[學(xué)習(xí)]發(fā)動(dòng)機(jī)原理課件完整版:第一章2、3、4、5節(jié)_第1頁(yè)
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1、第一章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理,,第一章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理,第一節(jié) 渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)熱力循環(huán)第二節(jié) 推力公式第三節(jié) 性能指標(biāo)和基本要求第四節(jié) 能量轉(zhuǎn)換與效率第五節(jié) 發(fā)展方向,2024年3月26日,2,第二節(jié) 推力公式,一、有效推力及推力分布發(fā)動(dòng)機(jī)提供的推進(jìn)飛機(jī)向前運(yùn)動(dòng)的力,其大小等于流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)、外的氣流對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各部件表面反作用力的軸向合力,用“Feff”表示。提供推動(dòng)力的作用:(1) 克服飛行阻力

2、(2) 飛機(jī)達(dá)到一定速度機(jī)翼產(chǎn)生升力(3) 矢量推力?俯仰(偏航)力矩推力分布,2024年3月26日,3,二、推力公式推導(dǎo),取發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)安裝于短艙的安裝形式遠(yuǎn)前方為“0”截面短艙進(jìn)口為“01”截面尾噴管出口為 “9”截面,2024年3月26日,4,,二、推力公式推導(dǎo),氣流流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)、外所產(chǎn)生的反作用力:Fout:氣流作用于短艙外表面的軸向合力Fin: 發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)各部件所受氣流反作用力的軸向合力,2024年3月26日,5,

3、二、推力公式推導(dǎo),FoutdA — 短艙外表面微元面積在垂直于軸向 方向上的投影;X f — 摩擦阻力因與飛行方向相反,故均為負(fù)。,2024年3月26日,6,二、推力公式推導(dǎo),Fin動(dòng)量定理:控制體進(jìn)、出口氣流動(dòng)量變化=全部軸向力的合力控制體包括:短艙包含的氣流和進(jìn)氣道前方一段擴(kuò)張管流。,2024年3月26日,7,二、推力公式推導(dǎo),Feff,2024年3月26日,8,二、推力公式推導(dǎo),F

4、eff,2024年3月26日,9,推力,阻力,附加阻力,壓差阻力,摩擦阻力,二、推力公式推導(dǎo),推力附加阻力壓差阻力摩擦阻力,2024年3月26日,10,二、推力公式推導(dǎo),Feff與F對(duì)于亞音速飛機(jī),由于發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)氣流擾動(dòng)較小,可以近似認(rèn)為: Feff ? F對(duì)于超音速飛機(jī)在超音速飛行時(shí)激波的出現(xiàn),F(xiàn)eff? F三項(xiàng)損失不容忽視!,2024年3月26日,11,二、推力公式推導(dǎo),Feff與F安裝位置飛機(jī)機(jī)體設(shè)

5、計(jì)必須與發(fā)動(dòng)機(jī)工作相匹配,以減小安裝損失。,2024年3月26日,12,安裝推力,非安裝推力,安裝損失,二、推力公式推導(dǎo),推力,2024年3月26日,13,發(fā)動(dòng)機(jī)推力=空氣流量?進(jìn)排氣速度差,第一章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理,第一節(jié) 渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)熱力循環(huán)第二節(jié) 推力公式第三節(jié) 性能指標(biāo)和基本要求第四節(jié) 能量轉(zhuǎn)換與效率第五節(jié) 發(fā)展方向,2024年3月26日,14,第三節(jié) 性能指標(biāo)和基本要求,一、性能指標(biāo)1、推力單

6、位:N、daN、kgf,2024年3月26日,15,一、性能指標(biāo),1、推力(動(dòng)量變化)空氣:燃油:大涵道比(民用)渦扇 燃油/空氣 幾/ ‰小涵道比(軍用)渦扇 燃油/空氣 幾/%,2024年3月26日,16,排出燃?xì)饬髁?排出進(jìn)口空氣流量,一、性能指標(biāo),1、推力(壓力變化),2024年3月26日,17,一、性能指標(biāo),1、推力推力:尾噴管完全膨脹:p9=p0忽略進(jìn)出口流量差異 qmg=qma,2024年

7、3月26日,18,一、性能指標(biāo),1、推力如果v0=0,則為地面臺(tái)架試驗(yàn) F119 qma=125kg/s v9=1200m/s F=150000N,2024年3月26日,19,一、性能指標(biāo),示例:進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)地面臺(tái)架試車(chē),其中發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口流量100kg/s,進(jìn)口速度120m/s,排氣速度800m/s,尾噴管完全膨脹,則發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的推力是多少?A

8、68000NB80000N,2024年3月26日,20,,,一、性能指標(biāo),1、推力發(fā)動(dòng)機(jī)推力大小僅僅反映飛機(jī)的推力需求,不能反映不同推力級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)之間的性能優(yōu)劣例如:GE90(BY777) F=392000N, qma=1420kg/s D=3.524mwp-11(無(wú)人機(jī)) F=8500N, qma=13kg/s

