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1、第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理2.1 工作原理本讲内容1.掌握五大部件的功能(重点)2.了解发动机中的几个重要性能参数3.掌握推力定义、产生的原因及其提高推力的两种途径(重点)第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理1.五大部件的功能1.1 组成 单转子涡轮喷气发动机是由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和喷管五大部件组成。单转子涡喷发动机 第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理1.2 功能 进气道：将足够的空气量，以最小的流动损失顺利地引入压气机；当飞行速度大于压气机进口处的气流速度时，可以通过冲压压缩空气，提高空气的压力。 进气道
2、 第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理 压气机：通过高速旋转的叶片对空气作功，压缩空气，提高空气的压力。 轴流式压气机 第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理 压气机转子 压气机静子 第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理离心式压气机第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理 离心叶轮 第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理 燃烧室：高压空气和燃油混合，燃烧，将化学能转变为热能， 形成高温高压的燃气。 环形燃烧室第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理环形燃烧室示意图第六章第六章
3、 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理 涡轮：高温高压的燃气在涡轮内膨胀，向外输出功，去带动压气机和其它附件。 单转子三级涡轮第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理 喷管：燃气继续膨胀、加速，提高燃气的速度。 压气机、燃烧室和涡轮称为燃气发生器。喷管第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理部部 件件功功 能能进气道进气道将足够的空气量，以最小的流动损失顺利地引入压气机；将足够的空气量，以最小的流动损失顺利地引入压气机；当飞行速度大于压气机进口处的气流速度时，可以通过冲当飞行速度大于压气机进口处的气流速度时，可以通过冲压压缩空气，提高空气的压力。压压
4、缩空气，提高空气的压力。压气机压气机通过高速旋转的叶片对空气作功，压缩空气，提高空气的通过高速旋转的叶片对空气作功，压缩空气，提高空气的压力。压力。 燃烧室燃烧室高压空气和燃油混合、燃烧，将化学能转变为热能，高压空气和燃油混合、燃烧，将化学能转变为热能， 形成形成高温高压的燃气。高温高压的燃气。涡轮涡轮高温高压的燃气在涡轮内膨胀，向外输出功，去带动压气高温高压的燃气在涡轮内膨胀，向外输出功，去带动压气机和其它附件。机和其它附件。尾喷管尾喷管燃气继续膨胀、加速，提高燃气的速度燃气继续膨胀、加速，提高燃气的速度第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理1.3 站位规定：单转子0-0
5、 0-0 发动机前方未受扰动截面发动机前方未受扰动截面 1-1 1-1 进气道出口进气道出口/ /压气机进口截面压气机进口截面2-2 2-2 压气机出口压气机出口/ /燃烧室进口截面燃烧室进口截面3-3 3-3 燃烧室出口燃烧室出口/ /涡轮进口截面涡轮进口截面4-4 4-4 涡轮出口涡轮出口/ /喷管进口截面喷管进口截面5-5 5-5 喷管出口截面喷管出口截面第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理单转子涡喷发动机站位图 第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理双转子涡喷发动机站位图 第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理2.发动机重要
6、性能参数2.1 涡轮前燃气总温 涡轮前燃气总温用符号 表示，它是燃气涡轮发动机中最重要、最关键的一个参数，也是受限制的一个参数。 涡轮前燃气总温的高低表示了发动机性能的高低，在使用过程中它不应超过允许的最高值，否则应对发动机进行检查和维修。 第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理2.2 发动机排气温度 发动机的排气温度用符号EGT表示，一般它是低压涡轮后燃气的总温。它是发动机中一个重要的监控参数。 EGT 的高低反映了发动机中最重要，最关健的参数涡轮前总温的高低。EGT高，则就高；EGT超限，则 超限。同时EGT的变化反映发动机性能的变化；例如发动机在同样的工作状态下EGT
7、增高，则表明发动机的性能下降。而且EGT的变化反映发动机的故障。第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理2.3 发动机的压力比 发动机的压力比简称为发动机压比，用符号EPR表示。其定义是: 低压涡轮后的总压 与低压压气机进口处的总压 之比，即 它是表征发动机推力的参数之一。 另一个表征发动机推力的参数是低压转子的转速N1。第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理3.喷气发动机热力循环 燃气涡轮喷气发动机的理想循环称为布莱顿循环或定压加热循环。该循环由四个热力过程组成，如图。布莱顿循环第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理第六章第六章 航空
