航空发动机课设答辩学术参考

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1、航空发动机课程设计涡轮风扇发动机总体性能方案和截面参数设计 班级：0211100 学号： 姓名： 指导教师： 时间：目录1. 课设目的32. 基本参数33.截面参数计算43.1进气道出口截面气流计算43.2风扇出口气流参数计算43.2.1风扇外涵出口43.2.2风扇内涵出口53.3高压压气机出口气流参数计算53.4燃烧室出口气流参数计算53.5高压涡轮出口气流参数计算63.6低压涡轮出口气流参数计算63.7掺混器出口气流参数计算73.8喷管出口气流参数计算83.8.1采用收敛喷管：83.8.2采用拉瓦尔喷管：83.9.空气流量与耗油率计算93.10.发动机流道流量与面积计算93.11.发动机气

2、动参数汇总104.发动机内外径和叶轮机通道形式设计105.发动机转速计算126.压气机压比和燃烧室温度对性能和结构强度的影响127. 参考文献：131. 课设目的 1) 加深理解已学的各门专业课程，尤其是航空发动机原理； 2) 培养工程设计意识和实践工作能力。2. 基本参数 进口为标准大气状态，地面台架状态，给定推力，进气道总压恢复系数0.98。风扇外涵压比2.4，效率0.9；内涵压比2.，效率0.9。高压压气机压比18，效率0.8。燃烧效率0.99，燃烧室总压恢复系数0.89，燃烧室温度1500K。高压涡轮效率0.95，低压涡轮效率0.95。喷管总压恢复系数0.98。 风扇进口M=0.550

3、.65，压气机进口M=0.40.6，出口M0.35；涡轮进口M0.2，末级出口M0.55（一般0.3）。叶尖相对马赫数风扇进口1.41.8，压气机进口0.91.3，涡轮0.7。总体条件大气压力Pa101325大气静温K288.15飞行马赫数0流量附件功率(高压)1000Cp1004g1.4K0.04042R287.1Cp1160.7g1.33K0.03968R288高压涡轮机械效率nmh0.99低压涡轮机械效率nml0.99 表1 总体条件部件输入参数进气道总压恢复系数0.98风扇外涵压比外涵效率涵道比2.40.91.2内涵压比内涵效率20.9进口马赫数出口马赫数叶尖相对马赫数0.60.5压气

4、机压比效率180.8进口马赫数出口马赫数叶尖相对马赫数0.50.3燃烧室总压恢复系数燃烧效率总温0.890.991500高压涡轮效率涡轮冷却流量比进口马赫数0.950.10.19低压压涡轮效率进口马赫数出口马赫数0.950.250.3掺混器总压掺混损失系数0.9喷管总压恢复系数0.98表2 部件输入参数3.截面参数计算3.1进气道出口截面气流计算K pa3.2风扇出口气流参数计算 3.2.1风扇外涵出口风扇外涵出口总压 =238316.4pa风扇外涵出口总温风扇外涵功=91457.8w 3.2.2风扇内涵出口风扇内涵出口总压 =198597pa风扇内涵出口总温 =358.3K风扇内涵功 =70

5、478.0w3.3高压压气机出口气流参数计算高压压气机出口压力=3574746pa高压压气机出口总温 =934.2K高压压气机功 =578187.2w3.4燃烧室出口气流参数计算燃烧室出口压力：=3181523.9pa油气比： =0.0168 =0.0152 3.5高压涡轮出口气流参数计算高压涡轮功： =639272.2w高压涡轮落压比：=7.2高压涡轮出口总压： =444078.4pa高压涡轮出口总温： =949.2K与冷却气掺混后总温： =947.9K 3.6低压涡轮出口气流参数计算低压涡轮功： =179329.8w低压涡轮膨胀比：=2.1低压涡轮出口总压： =207977.8pa低压涡轮

6、出口总温： =793.4K3.7掺混器出口气流参数计算进口处内涵气流总压： 进口处内涵气流总温： 进口处外涵气流总压： 进口处外涵气流总温： 混合进口平均总压： 混合出口平均总压： =201971.6pa混合出口平均总温： =584.03K喷管出口总温： =584.03K喷管出口总压： =197932.1pa3.8喷管出口气流参数计算3.8.1采用收敛喷管： 由于 ， 故喷管处于超临界状态。喷管出口速度为：=438m/s喷管出口静温为： =494.6K喷管出口静压为：=106990.3pa单位推力为: =452.6N/kg3.8.2采用拉瓦尔喷管：喷管出口速度为： =455.6m/s喷管出口静

7、温为： 喷管出口静压为： 单位推力为: 单位推力两者差距不大，故两者流量也基本没有差别；且喷管状态不影响喷管前热力学参数。考虑到拉瓦尔喷管结构比收敛喷管大大增加了结构的复杂性，因此采用收敛喷管。3.9.空气流量与耗油率计算空气流量为： =75.07kg耗油率： =0.054N/(kg*h)3.10.发动机流道流量与面积计算 由涵道比和油气比可以确定进气道进口、风扇进口、风扇外涵出口、风扇内涵出口、高压压气机出口、燃烧室出口、高压涡轮出口、低压涡轮出口、喷管吼道、喷管出口的流量分别为：75.07、75.07、40.94、34.12、34.12、31.18、34.59、40.95、75.54、75

