发动机思考题 2Word格式.docx
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〔1〕在各种状态下,将足够量的空气,以最小的流动损失,顺利地引入压气机并在压气机进口形成均匀的流场以防止压气机叶片的振动和压气机失速;
〔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,提高空气的压力。
简称:
进气、减速
进气道分类:
〔1〕亚音速进气道:
主要用于民用航空发动机,而且为单状态飞机,大多采用扩形、几何不可调的亚音速进气道。
〔2〕超音速进气道:
可分为压式、外压式和混合式三种。
9.什么是进气道的总压恢复系数,写出其表达式
定义:
进气道出口处气流的总压与来流的总压之比。
表达式:
10.什么是进气道的冲压比?
进气道出口处的总压与远前方气流静压的比值。
压气机
11.离心式压气机由哪些部件组成,各部件是如何工作的?
导风轮,工作叶轮,扩压器,集气管等局部组成
导风轮:
安装在叶轮的进口处,其通道是收敛形的使气流拐弯并以一定方向均匀进入工作叶轮,以减小流动损失,此过程中气流加速,防止出现拐弯别离流。
其中气流参数变化为:
空气在流过它时速度增大,而压力和温度下降。
工作叶轮:
是高速旋转的部件,工作叶轮上叶片间的通道是扩形的,空气在流过它时,对空气作功,加速空气的流速,同时提高空气的压力。
从结构上叶轮分单面叶轮和双面叶轮两种,两面进气,这样可以增大进气量;
对于平衡作用在轴承上的轴向力也有好处。
扩压器:
位于叶轮的出口处,其通道是扩形的,空气在流过它时,速度下降,压力和温度都上升。
集气管:
使气流变为轴向,将空气引入燃烧室。
12.离心式压气机是如何实现增压的?
离心式压气机静压增加主要在工作叶轮中实现,气体增压主要靠离心增压实现:
气体流过叶轮时,由于气体随叶轮一起作圆周运动,气体微团受惯性离心力的作用,气体微团所在位置的半径越大,圆周速度越大,气体微团所受的离心力也越大,因此,叶轮外径处地压力远比径处的压力高。
13.离心式压气机的优缺点
离心式压气机的主要优点:
单级增压比高;
同时离心式压气机稳定的工作围宽;
结构简单可靠;
重量轻,所需要的起动功率小。
主要缺点:
流动损失大;
效率较低;
故迎风面积大,阻力大。
14.轴流式压气机由哪些部件组成的,压气机一级是如何定义的并简单表示它的优缺点
轴流式压气机的组成:
由静子和转子组成
a)由高速旋转的转子和与机匣固定在一起不动的静子组成
b)转子的功用是对空气作功,压缩空气,提高空气的压力
c)静子使空气扩压,继续提高空气的压力
一个工作叶轮加上一个位于其后的整流器就形成轴流式压气机的一级
轴流式压气机的优点:
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;
与离心式压气机相比,所以迎风面积小,阻力小。
轴流式压气机的缺点:
单级增压比低;
结构复杂。
15.什么是基元级与基元级叶栅
16.设想用与轴同心,半径分别为压气机平均半径rm和rm+dr的两个圆柱面与单级叶片作圆周截取得出某级的环形叶栅,高度为dr的环形叶栅叫环形基元级〔也叫基元级〕。
17.熟练画出基元级速度三角形〔包括各个参数的标注〕
18.什么是进气导向器
进气导向器定义:
位于第一级工作叶轮前的一排不动叶片,功用是引导气流的流动方向,产生预旋,使气流以适宜的方向流入第一级工作叶轮。
19.轴流式压气机优点
与离心式压气机相比,轴流式压气机迎风面积小,阻力小。
20.c1a、c1u、u对攻角、扭速影响
c1a增大或者c1u增大:
β增大,会使α减小,扭速减小。
u增大:
α增大,扭速先增大后减小。
21.攻角特性定义与曲线
在一定的来流马赫数和一定的叶栅情况下,气流流过平面叶栅时,气流折转角Δβ和损失系数ω与攻角i之间的关系称为平面叶栅的正常特性,又叫攻角特性。
曲线:
22.基元级增压原理
基元级由工作叶轮叶栅和整流器叶栅组成。
当气流流过工作叶轮叶栅时,由于高速旋转的叶片使气流的绝对速度增加,由于叶片间通道是扩形的使气流的相对速度减小,由动能转变为压力位能和能,使气流的压力和温度都升高;
当气流流过整流器叶栅时由于叶片间通道是扩形的使气流的绝对速度速度减小,转变为压力位能和能,使气流的压力和温度升高。
23.多级轴流式压气机流程形式与机匣结构形式
流程形式:
在不考虑引气情况下,流过压气机出口的空气流量〔qm2〕等于压气机进气口的流量〔qm1〕;
在压缩过程中随着压力的提高,气流的密度也逐渐提高,即ρ2>
ρ1,为了满足连续方程,原如此上可以采用以下三种方法A2=A1,V1>
V2;
A2<
A1,V1=V2;
A1,V1>
V2一般采用第三种方法,使流速下降,面积减小
24.机匣结构形式:
等外径、等径、等中径。
25.转速对增压比、效率、功、功率影响
(1)压气机的增压比与转速n的增大而迅速增加;
〔2〕效率随转速的变化:
〔3〕功与转速是二次方的关系;
〔4〕功率与转速的关系是三次方的关系。
26.非设计工况下多级压气机前面级和后面级工作不协调的特征
“前喘后涡、前重后轻、前+α后-α〞
27.旋转失速机理
机理:
〔1〕当压气机空气流量减少而使动叶攻角增大到临界攻角附近时,动叶中的某几个叶片可能首先发生别离;
〔2〕出现别离区的叶片前面出现了明显的气流堵塞现象,受阻滞的气流区使周围的流动发生偏转,从而引起上面叶片攻角增大并别离,下面的叶片攻角减小,解除别离;
〔3〕气流别离区相对于叶片运动反方向传播〔即向上传播〕;
〔4〕别离区移动速度小于叶片运动速度,所以从绝对坐标系上看,旋转失速区〔别离区〕以较低的转速与动叶做同方向运动
28.喘振根本原因与机理过程
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至整个叶栅通道。
机理过程:
〔如图〕
29.三种防喘措施机理
防喘措施有三种:
压气机中间级放气;
可调导向叶片和整流叶片;
双转子或三转子
〔1〕压气机中间级放气防喘原理:
通过改变流量来改变工作叶轮进口处的绝对速度的大小,从而改变其相对速度的大小和方向,改变攻角,达到防喘的目的;
〔2〕可调导向器叶片和整流叶片防喘原理:
如果进气导向器叶片安装角γ随着流过压气机空气流量的变化随之而变化相应地改变,从而使β1保持不变,攻角α也就保持不变,以达到防喘目的,简单来说:
通过改变进口导向器或静叶安装角,改变预选量c1u,改变c1的大小和方向,进而影响w,使w大小变化,而方向保持不变。
〔3〕双转子或三转子防喘原理:
通过改变转速,即改变压气机动叶的切线速度的方法来改变工作叶轮进口处的相对速度的方向,以减小攻角,达到防喘的目的,或者说是通过改变转速的方法来改变流量系数使其接近设计值,达到防喘的目的。
