发动机处于相似状态下工作时,单位推力的相似参数 保持不变。,58,8.5 涡喷发动机的通用特性,6.燃油流量的相似参数根据燃油流量的定义,可以写出:因此,当发动机处于相似状态下工作时,燃油流量相似参数 保持不变。,59,8.5 涡喷发动

32、机的通用特性,综上所述,发动机各性能的相似参数为:转速的相似参数 单位推力的相似参数 推力的相似参数燃油消耗率sfc的相似参数 燃油流量的相似参数空气流量的相似参数,60,8.5 涡喷发动机的通用特性,发动机性能参数的换算参数:如前所述,将不同大气条件下的测得的性能参数换算成标准大气条件下的数据,要求在实际条件下性能参数的相似参数值与在标准大气条件下的相似参数的数值相等。将标准大气条件下的相似参数称为换算参数。用下标“cor”表示。换算转速换算空气流量 换算单位推力 换算燃油消耗率 换算发动机推力 换算燃油流量,61,8.6 双转子涡轮喷气发动机,双转子发动机分为高压转子和低压转子两个部分。高

33、压转子由高压压气机和高压涡轮组成,即高压涡轮带动高压压气机。高压转子的转速为n2,常写成N2。低压转子由低压压气机和低压涡轮组成。即低压涡轮带动低压压气机。低压转子的转速为n1,常写成N1。n1 n2;N1 N2,62,8.6 双转子涡轮喷气发动机,双转子发动机与单转子发动机相比,具有如下优点:双转子发动机与具有相同设计增压比的单转子发动机相比,可以使压气机在更广阔的转速相似参数范围内稳定工作,是防止压气机喘振的有效措施之一。双转子发动机与单转子发动机相比,可以产生更大的推力,这是因为双转子发动机的压气机具有更高的增压比。双转子发动机在低转速下具有较高的压气机效率和较低的涡轮前燃气总温,因此双

34、转子发动机在低转速工作时,燃油消耗率要比单转子发动机低得多。双转子发动机与单转子发动机相比,由于在低转速下具有较低的涡轮前燃气总温,而且压气机不易产生喘振,因而在加速时可以喷入更多的富裕燃料,使双转子发动机具有良好的加速性。双转子发动机在起动时,起动机只需要带动一个转子,与同样参数的单转子发动机相比,可以采用较小功率的起动机。,63,8.6 双转子涡轮喷气发动机,高压转子的共同工作：高压转子的共同工作条件与单转子发动机中压气机和涡轮的共同工作条件一样,也是:转速一致,流量连续,压力平衡和功率平衡四个方面。发动机在一般情况下,涡轮导向器和喷管处于临界或超临界的工作状态,当转速变化时,涡轮的落压比

35、和涡轮效率均保持不变,所以高压涡轮功就只与高压涡轮前燃气总温有关,于是,在给定的高压转子转速的情况下,高压压气机所消耗的功也是确定的,只要选择一个适当的高压涡轮前燃气总温,就能使高压涡轮输出的功等于高压压气机所消耗的功,这时高压转子就能稳定在这个转速下工作。,64,8.6 双转子涡轮喷气发动机,低压转子的共同工作：当按高压转子在某个转速稳定工作时的需要,调节供油量,使高压涡轮前燃气温度为一定数值,相应地低压涡轮前燃气温度也就具有某一定的数值,这样低压涡轮输出的功也就有一定值,低压涡轮输出这么大的功,带动低压压气机到某一转速,而使低压压气机所消耗的功恰好等于低压涡轮输出的功,低压转子便自动地稳定在该转速下工作。,65,第8章 涡轮喷气发动机,END,