《涡轮风扇发动机》PPT课件.ppt

第八章涡轮风扇发动机,B737的JT8D,CFM56发动机B747的JT9D发动机B757的RB211-535-E4发动机B777的GE90，PW4084发动机,第一节涡轮风扇发动机的基本工作原理和性能特点,涡轮风扇发动机的组成和基本工作原理,涡轮风扇发动机是由进气道，低压压气机，高压压气机，燃烧室，高压涡轮，低压涡轮，喷管，风扇和外函道组成。涵道比：外涵流量与内涵流量的比值。涡扇发动机工作时，空气从内外两路流过发动机内路的工作情形与涡喷发动机相同流过外涵的空气也产生反作用推力,总推力由两部分组成，一是内涵产生的推力，二是外涵产生的推力。发动机的增压比在涡扇发动机中外涵产生的推力与总推力之比与涵道比有关，涵道比越大，外涵产生的推力占总推力的比例越大。对于涵道比为4的涡扇发动机外涵所产生的推力约占总推力的80。,主要的过程参数,涡轮前燃气温度和内涵道增压比提高涡轮前燃气温度和内涵道增压比可以提高涡扇发动机的性能。能量分配比X涵道比一定，X增大，外函排气速度增加，内函排气速度减小，推进效率增大。内涵道排气速度C51略大约外涵道排气速度C52为最有利。,涵道比Y决定涵道比的两个因素：涡轮前燃气总温：涡轮前燃气总温不断提高，涵道比Y也不断提高。飞行速度C0C0低时，选择较大的涵道比，使C5与C0接近，提高推进效率C0高时，选择较小的涵道比C0越高，Y越小，当C0很大时，Y0，即采用涡喷发动机。,涡扇发动机的特点,优点：起飞推力大；排气速度低，噪音小弱点：风扇直径大；发动机迎风面积大，阻力大；结构复杂涡扇发动机的速度特性不如涡喷发动机，特别是涵道比较高时，随飞行速度的增大，推力很快下降，因此，涡扇发动机只适用于高亚音速内飞行,第二节涡轮风扇发动机压气机与涡轮的共同工作,一、稳定工作的条件,高压转子低压转子,二、怎样使发动机保持稳定工作,高压转子的稳定工作影响涡轮功的因素：涡轮落压比（部分转速范围内，不变）涡轮效率（在很大的转速范围内不变）涡轮前燃气温度控制高压涡轮前燃气温度可以保持高压转子在某一转速稳定的工作,低压转子的稳定工作只要按高压转子的转速调节供油量，控制高压涡轮前的燃气总温，满足高压涡轮功与高压压气机功相平衡，高压转子就稳定在这个转速下工作，这时低压转子必然自动地稳定在一个相应的转速稳定工作。只要向发动机提供适当的燃油量，就能使高、低压转子稳定在所需要的转速工作。,三、稳定工作状态下，涡轮前燃气温度、转速、排气温度（涡轮出口温度）之间的关系,涡轮前燃气温度和转速的关系（P140，图8-3）排气温度于转速和涡轮前燃气总温的关系,四、双转子燃气涡轮发动机的高、低压转子转速差与转速的关系,高压压气机功与低压压气机功之比与转速的关系压气机转速下降，高压压气机功与低压压气机功之比下降，出现“前重后轻”的现象高压涡轮功与低压涡轮功之比与转速的关系高转速时，转速变化，高、低压涡轮功之比不变中转速时，转速减小，高、低压涡轮功之比增大低转速时，转速减小，高、低压涡轮功之比增大,防喘原理产生喘振的原因：当发动机转速下降时，压气机的前几级气流攻角增大，引起喘振，压气机后几级留气流攻角减小，引起堵塞。双转子防喘：低压压气机转速减小得更多一些，使低压转子的攻角减小；高压压气机转速减小得少一些，使高压转子的攻角增大。大气温度对高、低压转子转速差的影响无论喷管处于何种工作状态，大气温度升高，高、低压转子的转速差增大；无论喷管处于何种工作状态，大气温度下降，高、低压转子的转速差减小,第三节涡轮风扇发动机的特性,一、转速特性,在保持飞行高度和飞行速度不变的条件下,发动机的推力和燃油消耗率随发动机转速的变化规律,叫做发动机的转速特性。,双转子涡轮风扇发动机的转速特性转速增大，推力增大，但接近最大转速时，推力增长越来越慢。转速增大，燃料消耗率起初下降较快，后来下降缓慢。,推力、燃料消耗率随高压转子转速变化的规律影响推力和燃油消耗率的因素影响推力的因素流过内涵的空气流量、单位推力和涵道比影响燃油消耗率的因素油气比、单位推力和涵道比,二、高度特性,保持发动机转速和飞行速度不变的条件下，发动机推力和燃料消耗率随飞行高度变化的规律，叫做发动机的高度特性。,假设涡轮前温度保持不变，飞行高度升高时，空气密度减小，发动机的空气流量一直减小。在11000米以下,飞行高度升高时，大气温度降低，风扇增压比和内涵压气机增压比增加，使单位推力增大，涵道比减小；在11000米以上，大气温度保持不变，单位推力和涵道比保持不变,在上述影响推力的三个因素中，空气流量一直占主导地位，所以，随飞行高度的升高，推力一直减小。,燃油消耗率随飞行高度的变化规律在11000米以下时，主要取决于是单位推力的增大，还是涵道比的减小起主导作用；在11000米以上时，由于随着高度的增加,大气温度保持不变,所以单位推力和涵道比均保持不变，燃油消耗率也就保持不变。,三、速度特性,保持飞行高度和发动机转速不变的条件下，发动机推力和燃料消耗率随飞行速度变化的规律，叫做发动机的速度特性。,一、涵道比随飞行速度的变化规律随着飞行速度的增大，涵道比在不断地增大,二、单位推力随飞行速度的变化规律单位推力随飞行速度的增大而下降。,三、涡扇发动机的推力随飞行速度的变化规律推力的变化取决于涵道比、空气流量和单位推力单位推力随飞行速度的增大而下降，涵道比增大，空气流量增大，但涵道比和空气流量增大程度不如单位推力下降的程度大。所以随飞行速度的增加推力将减小，特别是高涵道比的涡扇发动机，发动机的推力随飞行速度的增加推力一直是减小的，涵道比越大，推力下降的越快。,四、燃油消耗率随飞行速度的变化规律随着飞行速度的增加而增加。低涵道比发动机上升的较慢;高涵道比发动机上升的较快其原因主要是单位推力的影响涡扇发动机，特特别是高涵道比的涡扇发动机，不适宜作高速飞行的动力装置，因为它的速度特性不好。,