30.转子的根本结构型式优缺点
转子的根本结构形式有三种:
鼓式、盘式、鼓盘式。
鼓式转子的特点是结构简单,零件数目少,加工方便,有较强的抗弯刚度,但是由于受到强度的限制,目前在实际中应用得不广泛。
盘式转子的特点是:
强度好,但是抗弯刚性差,并容易发生震动。
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。
31.图3-31为CFM56发动机风扇后增压级转子〔P39图的标注〕
32.cfm56高压焊接连接方式
先将1、2级钛合金的盘焊成一体,再将4至9级由不锈钢作的盘焊成一体,最后用短螺栓将两段转子,前轴和第3级盘连成一个整体转子。
33.减振凸台作用特点
优点:
改变叶片的固有频率;
增加刚性,降低叶根的部的弯曲的扭转应力;
减振凸台接合面处喷涂耐磨合金,起到阻尼减振的作用。
缺点:
局部加厚,使流动通道面积减小大约2%2%,减少了空气流量;
减振凸台还造成气流压力的损失,使压气机的下降,发动机的燃油消耗率增加;
减振凸台增加了叶身的重量,使叶片的离心负荷加大;
叶片的工艺也变得更复杂
34.带冠叶片作用特点
带冠叶片作用特点:
克制减振凸台所带来的缺点;
带冠叶片虽然改善了叶片的气动性能,减少了叶尖的倒流损失;
叶片的离心负荷加大
35.鼓盘式转子连接方案
不可拆卸式:
整体结构型式的转子或采用焊接或用径向销钉将各级连接在一起的;
可拆卸式:
用长螺栓或短螺栓将各级连接在一起。
36.风扇静子机匣组成
前段前部为风扇包容机匣,后部安装风扇出口静子叶片后段为带有支板的风扇承力机匣。
37.压气机机匣组成
对于涡喷发动机〔单、双转子〕
进气机匣;
中机匣〔对于双转子,可分为低压压气机机匣、高压压气机机匣,过渡段成为中介机匣〕;
后机匣
对于双转子涡扇发动机
风扇静子机匣;
低压压气机机匣、高压压气机机匣、中介机匣;
38.风扇包容机匣作用
〔1〕以保证风扇叶尖和机匣间的径向间隙能做得很小;
〔2〕一旦叶片损坏,防止造成更大的二次损伤事故。
39.风扇承力机匣组成作用
〔1〕上面装着发动机的主安装节,传递风扇轴承与高压压气机前轴承的力〔2〕有些发动机的附件传动机匣也安装在它上面
40.中机匣根本要求分类
根本要求:
〔1〕具有足够的强度和刚度,以保证机匣工作的可靠;
〔2〕保持机匣与工作叶片之间的径向间隙最小,以减少倒流损失,提高压气机的效率;
〔3〕应保证压气机的拆装方便和工艺性好。
41.整体式、分半式机匣优缺点
整体式机匣优缺点:
〔1〕重量轻,加工量少,周向刚性均匀〔2〕压气机的屡次拆卸转子会影响转子的平衡性
分半式机匣的优点:
〔1〕刚性好,装、拆机匣时不需分解转子,因而不会破坏转子的平衡〔2〕装配维修性好。
〔1〕机匣壁面较厚:
为保证纵向和轴向结合面的连接刚性与密封性,需要采用较厚的安装边与较多的螺栓〔2〕机匣的周向刚性较差:
带有加强环,造成分半式机匣重量较大。
目前压气机中机匣多采用分半式的机匣
42.压气机叶片榫头分为哪几种,简述其各自优缺点
销钉式榫头:
这种榫头不用专用设备加工,对单件生产或试验用的发动机有一定的优越性
可以利用改变销子的直径或销子和销孔的配合间隙来改变叶片的自振频率,而不需要改变轮盘和叶片;
这种榫头承载能力有限,尺寸和重量大,因而,现代发动机上很少采用.