9、 D=0.3m,2024年3月26日,21,一、性能指標(biāo),2、單位推力單位:N ·s/kg每秒鐘流過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的每公斤空氣產(chǎn)生的推力.忽略進(jìn)出口流量變化,完全膨脹:又進(jìn)行地面臺(tái)架試驗(yàn):,2024年3月26日,22,一、性能指標(biāo),2、單位推力大涵道比民用渦扇:300高性能小涵道比軍用渦扇:700-1200單位推力越大

10、,迎頭面積越小。,2024年3月26日,23,一、性能指標(biāo),3、推重比FW = F / W無(wú)量綱量綜合性指標(biāo):反映氣動(dòng)熱力循環(huán)的設(shè)計(jì)水平(如高單位推力),反映結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。統(tǒng)計(jì):W增加1kg導(dǎo)致飛機(jī)重量增加2.5kg。,2024年3月26日,24,一、性能指標(biāo),3、推重比J473F1008F11910飛機(jī)推重比將直接影響飛機(jī)性能(最大平飛速度、升限、有效載荷和機(jī)動(dòng)性、作戰(zhàn)半徑等)先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)推重比?1

11、.1~1.15,2024年3月26日,25,一、性能指標(biāo),4、單位迎面推力F A= F / A單位:N/m2發(fā)動(dòng)機(jī)短艙安裝,其迎面面積的大小,決定了發(fā)動(dòng)機(jī)外部阻力大小。渦噴發(fā)動(dòng)機(jī) F A 約為80-100kN/m2,2024年3月26日,26,一、性能指標(biāo),5、耗油率單位:kg/h ·N或kg/h ·daN產(chǎn)生1牛頓推力每1小時(shí)消耗的燃油量經(jīng)濟(jì)性指標(biāo),2024年3月26日,27,油氣比,一、性能指

12、標(biāo),示例:F119發(fā)動(dòng)機(jī)qmf = 7.2kg/s(每小時(shí)耗油25920kg)推力≈150000N耗油率:0.173 kg/h ·N,2024年3月26日,28,一、性能指標(biāo),小結(jié)1、推力 F2、單位推力Fs3、推重比 Fw4、單位迎面推力 FA5、耗油率 sfc,2024年3月26日,29,二、使用性能要求,1. 起動(dòng)迅速可靠(地面、空中) t = (30-60 s) 2. 加、

13、減速性能好 指發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速迅速增加或減小,使發(fā)動(dòng)機(jī)推力迅速加大或減小的能力。 t = (5 - 15 s),2024年3月26日,30,二、使用性能要求,3.工作穩(wěn)定、可靠性好使用中避免發(fā)生:熄火、超溫、超轉(zhuǎn)、喘振等結(jié)構(gòu)完整性安全可靠事故率:發(fā)動(dòng)機(jī)故障引起飛行事故次數(shù)/10萬(wàn)小時(shí)空中停車(chē)率:空中停車(chē)次數(shù)/工作千小時(shí)(IFSD)返修率(Shop Visit Ratio / 1000hr)平均無(wú)故障時(shí)

14、間(Meaning Time Between Faults)?,2024年3月26日,31,二、使用性能要求,4.壽命長(zhǎng) 兩次返修之間發(fā)動(dòng)機(jī)工作小時(shí)數(shù) 軍用: 100-400小時(shí) 民用:上千-上萬(wàn)小時(shí)5.其他 可維修性、低成本、低排放污染、低噪音等,2024年3月26日,32,三、基本要求,高推重比(高單位推力)低耗油率高穩(wěn)定可靠性低成本低污染,2024年3月26日,33,第一章航空燃?xì)鉁u

15、輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理,第一節(jié) 渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)熱力循環(huán)第二節(jié) 推力公式第三節(jié) 性能指標(biāo)和基本要求第四節(jié) 能量轉(zhuǎn)換與效率第五節(jié) 發(fā)展方向,2024年3月26日,34,第四節(jié) 能量轉(zhuǎn)換與效率,一、能量轉(zhuǎn)換航空發(fā)動(dòng)機(jī)是(熱機(jī)+推進(jìn)器)的組合體熱機(jī) 熱能 ? 機(jī)械能 熱效率推進(jìn)器 機(jī)械能 ? 推進(jìn)功 推進(jìn)效率組合體 熱能? 機(jī)械能 ?推進(jìn)功 總效率,202