8、燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理热效率随发动机增压比的变化 第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理由图可见:v增压比一定, 加热比愈大,循环功愈大。v加热比一定时, 循环功随增压比变化的曲线有一个最大值。 理想循环功与增压比的关系 第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理4.推力4.1 4.1 推力的产生 气体流过发动机时对发动机内外壳体作用力的合力,在发动机轴线方向的分力叫推力，用符号F表示。4.2 4.2 推力的产生单转子涡喷发动机第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理单转子涡扇发动机推力分布图 第六章第六章 航空燃气涡轮发
9、动机原理航空燃气涡轮发动机原理涡喷发动机推力分布图 第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理运用动量方程推得喷气发动机的推力为：)()(0555PPAVVqFm 该式表明，喷气发动机产生推力的大小与进入发动机的空气流量和喷气速度有关。当喷气速度一定时，空气流量越多，则推力越大；当空气流量一定时，喷气速度越大，则推力也就越大。所以提高推力的两种途径为：v不断地增大空气流量v提高喷气速度第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理PW4000PW4000 第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理JT9DJT9D 第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理
10、航空燃气涡轮发动机原理1.喷气发动机的效率1.1 热效率 定义： 单位时间流过发动机的气体获得的动能增量与单位时间进入燃烧室的燃油完全燃烧所释放出的热量的比值。0QEkt第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理 如前所述布莱顿循环的热效率只与发动机的增压比有关, 增压比越高, 热效率越大。而影响喷气发动机实际循环热效率的因素有三个, 它们是:v涡轮前燃气总温 v增压比v压气机效率 和涡轮效率*c*TT*3第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理v涡轮前燃气总温 v增压比v压气机效率和涡轮效率最经济增压比第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原
11、理1.2 推进效率1.2.1 定义：推进效率是发动机的推进功率与单位时间流过发动机的气体获得的动能增量的比值,用 表示。 kpEFVp第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理VVqVVVVVqEFVmmkp52255122)()( 推进效率取决于发动机的排气速度与飞行速度的比值。这个比值越大, 推进效率越低。在飞行中, 只要发动机的推力不为零, 推进效率总小于。 涡喷发动机的推进效率为0.500.75。 第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理1.3 总效率 推进功率与单位时间进入燃烧室的燃油完全燃烧所释放出的热量的比值称为总效率,用 表示。 ptptkkE
12、FVQEQFV0000第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理2.1 推力指标2.1.1 推力 推力是发动机最主要的性能指标，但决不能只以它的大小来衡量发动机的好坏,因为它并不能表明发动机有多大尺寸，有多少重量，也不知道消耗多少燃油才产生这样大的推力，因此，引入下列参数。 第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理2.1.2 单位推力 发动机的推力与流过发动机空气的质量流量的比值，称为单位推力。 mSqFF 单位推力是发动机最重要的性能指标之一。在给定飞行条件，发动机尺寸和重量的情况下，单位推力愈大，则发动机的推力也愈大。由此式可以看出: 影响推力的因素有通过
13、发动机的空气流量和单位推力。第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理2.1.3 推重比 发动机的推力与发动机重量的比值，称为推重比。 发动机的推重比越大，说明推力一定时，发动机重量越轻; 而发动机重量一定时，推力就越大。所以，推重比越大越好。 WFFW 第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理2.2 经济指标2.2.1 燃油消耗量 单位时间进入燃烧室的燃油质量，称为燃油消耗量，用符号 表示。 对于同一台发动机，燃油消耗量是一个重要的监控参数，因为随着发动机性能的下降及故障的出现，燃油消耗量将增加。故可以根据燃油消耗量和排气温度的变化，判别发动机性能衰退的情况
14、和故障。 fmq,第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理2.2.2 燃油消耗率 产生单位推力在一小时内所消耗的燃油质量称为燃油消耗率，用符号sfc表示。 Fqsfcfm ,3600SSmfmFfFqqsfc36003600, 此式表明，影响燃油消耗率的因素有：单位推力和油气比。当单位推力不变时，油气比越大，燃油消耗率越高; 当油气比不变时，单位推力越大，燃油消耗率越低。 第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理ufmpmHqTTcq,*2*3)(upmfmHTTcqqf)(*2*3, 此式表明: 影响燃油消耗率的因素有两个: 它们是单位推力和燃烧室进、出口
15、的总温之差。在燃烧室进、出口的总温之差不变时, 单位推力越大, 燃油消耗率越低; 在单位推力不变时, 燃烧室进、出口的总温之差越大, 燃油消耗率越高。 第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理2.2.3 燃油消耗率与总效率的关系Fqsfcfm,3600 fmuqHFVQFV,00 ufmufmHVqHFVFqsfc36003600,0 00003600360000 uMaaVuHMaaHVsfc 在一定的飞行马赫数下, 燃油消耗率与发动机的总效率成反比。第六章第六章 航空燃气涡轮发动机原理航空燃气涡轮发动机原理作 业1.目前民用干线运输机常采用的动力装置是_；支线运输机常采用的动力装置是_；直升机采用的动力装置多为_。2.单转子涡轮喷气发动机由那几部分组成，并简述其功能？3.燃气发生器包括_, _和_三部分。4.EGT叫做_,一般它是_后的燃气总温，是一个重要的_参数。EPR叫做_,它和_是表征发动机_的参数。
飞机动力装置：第六章航空燃气涡轮发动机原理 (2)
