航空燃气涡轮发动机-喷管（课件）

航空发表于 2011-8-15 00:48:32

航空燃气涡轮发动机-喷管（课件）
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航空发表于 2011-8-15 00:48:57

第 7 章
喷管
 7.1 喷管
. 喷管：. 凡是使气流速度增加,压力下降的管道就称为喷管。喷管不是针对管道形状而言的，是针对气流参数的变化规律而言的。
 
 . 喷管的主要功用. 使从涡轮流出的燃气膨胀,加速,将燃气的一部分焓转变为动能, 提高燃气的速度, 使燃气以很大的速度排出, 这样可以产生很大的推力
. 通过反推力装置改变喷气方向,即变向后的喷气为向斜前方的喷气, 产生反推力, 以迅速降低飞机落地后的滑跑速度, 缩短飞机的滑跑距离
. 采用消音喷管降低发动机的排气噪音
. 通过调节喷管的临界面积来改变发动机的工作状态。
 
 
 
7.1 喷管
. 喷管分为两大类: . 亚音速喷管是收敛形的管道
. 超音速喷管是先收敛后扩张形的管道
 
 
 
7.1  喷管－亚音速喷管
. 1  亚音速喷管. 亚音速喷管的组成
. 排气管(中介管). 壳体
. 后整流锥
. 支板
 
 . 喷口组成
 
 
 
 7.1  喷管－亚音速喷管
. 排气管(中介管)：. 排气管安装在涡轮的后面, 与后整流锥形成一个稍有扩张的通道。
. 作用为燃气提供一个流动通道, 使燃气减速以减小损失。
. 后整流锥使气流通道由环形, 逐渐变为圆形, 以减小燃气的涡流,减小流动损失。
. 支板是迫使方向偏斜的气流变为轴向流动,减小涡流,以减小流动损失。
 
 
 . 喷口是收敛形的管道,使燃气加速, 以获得较大的推力。
. 在中介管内燃气减速增压; 在喷口内燃气加速降压。
 
 7.1  喷管－亚音速喷管
. 2 喷管的性能参数. 落压比. 实际落压比是喷管进口处的总压与喷管出口处静压之比
 
. 可用落压比是喷管进口处的总压与喷管出口外的反压之比
 .
. 实际落压比可以等于或小于可用落压比, 但实际落压比不能大于可用落压比
 
 
 
 
 
 7.1  喷管－亚音速喷管
. 2 喷管的性能参数. 喷管的总压恢复系数. 喷管出口处的总压与喷管进口处的总压之比。
 
. 喷管的总压恢复系数一般在0.94－0.98之间。
. 物理意义：总压恢复系数的物理意义是反映流动损失的大小。
. 总压恢复系数大，流动损失的小。
. 总压恢复系数小，流动损失的大。
 
 
 
 
 
 7.1  喷管－亚音速喷管
. 喷气速度. 影响喷气速度的因素有: . 当喷管落压比和流动损失保持不变时,喷管进口总温越高, 则喷气速度越高
. 当喷管进口总温和流动损失保持不变时,喷管落压比越高, 则喷气速度越高
. 当喷管落压比和喷管进口总温保持不变时,流动损失越小,则喷气速度越高
 
 
 
 
 
7.1  喷管－亚音速喷管
. 喷管的效率. 喷管出口燃气的动能与理想情况下喷管出口处的动能之比。
. 喷管效率的平方根是速度系数。
 
 
 
 
 7.1  喷管－亚音速喷管
. 3  收缩喷管的三种工作状态. 一、亚临界工作状态. 当:                               时,喷管处于亚临界工作状态,
 . 这时喷管出口气流马赫数小于１
. 出口静压等于反压, 是完全膨胀
. 实际落压比等于可用落压比, 而且随着反压的降低, 通过喷管的质量流量不断的增加
. 所以我们定义: 喷管出口反压大于气流的临界压力, 喷管内和喷管出口处气流的速度全部为亚音速气流的工作状态称为亚临界工作状态
 
 
 
 
 
