航空发动机复习题.docx
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1、2021考试全题1描述四个热力学参数的定义以及相互之间的关系1定容比热容一公斤的气体在容积不变的无损耗准静态过程中,温度升高或降低1 所需参加或放出的热量称为该种气体的定容比热容。用符号表示。2定压比热容一公斤的气体在压力不变的无损耗准静态过程中,温度升高或降低1 所需参加或放出的热量称为该种气体的定压比热容。用符号表示。3热容比绝热指数,定熵指数定压比热容及定容比热容的比值称为热容比,又叫做绝热指数或定熵指数,用符号表示。即,R为气体常数,气体常数只决定于气体的种类,不随气体的状态而变化。2描述华氏温度及摄氏温度之间的关系,以及热力学第一、第二定律热力学温度及摄氏温度之间的关系:华氏温度及摄
2、氏温度之间的关系:热力学第一定律:在热能和机械能的相互转换过程中,能量的总和保持不变。热力学第二定律:自然界中但凡有关热现象的自发过程都是不可逆的;如果不耗散外功,热不能从温度较低的物体自发地传到温度较高的物体;要制造第二类永动机是不可能的。3描述发动机转子内气流的绝对速度、相对速度、牵连速度之间的关系4卡诺循环是一个理想的定温加热膨胀过程。由定温加热膨胀过程、等熵膨胀过程、定温放热压缩过程、等熵压缩过程组成。5比照涡喷发动机和涡扇发动机的性能6流体的流动分为层流和紊流两种流动状态。雷诺数较小时,流体作层流流动;雷诺数较大时,流体作紊流流动。7伯努利方程是用机械能表达的能量方程,它把气体的压力
3、、速度和密度联系在一起,反映了气体在流动中机械能转换的关系。等熵不可压流的伯努利方程,可以得到=常数 式中:静压;动压这就是等熵不可压流的伯努利方程,它说明在不可压流中任一点流体的静压及动压之和保持不变。8声波在传播中的微弱变化非常接近等熵过程,所以完全气体中音速的计算公式是:9流场中任一点处的流速及该点处气体的音速的比值,叫做该点处气流的马赫数,用符号表示,即10某一状态的气流通过定熵绝能的过程将速度滞止为零时的状态称为该状态的滞止状态。滞止状态时的气流参数称为滞止参数。1112对于气流速度和当地音速之比该值称为马赫数,用符号a表示小于0.3的定熵绝能流动可以当作不可压缩流来处理。(13)气
4、流速度等于当地音速,即a1时的状态叫做临界状态。同滞止参数一样,临界参数也是一种假想状态下的参数。气流中每一点都有它自己假想的临界状态,而及实际流动过程是否时定熵绝能无关。因此,我们将某一状态的气流通过定熵绝能的膨胀或压缩过程使气流到达临界状态时的参数称为临界参数。14速度系数1速度系数气流速度于临界音速的比值为速度系数,用符号表示,即2速度系数及马赫数之间的关系速度系数及马赫数之间有确定的对应关系,这种关系可以从它们的定义式中得到:15进气道的功用是:1在各种状态下,将足够量的空气,以最小的流动损失,顺利地引入压气机;2当压气机进口处的气流马赫数小于飞行马赫数时,通过冲压压缩空气,提高空气的
5、压力;3在所有飞行条件和发动机工作状态下,进气道的增压过程防止过大的空间和时间上的气流不均匀性,以减少风扇或压气机喘振和叶片振动的危险;进气道的外阻力应尽可能小。4军用飞机的进气道还有“隐身性要求,包括噪声抑制和具有降低雷达目标性的要求等;满足对发动机本身的排气以及对外来物进入发动机的最大防护要求等。16涡轮喷气发动机的进气道可分为亚音速进气道和超音速进气道两大类。而超音速进气道又可分为内压式、外压式和混合式三种。目前,我国民航主要使用亚音速飞机,其发动机的进气道都采用扩张形的亚音速进气道。17进气道的流动损失用总压恢复系数来描写,进气道的总压恢复系数是进气道出口处的总压 及来流未受到扰动气流
6、处的总压之比,用符号表示,即 总压恢复系数是小于1的一个数字,大,说明流动损失小;18流量系数进入进气道的实际空气质量流量及以自由流参数流过捕获面积的质量流量之比,称为进气道的流量系数,表示式为 式中:通过进气道进口的流量所对应的自由流流管面积;进气道的捕获面积,进气道前缘点01处的横截面面积,如图。 19在设计条件下的流动模型和气流参数沿流程的变化情况。进气道内所进展的能量转换是动能转变为压力位能和热能。20流动损失空气流过进气道时,存在着唇口损失和内部流动损失。唇口损失是由于气流在唇口突然改变流动方向和撞击壳体而引起的,有时气流还会别离。通常采用圆头较厚的唇口,使之适应不同的流谱,使气流不