16、4年3月26日,35,二、熱效率,,2024年3月26日,36,,三、推進(jìn)效率,單位時(shí)間發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)飛機(jī)所做推進(jìn)功發(fā)動(dòng)機(jī)每公斤工質(zhì)單位時(shí)間對(duì)飛機(jī)所作推進(jìn)功推進(jìn)效率定義:,2024年3月26日,37,三、推進(jìn)效率,兩種極端情況當(dāng)V0=0時(shí), ?p= 0當(dāng)V9 = V0時(shí), ?p =1 (但Fs= V9 - V0= 0) V9 ? V0 0 ? ?p ? 1 (0.5~0.7

17、5) 有效功 ? 推進(jìn)功的轉(zhuǎn)換必有“損失”,2024年3月26日,38,三、推進(jìn)效率,損失 = 有效功?推進(jìn)功 =絕對(duì)坐標(biāo)系中氣流以絕對(duì)速度(V9 ? V0)排出發(fā)動(dòng)機(jī)所帶走的能量,稱(chēng)為“余速損失”若V0 =0,則全部可用能以動(dòng)能 的形式損失在空間,不產(chǎn)生推進(jìn)功。,2024年3月26日,39,三、推進(jìn)效率,思考題發(fā)動(dòng)機(jī)做地面臺(tái)架試驗(yàn),F(xiàn)=10000N,V9=500m/s,推進(jìn)功和效率分別是多少?V0=0,

18、推進(jìn)功=0,推進(jìn)效率=0,2024年3月26日,40,,四、總效率,發(fā)動(dòng)機(jī)作為“熱機(jī)+推進(jìn)器”的效率。經(jīng)濟(jì)性指標(biāo),0.2~0.3提高總效率途徑1、提高熱效率,改善循環(huán)參數(shù)(提高 、 ,高效率部件)2、提高推進(jìn)效率(減少V9 - V0 ),2024年3月26日,41,四、總效率,總效率與耗油率的關(guān)系飛行速度一定時(shí),總效率與耗油率成反比飛行速度變化時(shí),只能用總效率表示經(jīng)濟(jì)性飛行速度為零時(shí),只能用耗油率表示

19、經(jīng)濟(jì)性,2024年3月26日,42,四、總效率,,2024年3月26日,43,對(duì)于渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)存在矛盾渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)將熱力循環(huán)獲得的機(jī)械能全部轉(zhuǎn)換為氣體的動(dòng)能增量,進(jìn)、排氣速度差大,可提高熱效率和增加推力但排氣速度差大,推進(jìn)效率低,總效率低經(jīng)濟(jì)性差,耗油率高能否在不降低發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率的條件下,提高推進(jìn)效率,改善低速飛行條件下的總效率降低耗油率?其他類(lèi)型發(fā)動(dòng)機(jī),四、總效率,作業(yè):V0=300m/s , V9=600m/s , qma=1

20、00kg/s, qmf=1kg/s,Hu=42900kJ/kg,求?th 、?p 、 ?0 。,2024年3月26日,44,第一章航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理,第一節(jié) 渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)熱力循環(huán)第二節(jié) 推力公式第三節(jié) 性能指標(biāo)和基本要求第四節(jié) 能量轉(zhuǎn)換與效率第五節(jié) 發(fā)展方向,2024年3月26日,45,第五節(jié) 發(fā)展方向,要求:高單位推力、低耗油率單位推力、耗油率與熱力循環(huán)關(guān)系,2024年3月26日,46,第五節(jié) 發(fā)展方向

21、,提高加熱比?(即T3*),可有效提高循環(huán)功,因此提高單位推力,但同時(shí)使耗油率增加;提高壓氣機(jī)增壓比?k,可提高熱效率,降低耗油率,但導(dǎo)致單位推力下降;為獲得高單位推力和低耗油率,隨T3*的提高,相應(yīng)提高壓氣機(jī)增壓比,2024年3月26日,47,第五節(jié) 發(fā)展方向,,2024年3月26日,48,典型亞音速飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī),第五節(jié) 發(fā)展方向,,2024年3月26日,49,典型軍用發(fā)動(dòng)機(jī),第一章 小結(jié),推力的產(chǎn)生及推力公式性能指標(biāo)熱力循環(huán)及

22、循環(huán)分析結(jié)果循環(huán)功、熱效率與循環(huán)增壓比、加熱比的關(guān)系三個(gè)效率(? th、? p、? 0 )的定義、能量轉(zhuǎn)換、損失發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展方向?yàn)樘岣甙l(fā)動(dòng)機(jī)推重比(單位推力),提高燃燒室出口溫度T3*為降低耗油率,提高壓氣機(jī)增壓比?k *,作業(yè),1、發(fā)動(dòng)機(jī)推力與有效推力存在有什么區(qū)別?有效推力公式中的三項(xiàng)阻力與哪些因素有關(guān)?內(nèi)推力大小與哪些因素有關(guān)?2、對(duì)于殲擊機(jī)用發(fā)動(dòng)機(jī),為什么將高推重比作為追求目標(biāo)?提高發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度為什么可以提高發(fā)

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