8、.54kg。 由流量公式： 变化得： 代入数据分别计算得：进气道进口、风扇进口、风扇外涵出口、风扇内涵出口、高压压气机出口、燃烧室出口、高压涡轮出口、低压涡轮出口、喷管吼道、喷管出口的面积分别为0.3773、0.3773、0.1109、0.1078、0.0147、0.0296、0.1443、0.2828、0.2324、0.2324kg。3.11.发动机气动参数汇总截面流量总温总压面积Lambda数q(l)进气道进口75.07146287288.151013250.37725461500风扇进口75.07146287288.1599298.50.3772546150.6348110540.841

9、609506风扇外涵出口40.94807066379.2433887238316.40.1109165540.5345224840.746355685风扇内涵出口34.12339221358.34817261985970.1078176740.5345224840.746355685高压气机出口34.12339221934.231859535747460.0146898170.3257151720.491384733燃烧室出口31.1766890415003181523.940.0295760530.207387250.323391461高压涡轮出口34.58902826947.9399022

10、444078.47580.1443299280.2721655270.418736658低压涡轮出口40.94807066793.4384823207977.80360.2828136050.3257151720.494198162掺混器出口75.53709892584.0378717201971.5764*喷管吼道*0.23243033711喷管出口75.53709892584.0378717197932.14490.23243033711表3. 发动机流道截面参数计算结果风扇总功率/w6150000.286压气机总功率/w19729709.34供油量/kg0.517373388高压涡轮进口

11、温度/k1500高压涡轮压比7.164328184低压涡轮压比2.135220529喷管出口马赫数1喷管出口静温/k501.318118喷管出口速度/m/s438.2072984推力/N34000耗油率/(kg/(Nh)0.054780712表4.发动机性能参数4.发动机内外径和叶轮机通道形式设计 根据3.10.计算结果进气道进口、风扇进口、风扇外涵出口、风扇内涵出口、高压压气机出口、燃烧室出口、高压涡轮出口、低压涡轮出口、喷管吼道、喷管出口的面积分别为0.3773、0.3773、0.1109、0.1078、0.0147、0.0296、0.1443、0.2828、0.2324、0.2324kg

12、。流道设计采用等外径设计，取外机匣半径为0.4m，内涵道机匣半径为0.353m.。带入数据依次计算出各流道半径为：截面面积大径小径进气道进口0.3772546150.40.199637717风扇进口0.3772546150.40.199637717风扇外涵出口0.1109165540.40.353095252风扇内涵出口0.1078176740.3530952520.300565164高压压气机出口0.0146898170.3530952520.346407233燃烧室出口0.0295760530.3530952520.339495407高压涡轮出口0.1443299280.353095252

13、0.280555363低压涡轮出口0.2828136050.3530952520.186032872喷管吼道0.2324303370.27207058喷管出口0.2324303370.27207058表5. 发动机几何参数根据计算结果画发动机流道如下图所示：图1.发动机流道图示5.发动机转速计算根据相关设计手册资料风扇进口M=0.550.65，压气机进口M=0.40.6，出口M0.35；涡轮进口M0.2，末级出口M0.55（一般0.3）。叶尖相对马赫数风扇进口1.41.8，压气机进口0.91.3，涡轮0.7。取风扇进口、压气机进口、高压涡轮进口、低压涡轮进口的马赫依次为：0.6、0.5、0.1

14、9、0.25。叶尖相对马赫数依次为：1.402、1.2、0.5675、0.6562。叶尖相对ma进口ma总温静温声速进口速度相对速度牵连速度叶尖尺寸n/rpm风扇进口1.4020.6288.15268.79328.69197.21460.82416.490.49948.17压气机进口1.20.5358.34341.28370.37185.18444.44404.020.35310935.25高压涡轮进口0.56750.1915001415.89755.57143.55428.78404.040.35310935.59低压涡轮进口0.65620.25947.93910.38605.86151.4

15、6397.56367.580.3539948.83表6.发动机转速计算故发动机高压转子设计转速为： 发动机低压转子转速为：6.压气机压比和燃烧室温度对性能和结构强度的影响 在发动机推力不变的条件下，台架试车时发动机SFC越小，发动机性能越好。 发动机做的有效功为：（其中，）内涵道单位质量流量推力：发动机耗油率为： 由函数性质知，在涡轮前温度不变时，存在一个最经济的压气机压比使得发动机耗油率最低。在压气机压比不变时，存在一个最经济的涡轮前温度使得耗油率最低。对结构而言，在涡轮前温度不变时，存在一个最佳压比使得发动机单位推力最大，总推力不变时，此时发动流量小，可以缩小发动机尺寸，但使得发动机设计转速提高。涡轮前温度升高将使发动流量小，发动机尺寸减小，同样使得发动机设计转速提高。7. 参考文献： 王琴芳.航空燃气涡轮发动机原理M13教=学