燕尾形榫头:
优点,榫头的尺寸较小;
重量较轻;
能承受较大的负荷,加工方便,生产率高,广泛应用于压气机上,其缺点是榫槽有较大的应力集中
枞树形榫头:
呈楔形,轮缘局部呈倒楔形,从承受拉伸应力的角度看接近等强度,因而这种榫头重量轻,但是它靠多对榫齿传力,应力集中严重,工艺性较差。
43.双转子涡扇发动机的机匣由哪几局部组成
双转子涡扇发动机:
进气机匣;
后机匣。
燃烧室
44.燃烧室根本性能要求
点火可靠;
燃烧要稳定;
燃烧完全;
总压损失小;
燃烧室的尺寸要求;
出口温度分布要满足要求;
燃烧产物对大气的污染要小;
寿命长。
45.油气比、余气系数的定义
油气比是进入燃烧室的燃油的流量与进入燃烧室的空气流量的比值;
进入燃烧室的空气流量与进入燃烧室的燃油流量完全燃烧所需要的最少的理论空气量之比。
46.燃烧效率定义
燃烧效率是一公斤燃油燃烧后工质实际吸收的热量与一公斤燃油燃烧理论上释放出的热量之比。
47.燃烧室总压恢复系数定义
燃烧室出口处的总压与燃烧室进口处的总压之比。
48.燃烧室出口温度分布有两个方面的要求
〔1〕、在燃烧室出口环形通道上温度分布要尽可能均匀;
〔2〕、在径向上:
靠近涡轮叶片叶尖和叶根处的温度应低一些,而在距叶尖大约三分之一处温度最高。
49.燃烧室三种根本结构形式
管式燃烧室、管环式燃烧室、环式燃烧室
50.燃烧室稳定燃烧条件
稳定燃烧条件:
燃烧时的气流速度等于火焰的传播速度
51.实现稳定燃烧条件需要降低流速以与提高火焰传播速度,如何实现这些条件、分股进气的作用
降低空气流速:
扩散器、旋流器、分股进气;
提高火焰传播速度:
燃油迅速汽化、组成余气系数适宜的混合气、增大紊流强度的方法。
分股进气的作用:
降低空气的流速;
进展补充燃烧;
掺混冷却以满足涡轮对温度的要求;
冷却火焰筒的外壁,同时形成气膜冷却保护火焰筒。
52.熄火的分类、根本原因、熄火特性定义
熄火分为贫油和富油熄火;
熄火的根本原因:
余气系数超出了稳定燃烧的围。
熄火特性:
稳定燃烧的余气系数围Δα随进气速度V2的变化规律。
53.全环形燃烧室的火焰筒的组成
全环形燃烧室的火焰筒由、外壁与环形头部组成。
54.环形燃烧室的分类
环形燃烧室的分类:
直流式的环形燃烧室、回流式的环形燃烧室、折流式的环形燃烧室。
55.扩压器的三种形式
一级扩压的扩压器、二级扩压的扩压器、突然扩式的扩压器。
56.目前火焰筒主要采用什么冷却方式
气膜冷却;
57.旋流器的作用
功用:
使高温燃气在火焰筒头部产住低速回流区;
稳定火焰,以与使空气与燃油很好掺合,点燃后续混气,提高燃烧效率。
58.燃烧室的常见故障是什么
燃烧室常见的故障就是局部过热和熄火
涡轮
59.涡轮的分类
根据气流流动方向划分:
轴流式,多用于大功率发动机;
径流式,涡轴发动机使用较多。
轴流式涡轮类型:
冲击式,工作叶片的前缘和后缘较薄,而中间较厚;
反力式,前缘较厚,而后缘较薄;
冲击反力式。
60.涡轮为什么存在单级和多级的划分
根据工质的可用焓降的大小进展划分:
单级涡轮:
适用于低焓降设计,并保证一定的经济性;
多级涡轮,当可用焓降很大,而单级涡轮不能以高效率来完成这样焓降,采用多级涡轮保证了高效率。
61.冲击反力式涡轮的基元级速度三角形
…………
62.为什么一级涡轮可以带动5-7级或更多级压气机
1、涡轮叶片比压气机叶片弯曲的程度要大,燃气膨胀的程度大。
2、由于涡轮中的气流速度比压气机大。
3、涡轮叶片比压气机的叶片要厚。
63.对于冲击反力式涡轮,气动参数速度、静压、静温、总压、总温在导向器和工作叶轮中的变化
即基元级做功原理。
64.燃气流量随转速n的变化规律
燃气流量随转速n的变化规律:
当转速n上升时,通过涡轮导向器的燃气流量增大。
但开始增加的快,后来增加的慢。
-
65.简单讨论当涡轮前温度保持一定时,随着转速n的增大,涡轮功率的变化规律
涡轮前燃气总温一定,功率随转速n的变化规律:
66.涡轮转子的组成
由涡轮盘、涡轮轴、工作叶片和连接零件组成。
67.涡轮工作叶片的组成
叶身、中间叶根与榫头
68.盘和轴的联接方式
双转子涡轮盘轴间采用圆柱面定心,紧度配合,径向销钉连接,剪切传力。
69.导向器组成、功用
导向器是由导向器、外环和导向叶片所组成。
导向器的功用:
将气体的局部热能转变为动能,并满足工作轮所要求的进口气流方向。
70.人们采取哪些措施提高涡轮温度?
