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第八章渦輪風扇發(fā)動機,B737的JT8D,CFM56發(fā)動機B747的JT9D發(fā)動機B757的RB211-535-E4發(fā)動機B777的GE90，PW4084發(fā)動機,第一節(jié)渦輪風扇發(fā)動機的基本工作原理和性能特點,渦輪風扇發(fā)動機的組成和基本工作原理,渦輪風扇發(fā)動機是由進氣道，低壓壓氣機，高壓壓氣機，燃燒室，高壓渦輪，低壓渦輪，噴管，風扇和外函道組成。涵道比：外涵流量與內涵流量的比值。渦扇發(fā)動機工作時，空氣從內外兩路流過發(fā)動機內路的工作情形與渦噴發(fā)動機相同流過外涵的空氣也產(chǎn)生反作用推力,總推力由兩部分組成，一是內涵產(chǎn)生的推力，二是外涵產(chǎn)生的推力。發(fā)動機的增壓比在渦扇發(fā)動機中外涵產(chǎn)生的推力與總推力之比與涵道比有關，涵道比越大，外涵產(chǎn)生的推力占總推力的比例越大。對于涵道比為4的渦扇發(fā)動機外涵所產(chǎn)生的推力約占總推力的80％。,主要的過程參數(shù),渦輪前燃氣溫度和內涵道增壓比提高渦輪前燃氣溫度和內涵道增壓比可以提高渦扇發(fā)動機的性能。能量分配比X涵道比一定，X增大，外函排氣速度增加，內函排氣速度減小，推進效率增大。內涵道排氣速度C51略大約外涵道排氣速度C52為最有利。,涵道比Y決定涵道比的兩個因素：渦輪前燃氣總溫：渦輪前燃氣總溫不斷提高，涵道比Y也不斷提高。飛行速度C0C0低時，選擇較大的涵道比，使C5與C0接近，提高推進效率C0高時，選擇較小的涵道比C0越高，Y越小，當C0很大時，Y＝0，即采用渦噴發(fā)動機。,渦扇發(fā)動機的特點,優(yōu)點：起飛推力大；排氣速度低，噪音小弱點：風扇直徑大；發(fā)動機迎風面積大，阻力大；結構復雜渦扇發(fā)動機的速度特性不如渦噴發(fā)動機，特別是涵道比較高時，隨飛行速度的增大，推力很快下降，因此，渦扇發(fā)動機只適用于高亞音速內飛行,第二節(jié)渦輪風扇發(fā)動機壓氣機與渦輪的共同工作,一、穩(wěn)定工作的條件,高壓轉子低壓轉子,二、怎樣使發(fā)動機保持穩(wěn)定工作,高壓轉子的穩(wěn)定工作影響渦輪功的因素：渦輪落壓比（部分轉速范圍內，不變）渦輪效率（在很大的轉速范圍內不變）渦輪前燃氣溫度控制高壓渦輪前燃氣溫度可以保持高壓轉子在某一轉速穩(wěn)定的工作,低壓轉子的穩(wěn)定工作只要按高壓轉子的轉速調節(jié)供油量，控制高壓渦輪前的燃氣總溫，滿足高壓渦輪功與高壓壓氣機功相平衡，高壓轉子就穩(wěn)定在這個轉速下工作，這時低壓轉子必然自動地穩(wěn)定在一個相應的轉速穩(wěn)定工作。只要向發(fā)動機提供適當?shù)娜加土?，就能使高、低壓轉子穩(wěn)定在所需要的轉速工作。