北航發動機原理課件

第二章

發動機部件工作原理第二章

發動機部件工作原理第一節氣動熱力基礎第二節

進氣道第三節

尾噴管第四節

壓氣機第五節

渦輪第六節

燃燒室2023年2月7日2第一節氣動熱力基礎2023年2月7日3第一節氣動熱力基礎1、連續方程2、能量方程3、音速4、馬赫數5、滯止參數2023年2月7日46、變截面管流7、臨界參數8、速度系數9、密流函數10、激波1、連續方程07二月20232、能量方程2023年2月7日62、能量方程同時可以看出，氣體在變截面流管中的流動，氣流的速度與溫度同時變化。氣體加速，T降低宏觀動能←內部儲能氣體減速，T升高宏觀動能→內部儲能2023年2月7日72、能量方程示例1以發動機的進氣道為例。V0=0 T0=288.15K進口速度124.3m/s進口溫度280.4K2023年2月7日82、能量方程示例2以發動機的尾噴管為例。尾噴管進口速度174m/s 進口溫度507.6K尾噴管出口速度417m/s 出口溫度442.6K2023年2月7日93、音速音速隨當地溫度變化而變化，并不是定值示例:T=15?Cc=340.3m/s2023年2月7日104、馬赫數Ma：氣體速度與當地音速之比2023年2月7日114、馬赫數2023年2月7日12Ma=0.3

Ma=0.6？vTcMa>0.64、馬赫數2023年2月7日13作業07二月2023（1）飛機的Ma增加1倍，其空速是否也增加一倍？為什么？（2）氣體在尾噴管中Ma增加1倍，氣流速度是否也增加1倍？為什么？5、滯止參數穩態一維定常流動的能量方程：定常流動中v等熵地降為0的點，稱為駐點、滯止點。2023年2月7日155、滯止參數定比熱容的理想氣體：帶入總焓的公式，可得到2023年2月7日165、滯止參數2023年2月7日175、滯止參數等熵過程2023年2月7日185、滯止參數例：環境溫度15?C、音速C=340m/s行走 1m/sMa=0.003T*=15.0005?C自行車18km/hMa=0.015T*=15.0125?C汽車108km/hMa=0.088T*=15.4482?C客機700km/hMa=0.57T*=33.7403?C戰斗機Ma=2T*=245.319?C流星10000km/hT*=3830.53?C2023年2月7日195、滯止參數2023年2月7日20風級名稱(m/s)風級名稱(m/s)0無風0.0-0.27勁風13.9-17.11軟風0.3-1.58大風17.2-20.72輕風1.6-3.39烈風20.8-24.43微風3.4-5.410狂風24.5-28.44和風5.5-7.911暴風28.5-32.65清風8.0-10.712臺風>32.66強風10.8-13.8發動機尾噴口速度：100-1200m/s小結1、連續方程2、能量方程3、音速2023年2月7日21小結4、馬赫數5、滯止參數2023年2月7日226、變截面管流一維定常絕能管流發動機內部工質是可壓縮氣體可壓縮氣體高速流動時，存在神奇現象2023年2月7日23V