7.1 喷管－亚音速喷管
. 二、临界工作状态:. 当:                              时喷管处于临界工作状态,
 . 这时喷管出口气流马赫数等于１
. 出口静压等于反压, 而且都等于临界压力是完全膨胀
. 实际落压比等于可用落压比, 都等于临界压比, 这时, 当来流总压和总温不变时, 通过喷管的质量流量达到最大值
. 所以我们定义: 喷管出口反压等于气流的临界压力, 喷管出口处气流的速度等于音速的工作状态称为临界工作状态
 
 
 
 7.1  喷管－亚音速喷管
. 三、超临界工作状态. 当:                                   时喷管处于超临界工作状态。
 . 这时喷管出口气流马赫数等于１, 
. 出口静压等于临界压力而大于反压, 是不完全膨胀, 实际落压比小于可用落压比。实际落压比等于临界压力比 (1.85) 。
. 当来流总压和总温不变时, 通过喷管的质量流量不随反压的变化而变化, 达到最大值。
. 所以我们定义: 喷管出口反压小于气流的临界压力, 喷管出口处气流的速度等于音速的工作状态称为超临界工作状态。
 
 
 
 7.1  喷管－亚音速喷管
. pt7对发动机的推力是一个重要的参数. 1.当喷管处于亚临界工作状态时. 喷管出口气流马赫数小于１,是完全膨胀,在来流总温不变的情况下, pt7高,喷管进口总压就高,喷管实际落压比就高,喷气速度V5就大,发动机的推力就大.
 
 . 2.当喷管处于超临界工作状态时. 喷管出口气流马赫数等于１,在来流总温不变的情况下,喷气速度不变,而出口静压等于临界压力而大于反压, 是不完全膨胀, p5 =0.5404 pt7,所以pt7高, p5就高,压力推力A(p5 - p0 )就高,发动机的推力就大.
 
 . 所以pt7对发动机的推力是一个重要的参数. 
. 简单地说,pt7高,说明燃气的总压高,燃气的作功能力高,发动机的推力就大.
 
 
 
 7.1  喷管－危险区
. 目的：保障人员和设备的安全。
. 依据：燃气的流速和温度。
. 通常规定: 温度低于85F(约为30℃), 速度低于15节 (约为7.7米/秒)。
. 影响因素：发动机的类型和工作状态。
 
 7.1  喷管－危险区
. JT8D发动机危险区. 慢车工作状态时,. 进气道前的危险区是半径为18英尺的扇形,
. 喷管后100×25英尺2的面积。
 
 . 起飞工作状态时,. 进气道前的危险区是半径为25英尺的扇形,
. 喷管后200×30英尺2的面积。
 
 
 
 
 7.1  喷管－危险区
 
7.2   超音速喷管
. 超音速喷管是一个先收缩后扩张形的管道。
 
 
喷管－超音速喷管
. 定熵流中的面积比公式
 
 . 定熵流中的压力比公式
 
 
 
喷管－超音速喷管
. 7.2.1  定熵流中的面积比公式. 面积比指的是缩－扩形喷管中, 任意一个截面的面积与临界截面的面积之比
 
 
 
 喷管－超音速喷管
. 7.2.2.  缩－扩形喷管中的流动. 一、不同反压下缩－扩形喷管中的流动
 
 
面积比公式告诉我们: . 要建立一定数的超音速气流, 就必须有一定的管道面积比。但这仅仅是一个必要条件, 具备了面积比的条件后, 能否实现超音速流动, 还要由气流本身的总压和一定的反压条件来决定。
. 为了方便, 保持总压不变, 看反压的变化对缩－扩形喷管内流动所产生的影响
 