,三、穩(wěn)定工作狀態(tài)下，渦輪前燃氣溫度、轉速、排氣溫度（渦輪出口溫度）之間的關系,渦輪前燃氣溫度和轉速的關系（P140，圖8-3）排氣溫度于轉速和渦輪前燃氣總溫的關系,四、雙轉子燃氣渦輪發(fā)動機的高、低壓轉子轉速差與轉速的關系,高壓壓氣機功與低壓壓氣機功之比與轉速的關系壓氣機轉速下降，高壓壓氣機功與低壓壓氣機功之比下降，出現(xiàn)“前重后輕”的現(xiàn)象高壓渦輪功與低壓渦輪功之比與轉速的關系高轉速時，轉速變化，高、低壓渦輪功之比不變中轉速時，轉速減小，高、低壓渦輪功之比增大低轉速時，轉速減小，高、低壓渦輪功之比增大,防喘原理產(chǎn)生喘振的原因：當發(fā)動機轉速下降時，壓氣機的前幾級氣流攻角增大，引起喘振，壓氣機后幾級留氣流攻角減小，引起堵塞。雙轉子防喘：低壓壓氣機轉速減小得更多一些，使低壓轉子的攻角減??；高壓壓氣機轉速減小得少一些，使高壓轉子的攻角增大。大氣溫度對高、低壓轉子轉速差的影響無論噴管處于何種工作狀態(tài)，大氣溫度升高，高、低壓轉子的轉速差增大；無論噴管處于何種工作狀態(tài)，大氣溫度下降，高、低壓轉子的轉速差減小,第三節(jié)渦輪風扇發(fā)動機的特性,一、轉速特性,在保持飛行高度和飛行速度不變的條件下,發(fā)動機的推力和燃油消耗率隨發(fā)動機轉速的變化規(guī)律,叫做發(fā)動機的轉速特性。,雙轉子渦輪風扇發(fā)動機的轉速特性轉速增大，推力增大，但接近最大轉速時，推力增長越來越慢。轉速增大，燃料消耗率起初下降較快，后來下降緩慢。,推力、燃料消耗率隨高壓轉子轉速變化的規(guī)律影響推力和燃油消耗率的因素影響推力的因素流過內涵的空氣流量、單位推力和涵道比影響燃油消耗率的因素油氣比、單位推力和涵道比,,,二、高度特性,保持發(fā)動機轉速和飛行速度不變的條件下，發(fā)動機推力和燃料消耗率隨飛行高度變化的規(guī)律，叫做發(fā)動機的高度特性。,假設渦輪前溫度保持不變，飛行高度升高時，空氣密度減小，發(fā)動機的空氣流量一直減小。在11000米以下,飛行高度升高時，大氣溫度降低，風扇增壓比和內涵壓氣機增壓比增加，使單位推力增大，涵道比減??；在11000米以上，大氣溫度保持不變，單位推力和涵道比保持不變,在上述影響推力的三個因素中，空氣流量一直占主導地位，所以，隨飛行高度的升高，推力一直減小。,燃油消耗率隨飛行高度的變化規(guī)律在11000米以下時，主要取決于是單位推力的增大，還是涵道比的減小起主導作用；在11000米以上時，由于隨著高度的增加,大氣溫度保持不變,所以單位推力和涵道比均保持不變，燃油消耗率也就保持不變。,三、速度特性,保持飛行高度和發(fā)動機轉速不變的條件下，發(fā)動機推力和燃料消耗率隨飛行速度變化的規(guī)律，叫做發(fā)動機的速度特性。,一、涵道比隨飛行速度的變化規(guī)律隨著飛行速度的增大，涵道比在不斷地增大,二、單位推力隨飛行速度的變化規(guī)律單位推力隨飛行速度的增大而下降。,三、渦扇發(fā)動機的推力隨飛行速度的變化規(guī)律推力的變化取決于涵道比、空氣流量和單位推力單位推力隨飛行速度的增大而下降，涵道比增大，空氣流量增大，但涵道比和空氣流量增大程度不如單位推力下降的程度大。所以隨飛行速度的增加推力將減小，特別是高涵道比的渦扇發(fā)動機，發(fā)動機的推力隨飛行速度的增加推力一直是減小的，涵道比越大，推力下降的越快。,四、燃油消耗率隨飛行速度的變化規(guī)律隨著飛行速度的增加而增加。低涵道比發(fā)動機上升的較慢;高涵道比發(fā)動機上升的較快其原因主要是單位推力的影響渦扇發(fā)動機，特特別是高涵道比的渦扇發(fā)動機，不適宜作高速飛行的動力裝置，因為它的速度特性不好。,