7、易离体。内部流动损失包括粘性摩擦损失和气流别离损失。粘性摩擦损失是由于进气道内壁及气流之间的摩擦力所引起的。内壁面应做得尽可能的光滑,以减小摩擦损失。别离损失是由于气流附面层离体而产生的,当通道内扩张度过大时就容易产生,因而它取决于通道内气流的压力梯度和通道的扩张角。气流流过进气道外壁面时,也是有粘性摩擦损失和别离损失。为了减小流动损失,特别要注意不要损坏进气道的形面,保持壁面的光滑。21超音速进气道分为:内压式、外压式和混合式三种类型。内压式:内压式超音速进气道是一个先收敛后扩张形的管道。气流从超音速到亚音速完全在进气道之内完成。外压式:外压式超音速进气道的原理是利用一道或多道斜激波加上最后
8、一道正激波使超音速气流变为亚音速。外压式超音速进气道一般限于飞行马赫数为2.0以下时使用。 混合式:混合式超音速进气道由外压式和内压式组成。超音速气流在进气道以外压缩后, 仍然是超音速, 再进入进气道以内继续压缩, 通过喉部或扩张段中的正激波转变为亚音速。由于混合式超音速进气道兼有外压式和内压式进气道的优点, 飞行马赫数大于2.0 的飞机上很多采用混合式进气道。22压气机是航空燃气涡轮发动机中的一个重要局部。它的主要功用是对流过它的空气进展压缩,提高空气的压力,为燃气膨胀做功创造条件,以改善发动机的经济性,增大发动机的推力。压气机提高空气压力的方法是利用高速旋转的叶片对空气做功,将功转变为压力
9、位能和内能。23根据压气机的构造形式和气流的流动特点,压气机可分为离心式压气机和轴流式压气机两种。所谓的离心式压气机,空气在工作叶轮内沿远离叶轮旋转中心的方向流动;而轴流式压气机,空气在工作叶轮内根本沿发动机的轴线方向流动。此外还有轴流式和离心式组合在一起的,叫做混合式压气机。24离心式压气机由进气系统、叶轮、扩压器、集气管等局部组成。其中,叶轮和扩压器是离心式压气机的两个主要部件25增压原理离心式压气机除了利用扩散增压原理外,还利用离心增压原理来提高空气的压力。所谓离心增压是说气体流过叶轮时,由于气体随叶轮一起做圆周运动,气体微团受惯性离心力作用,圆周速度越大,气体微团所受的离心力也越大,因
10、此,叶轮外径处的压力远比内径处压力高。离心式压气机内气流的减速过程,主要是在扩压器和导气管的扩散通道中完成的。在这些通道中,空气的绝对速度减小,压力提高。离心式压气机的优缺点离心式压气机的主要优点是:单级增压比高;一级的增压比可达4:17:1,甚至更高;同时离心式压气机稳定的工作范围宽;构造简单可靠;重量轻,所需要的起动功率小。但它的流动损失大,尤其是级间损失更大,不适于用多级,最多两级,正因为这样,离心式压气机的效率较低,一般离心式压气机的效率最高只有83%85%;单位面积的流通能力低,故迎风面积大,阻力大。26轴流式压气机的组成轴流式压气机是由高速旋转的转子和及机匣固定在一起不动的静子组成
11、的。转动件包括:转子叶片、轮盘和轴,被支承在前后轴承上,静子包括静子叶片和机匣。27压气机静子 转子整流器机匣外环叶片内环轴向分段径向对开轮盘整体式焊接销钉紧配合叶片榫头叶身:扭转的销钉式燕尾型枞树型鼓式 盘式鼓盘混合式不可拆卸式可拆卸式:长螺栓 短螺栓盘-轴,盘-盘连接28轴流式压气机的优点是:可以用增加级数的方法提高压气机的总增压比,以提高压气机的效率,通常,轴流式压气机的效率可以到达87%以上;及离心式压气机相比,轴流式压气机单位面积的流通能力高,所以迎风面积小,阻力小。其主要缺点是:单级增压比低,目前一级轴流式压气机的增压比只有1.151.35之间;而且构造复杂。29转子的根本类型有三
12、种:鼓式、盘式、鼓盘式。一般由工作叶片、轮盘、鼓筒和一些连接件组成。鼓式转子的优点是抗弯刚性好、构造简单但是承受离心载荷能力差;盘式转子的优点是承受离心载荷能力强但是抗弯刚性差。鼓盘式转子兼有鼓式转子抗弯性好和盘式转子的强度高的优点,因此在发动机中得到广泛应用30在鼓盘式转子中,盘、鼓和轴的连接形式可分为两种:不可拆卸式和可拆卸式。不可拆卸式:如整体构造形式的转子或采用焊接或用径向销钉将各级连接在一起。可拆卸式用长螺栓或短螺栓将各级连接在一起。31压气机工作叶片主要由叶身和榫头两局部组成。减振凸台改变叶片的固有频率,降低叶片根部的弯曲扭转应力。由于减振凸台的存在,不可防止地带来一些缺点,如增加