 喷管－超音速喷管
. 1．p* ＝p b 时：缩－扩形喷管内各截面上的压力均相等, 故喷管内的气体没有流动, 沿喷管轴线的压力和马赫数的分布如图7-4上的曲线①表示,点 ①表示通过喷管的质量流量和出口截面的压比。
. 2．p b ＜ p*时：这时在收缩段气流的压力不断下降, 马赫数不断上升, 在喉部压力最低,马赫数达到最大值, 但小于１, 在扩张段气流的压力又不断地上升, 马赫数逐渐下降, 在出口截面压力等于反压, 如图7-4上的曲线② 所示。
. 3．p b 继续下降时：这时喉部气流达到音速, 即＝１。但由于这时反压的值大于喉部气流的压力, 所以, 气流流入扩张段后, 其压力又重新回升, 到出口截面,气流的压力等于反压,。
. 4．继续降低反压, 喉部以后, 气流加速到超音速, 但是,最初不能使整个扩张段内的流动全为超音速, 因为这时的反压仍然大于为获得全超音速所需的出口压力，所以，由喉部下游的超音速气流在高反压的作用下, 在扩张段的某个截面上形成一道正激波, 激波的位置随反压的大小而变, 反压愈高, 激波离喉部愈近。超音速气流通过激波后突变为亚音速气流, 压力突然升高, 而后气流在扩张段内流动马赫数逐渐减小, 压力逐渐增高, 到出口截面气流的压力等于反压。
 
 喷管－超音速喷管
. 5．随着反压的降低, 扩张段内的激波的位置向远离喉部的方向移动, 当反压降到某一数值时, 正激波的位置刚好在拉瓦尔喷管的出口处, 这时喷管的扩张段已全部为超音速流动, 超音速气流通过正激波后变为亚音速气流。出口截面气流的压力恒等于反压,将此反压记作,也是一个划界线的压力。
. 6．反压再降低, 激波移出管口变为斜激波系,这时喷管内的整个流动已固定下来不再随反压而变化。反压的变化只影响管外的波系。反压降低, 激波强度变弱。
. 7．当反压下降到某一数值时, 出口截面处气流的压力恰好等于反压,出口处既不产生激波, 也不产生膨胀波, 这时的反压记作,又是一个划界限的反压。这时恰好达到所要求的超音速马赫数.
. 8．再降低反压, 喷管出口截面处气流的压力大于反压, 喷管外产生膨胀。
 
 
 7.2   超音速喷管
. 三个划界限的反压. 从上述的流动情况可以看出, 有三个划界限的反压, 将缩－扩形喷管内的流动划分为四种流动类型。三个划界限的反压是:
 
 
. 式中 —面积比公式中对应的亚音速马赫数。
. —面积比公式中对应的超音速马赫数
 
 
 
 
 
 喷管－超音速喷管
. 四种流动类型. 三个划界限的反压将缩－扩形喷管内的流动划为四种流动类型, 这四种流动类型是:. 1、亚音速流态: 当p* ＞p b ≥p b1 时,. 缩－扩形喷管内全为亚音速流, 同时Mae＜１。是完全膨胀状态。
 
 . 2、管内产生激波的流态: 当p b1 ＞p b ≥p b2 时,. 缩－扩形喷管的喉部为临界状态, 其下游一段为超音速气流,激波后为亚音速气流,所以, Mae ＜１。由于p e ＝p b , 所以这种流态也是完全膨胀状态。
 
 . 3、管外产生斜激波的流态: 当p b2 ＞p b ≥p b3 喷管的扩张段全部为超音速气流, 所以, Mae ＞１。由于p e ＜p b , 所以这种流态是过度膨胀状态。
. 4、管外产生膨胀波的流态: 当p b3 ＞p b 时,. 喷管的扩张段全部为超音速气流, 所以, Mae ＞１。由于p e ＞p b , 所以这种流态是未完全膨胀状态。
 
 
 
 
 . 在缩－扩形喷管出口建立超音速流的条件有两个, 这就是: 要满足面积比公式和压力比公式
 
 第7章喷管
END

曦福寜 发表于 2011-10-22 14:50:56

期待啊，谢啦！！！

syzziqiang 发表于 2013-11-26 12:06:32

44444444444

zuoshuaibo 发表于 2014-3-11 08:29:42

http://www.minhang.cc/

天上狼眼 发表于 2015-6-1 16:03:41

多谢楼主，楼主好人，辛苦了

cxhwxj 发表于 2018-10-27 00:04:25

THX!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

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