↑

低速氣體6、變截面管流超聲速氣體進入變截面管道2023年2月7日24？V

↓

？V

↑

6、變截面管流通過速度變化率與面積變化率的關系理解Ma>1dv與dA同號（超音速）dA<0dv<0dA>0dv>02023年2月7日256、變截面管流通過速度變化率與面積變化率的關系理解Ma<1dv與dA異號（亞音速）dA<0dv>0dA>0dv<02023年2月7日266、變截面管流超音速氣流舉例2023年2月7日27進口出口相對變化面積（m2）0.003520.002210.6278密度（kg/m3）0.57131.45652.5494速度（m/s）497.17310.730.6250Ma1.931010.5179靜溫（K）164.71239.931.4567靜壓（Pa）270131003123.7135vA6、變截面管流亞音速氣流亞音速超音速2023年2月7日28vAvAvA6、變截面管流氣流速度與管道截面變化的關系2023年2月7日29參數dA<0dA>0Ma<1Ma>1Ma<1Ma>1V↑↓↓↑T↓↑↑↓Ma↑↓↓↑p↓↑↑↓ρ↓↑↑↓6、變截面管流思考題：如何設計亞音速進氣道？亞音速客機在設計高度以Ma=0.8巡航，渦扇發動機的風扇進口Ma要求0.55。2023年2月7日30前方氣流Ma=0.8Ma=0.55進氣道？我只接受Ma=0.55氣流6、變截面管流思考題：如何設計亞音速進氣道？亞音速客機在設計高度以Ma=0.8巡航，渦扇發動機的風扇進口Ma要求0.55。2023年2月7日31前方氣流Ma=0.8Ma=0.55我只接受Ma=0.55氣流6、變截面管流2023年2月7日32進氣道6、變截面管流2023年2月7日33壓氣機6、變截面管流2023年2月7日34燃燒室6、變截面管流思考題：如何設計超音速進氣道？超音速戰機在設計高度以Ma=2巡航，渦扇發動機的風扇進口Ma要求0.55。2023年2月7日35前方氣流Ma=2Ma=0.55進氣道？我只接受Ma=0.55氣流6、變截面管流思考題：如何設計超音速進氣道？超音速戰機在設計高度以Ma=2巡航，渦扇發動機的風扇進口Ma要求0.55。2023年2月7日36前方氣流Ma=2Ma≥1我只接受Ma=0.55氣流Ma=16、變截面管流思考題：如何設計超音速進氣道？超音速戰機在設計高度以Ma=2巡航，渦扇發動機的風扇進口Ma要求0.55。2023年2月7日37前方氣流Ma=2Ma=0.55我只接受Ma=0.55氣流6、變截面管流Ma=1時，dA=0截面積取極值，稱為臨界截面。2023年2月7日386、變截面管流以收縮管道為例理解臨界截面2023年2月7日39288.15K100000Pa進口總壓流量Ma靜溫速度出口靜壓10000000288.1501000001010001.0000.119287.33240.5431000001890009.1550.999240.917310.3421000001900009.2031240.107310.65310000030000014.5311240.107310.65315847550000024.2191240.107310.653264125小結在絕能管流中，氣體總溫永遠不變；在絕能等熵流動中，總壓不變；若流動不等熵，總壓下降在絕能流動中，若氣流速度發生變化，靜溫和當地音速也將發生變化在收縮管道中，亞音速氣流最高可加速至音速，超音速氣流最低可降至音速；臨界截面只能是管道的最小截面，氣流只能在最小截面處達到音速。2023年2月7日407、臨界參數假設氣體在管道中作等熵加速流動，那么隨著氣體速度的增加，當地音速不斷下降2023年2月7日417、臨界參數對于一維絕能流動將帶入上式2023年2月7日427、臨界參數2023年2月7日438、速度系數分析下面的絕能流動方程氣流速度與當地音速都在變化,不易計算Ma定義氣流速度與臨界音速之比為速度系數,其與Ma有單值對應關系2023年2月7日448、速度系數區別與Ma的關系2023年2月7日458、速度系數與Ma的關系2023年2月7日468、速度系數Ma=0λ=0Ma=1λ=1Ma<1λ<1Ma>1λ>1Ma=∞2023年2月7日478、速度系數思考題：在絕能流動中，如果氣流速度增加2倍，那么下面的論述是否正確？（1）Ma增加2倍（2）λ增加兩倍2023年2月7日489、密流函數在流量公式中，ρ、V隨A的變化而變化，qm難以計算引入新定義：

密流：通過單位面積的流量.2023年2月7日499、密流函數密流函數（流量函數、無量綱密流）所研究截面密流與對應的臨界截面密流之比流量：面積：密流：密流函數：2023年2月7日509、密流函數密流函數2023年2月7日519、密流函數與的關系2023年2月7日529、密流函數對于一維絕能流管：若氣流為亞音速，隨著流速增加，密流增加；若氣流為超聲速，隨著流速增加，密流減小。用密流函數表示流量公式：2023年2月7日539、密流函數以上公式的推導：2023年2月7日549、密流函數臨界截面Ma=1，λ=1，q(λ)=12023年2月7日559、密流函數思考題：亞音速氣流在收縮管道中等熵加速，并在出口達到臨界狀態，如果：（1）增加進口氣流的總壓，流量如何變化？排氣速度如何變化，噴管出口的靜壓如何變化？為什么？（2）增加進口氣流的總溫，流量如何變化？排氣速度如何變化？噴管出口靜溫如何變化？為什么？2023年2月7日569、密流函數思考題：亞音速氣流在收縮管道