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* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 飞行领航学(1) 飞行技术学院地面理论教学部 涡喷发动机的共同工作 主要内容 1.掌握发动机在稳定工作状态下共同工作满足的条件 2.掌握发动机在过渡态下共同工作的特点 3.掌握涡喷发动机特性的定义及其分类 涡喷发动机的共同工作 1.1 定义 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。对于进气道和喷管面积不可调的发动机来说, 五大部件的共同工作实际上就是压气机, 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, 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。 涡喷发动机的共同工作 1.2 分类 发动机工作时, 压气机和涡轮组成的转子不停地转动, 按转子转动的具体情况, 可以把发动机的工作分为稳态和过渡态两种。 稳态是指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; 过渡态是指发动机从某一转速变到另一转速下工作状态的总和。 所以共同工作分为稳态下的共同工作和过渡态下的共同工作。 涡喷发动机的共同工作 1.2.1 稳态下的共同工作 1.稳态下的共同工作条件 发动机在稳定工作状态下的共同工作条件有四条: 转速一致 对于单转子涡轮喷气发动机压气机和涡轮是有一根轴, 所以压气机和涡轮的转速是一致的。 压气机转子的转速等于涡轮转子的转速, 可以写成: 涡喷发动机的共同工作 流量连续 进入压气机的空气, 由压气机进行压缩, 在燃烧室中与燃油混合燃烧, 再通过涡轮和喷管排出, 其流量是连续的。也就是说, 流过涡轮的燃气流量等于流入压气机的空气流量加上进入燃烧室的燃油流量,再减去引气系统引走的空气流量即 也就是说, 流过涡轮的燃气流量等于流入压气机的空气流量。 涡喷发动机的共同工作 压力平衡 涡轮进口燃气的总压等于压气机出口的总压乘以燃烧室的总压恢复系数,即 功率平衡 压气机是由涡轮带动工作的, 所以要使压气机和涡轮在某一转速下稳定工作涡轮提供给压气机的功率与压气机压缩空气所消耗的功率应平衡。即 涡喷发动机的共同工作 2.如何保证稳态下的共同工作 涡轮功率与压气机功率平衡是暂时的、相对的、有条件的。当发动机工作时的外界条件行(飞行高度、飞行速度和大气状态)发生变化, 或发动机某一部件的几何参数变化, 都将使涡轮功率和压气机功率发生变化, 而不能保持平衡, 这将导致发动机进入另一新的工作状态。由于发动机的各个部件是协同工作的, 任何一个部件工作状态的变化都将影响其它部件的工作, 它们相互影响, 相互制约。 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。 涡喷发动机的共同工作 1.2.2 过渡态下的共同工作 发动机过渡态包括加速过程、减速过程和起动过程。 转速增大的过程叫加速过程, 转速减小的过程叫减速过程, 转速从0加速到慢车转速的工作过程叫起动过程。 1.加速过程 要使发动机从某一转速增加到另一转速,涡轮输出的功率必须大于压气机所消耗的功率,通常将涡轮功率与压气机功率之差叫做剩余功率,即 涡喷发动机的共同工作 发动机加速的必要条件是要有剩余功率。 改变发动机转速的最好方法是改变涡轮前燃气温度以改变涡轮功率, 而涡轮前燃气温度的改变, 可以借操纵供油量来实现。 当快推油门时, 发动机转速快速上升的能力叫做加速性, 通常定义发动机由慢车转速上升到最大转速所需的时间叫加速性。加速时间越短, 加速性越好。 对于已给定的发动机, 转子的惯性矩是个不变的常数, 加速时间只取决于剩余功率的大小, 剩余功率越大, 加速性越好。 涡喷发动机的共同工作 2.最佳加速过程 显然, 为了缩短加速过程所需要的时间, 应尽可能地增大加速过程中的涡轮前燃气总温, 以增大剩余功率。但是, 提高可能会遇到如下几种情况的限制: 压气机稳定工作裕度的限制:一般说来, 在中转速以下工作时, 供油量增加的程度, 主要是从压气机能否稳定工作来考虑 涡轮强度条件的限制:在高转速范围内
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