正文课件第三章涡轮机及喷气发动机.ppt

通过水轮机转轮作功的实际流量为 若水轮机中的水力损失为 ，则相应所消耗的功率为 （3-117） 令 并称之为相对水力损失，而 则为水力效率。 水轮机的总效率为 （3-118） 4．水轮机的功率P 水轮机主轴端能发出的功率为 （3-119） 它也可表达为 （3-120） 三、水轮机比转速与气蚀 1.水轮机比转速 水轮机比转速为1m水头下发出1kW功率时的转速，即 （3-121） 2.气蚀 气蚀发生时，水轮机效率急剧下降，还对安全产生危害。 2．一次调节抽汽式汽轮机功率与流量的关系 如不考虑回热抽汽量，则有： （3-91） （3-92） 用图3-34符号，则汽轮机的内功率 和 为 （3-93） （3-94） 于是 （3-95） 一次调节抽汽式汽轮机的工况图，见图（3-35）。 图3－35 一次调节抽汽式汽轮机的工况图 第七节 火箭及喷气发动机 一、火箭推进概述 1.火箭的运动与推力 火箭的运动是由直接反作用引起的，如图3-36a所示。 火箭发动机是直接反作用式发动机，发动机和推进器合为一体，射流产生的反作用力直接施加在发动机上。 间接反作用式装置，例如空气螺旋桨飞机（图3-36b），作为能源的部件（发动机）和利用发动机的能量来产生运动的部件（推进器）两者是分开的；推动飞行器前进的反作用力施加在推进器上，而不是施加在发动机上。 空气喷气发动机需利用周围的空气来产生喷气射流，火箭发动机则不需利用周围空气而只用自身携带的物质来产生喷气射流。 空气喷气发动机至少应当由下列五个部件组成：进气道、压气机、燃烧室、涡轮和喷管，如图3-37所示。插图3- 8为涡轮喷气发动机实物照片。 a）产生直接反作用的火箭示意图 b）间接反作用式装置示意图 1－火箭发动机 2－喷出的射流 3－螺旋桨（推进器） 4－发动机 ?图3-36 直接与间接反作用的比较 1－空气入口 2－压气机 3－燃油 4－燃烧室 5－涡轮 6－喷管 图3-37 涡轮喷气发动机原理简图 插图3- 8 涡轮喷气发动机 因此，装有空气喷气发动机的飞行器只能在大气层中推进，在真空中只能靠惯性飞行；而装有火箭发动机的飞行器，则无论在大气层内或在大气层外都能推进。 今以化学能火箭为例，见图3-38。 火箭在推进过程中是变质量系统，但如把喷出的质量也包括进来，就仍然是定质量系统。 设 为每秒喷出的燃烧产物的质量，即 （3-96） a）t时刻 b）t＋dt时刻 图3-38 火箭作直线运动 于是，根据动量定理有 （3-97） 将式（3-97）展开并略去二阶微量，得火箭运动的方程式： （3-98） 在外力中的气动阻力和重力不应该包括在发动机的推动力之中。因此，发动机推力的基本公式为 （3-99） 可见，发动机的推力由动量推力（动推力）（动推力）和压力推力（静推力）两部分组成。 动推力是推力的主要部分。如果把静推力也换算称动推力，则式（3-99）为 （3-100） 式中，vef为等效排气速度。 （3-101） 在整个工作时间tn内，推力产生的总冲量（简称总冲）记作I，则 （3-102） 平均比冲量（简称平均比冲），记做Is，则 （3-103） 任意瞬间的比冲（比推力） 定义为 （3-104） 因此，瞬时比冲实际上就是等效排气速度。 比冲是衡量发动机性能的重要指标。比冲大，说明可以用较少的推进剂获得需要的总冲。它既是能量指标，又是经济性指标。 火箭的理想飞行速度公式为 （3-105） 火箭的理想飞行速度大于实际飞行速度，它也是一个重要的指标，以衡量火箭与发动机的性能。 2.化学能火箭发动机的构造和能量转化过程 化学能火箭发动机是以推进剂的化学能作为能源，推进剂的燃烧产物作为工质的。 推进剂的物理形态对火箭发动机的结构影响很大，如图3-39～图3-41所示。 推力对火箭作推进功，一部分推进功又转变成火箭本身飞行的动能。这一过程可用图3-42示出。 插图3-9为固体火箭发动机作为导弹的助推器。 1－燃烧室 2－喷管 3－装药 4－点火装置 图3-39 固体火箭发动机示意图 1－高压气瓶 2－高压爆破活门 3－减压器 4－低压爆破活门