13、叶片的重量,使叶片的离心负荷加大;叶身及减振凸台的连接处局部加厚,使通道面积减少约2%,即减少了空气质量流量,影响发动机的推力;减振凸台还造成气流压力损失,使压气机效率下降,发动机耗油率增加。此外,减振凸台增加了叶身的重量,使叶片的离心负荷增大,叶片的工艺性也变得复杂了。32轴流式压气机转子叶片的榫头分为三种形式:销钉式,燕尾形,枞树形。33压气机的损失1叶型损失气体在绕过叶片时,在叶片的外表有附面层的摩擦损失,在叶片通道中可能有气流的别离损失,在叶片的尾缘有尾迹中的涡流损失,此外,在叶片的前缘或叶背某些部位可能会出现超音速区,这时就有激波损失。2环面损失在叶片的上下环面有附面层损失,还有径向
14、间隙的漏气损失、潜流损失等。34在轴流式压气机中,无论是工作叶轮,还是整流器两个相邻叶片间的通道都是扩张形的。35基元级的速度三角形。36沿半径减小。叶尖、平均半径、叶根处的速度三角形都不一样,及其配合的三个基元级上的叶型也各不一样。这就是为什么叶片是扭转的原因。37基元级增压原理:主要是利用扩散增压的原理来提高空气压力在叶轮内,绝对速度增大,相对速度减小,同时,总压、静压和总温、静温都提高;在整流器内,绝对速度减小,静压和静温提高,但总压下降,总温保持不变.38多级轴流式压气机流程形式等外径的构造形式,用外径不变,增大内径的方法保证通道收缩。这种流道的优点是各级的圆周速度较大,可以提高每级的
15、加工量,可以减少级数,同时,机匣比拟容积加工。它适合于大流量,中等增压比的压气机等内径的构造形式,用内径不变,缩小外径的方法保证流道收缩。及等外径相比,在迎风面积一样时,如果增压比一样,那么最后一级叶片的高度比等外径的要大,因此可以减小端面的损失,提高级的效率,但在一样的增压比下,等内径压气机的级数要比等外径压气机的级数要多一些。它适用于小流量,高增压比的压气机。等中径的构造形式,用缩小外径,扩大内径的方法保证流道收缩。适用于大流量、高增压比的压气机。39相似理论的满足的三个条件:1)几何相似。a.同一台压气机;b.同一类型的不同压气机;c.按比例缩小或放大的压气机模型;2)运动相似。对应点上
16、速度方向一样,速度三角形相似。3)动力相似。各个对应点上的各种力的关系成一定的比例。40攻角:工作叶轮进口处相对速度的方向及叶片弦线之间的夹角,也称为迎角41流量系数压气机的流量系数是工作叶轮进口处的绝对速度在发动机轴线的分量,和工作叶轮旋转的切向速度之比。流量系数小于设计值,造成正攻角,会使气流在叶背处发生别离;流量系数大于设计值,造成负攻角,会使气流在叶盆处发生别离,而造成涡轮状。42压气机喘振是气流沿着压气机轴线方向发生的低频率、高振幅的振荡现象。这种低频率高振幅的气流振荡是一种很大的激振力来源,它会导致发动机机件的强烈机械振动和热端超温,并在很短的时间内导致机件的严重损坏,所以任何状态
17、下都不允许压气机进入喘振工作区。喘振的现象是:发动机的声音由尖哨变消沉,发动机的振动加大,压气机出口的总压和流量大幅度的波动,转速不稳定,推力突然下降并且有大幅度的波动,发动机的排气温度升高,造成超温;严重时会有放炮现象,气流中断而发生熄火停车。因此一旦发生上述状态,要立即采取措施,使压气机推出喘振工作状态。喘振的根本原因:由于攻角过大,使气流在叶背处发生别离而且这种气流别离严重扩展到整个叶栅通道。喘振的物理过程是:空气流量下降,气流攻角增大,当流量减小到一定程度时,流入动叶的气流攻角大于设计值,于是在动叶叶背处发生气流别离,流量下降越多,别离区扩展越大,当别离区扩展到整个压气机的叶栅通道时,
18、压气机叶栅失去了扩压能力,这是,动叶没有能力将气流压向前方,克制后面较强的反压,于是,流量急剧下降,不仅如此,后面高压气体还有可能通过别离的叶栅通道倒流到压气机的前方,由于叶栅通道堵塞,气流瞬时中断,倒流的结果,使压气机后面的反压降得很低,整个压气机流路暂时变得很通畅,而且由于压气机仍保持原来的转速,于是瞬时大量气体重新被吸入压气机,压气机恢复流动和工作,流入动叶的气流的由负攻角很快增加到设计值,压气机后面也建立了高压气流,这时喘振过程中的气流重新吸入。然而,由于喘振的发生条件并没有改变,因此,随着压气机后面的反压不断升高,压气机流量又开场减小,直到别离区扩展到整个叶栅通道,叶栅再次失去扩压能
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