1、采用新的耐高温的材料;
2、对涡轮叶片采取冷却措施
71.带冠叶片的优缺点?
72.
叶冠的作用:
(1)降低二次损失,提高涡轮效率
(2)相邻叶片的叶冠抵紧后可以减小叶片的扭曲变形和弯曲变形,增强叶片的刚性,提高叶片的振动频率:
当叶片产生振动时,相邻叶冠间产生摩擦能可以吸收振动量。
带冠叶片的缺点是叶冠较重:
(1)增加叶身的离心拉伸应力,也增加了轮盘的负荷
(2)叶冠和叶身转接处易造成应力集中
〔3〕为了减少叶冠离心力的影响,采用带冠时,要求将叶片作得小些,减少叶尖叶型的弦长,增加叶片数,使叶冠的周向长度减小
73.涡轮叶片采用什么类型榫头,它的优缺点是什么?
枞树形榫头连接在现代航空燃气涡轮中得到最广泛使用,
枞树形榫头优点:
❑等强度设计使榫头的重量最轻
❑榫头周向只寸较小,在轮盘上可以安装较多的叶片
❑这种榫头有间隙地插入榫槽,允许轮缘受热后能自由膨胀,因而减小了连接处的热应力,
❑低转速时叶片可以在榫槽有一定相互移动,起到一些振动阻尼作用,并可自动定心
❑可以加大叶片榫头和轮盘榫槽非支承外表间的间隙,并通入冷却空气,对榫头和轮缘进展冷却
❑装拆与更换叶片方便
枞树形榫头缺点
❑由于榫齿圆角半径小,应力集中现象严重,容易出现疲劳裂纹甚至折断等故障
❑叶片和轮盘的接触面积小,连接处热传导较差,使叶片上的热量不易散走
⏹但如采用榫头装配间隙冷却方法后,此缺点就不明显
❑加工精度要求高,以保证各榫齿能均匀受力
74.近代发动机中叶片的冷却采用哪些形式?
往往同时采用对流、冲击与气膜冷却形式
75.涡轮静子由哪两局部组成?
涡轮机匣和导向器
76.涡轮导向器的组成以与功用?
导向器是由导向器、外环和导向叶片所组成
将气体的局部热能转变为动能,并满足工作轮所要求的进口气流方向
77.什么是涡轮径向间隙?
发动机在起动、巡航、停车时,间隙如何变化
涡轮机匣与工作叶片叶尖之间的距离叫涡轮径向间隙。
涡轮的径向间隙是随发动机的工作状态和飞行条件的不同而变化的:
●起动时,机匣受热温度升高比轮盘快,膨胀也快,所以机匣间隙增大
●随着转速的增高,工作叶片和盘都得到加热,并因离心力的影响,使径向间隙减小
●当发动机停车时,机匣冷却比拟快,因此径向间隙减小
尾喷管
78.尾喷管的功用
喷管的功用
❑使气流加速,将焓转变为动能,以产生很大的推力;
❑反推
⏹其次是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
❑降低发动机的排气噪音
❑最后是通过调节喷管的临界面积来改变发动机的工作状态
79.亚音速尾喷管三种状态
三种工作状态
⏹亚临界工作状态
⏹临界工作状态
⏹超临界工作状态
80.根据尾喷管的组成以与各部件的功用
亚音速喷管的组成:
排气管(又称中介管,包括壳体、后整流锥和支板三个局部,
)和喷口。
排气管功用:
●安装在涡轮的后面,其作用是为燃气提供一个流动通道并使燃气减速,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
●支板
迫使方向偏斜的气流变为轴向流动,以减小流动损失
喷口功用:
收敛形的管道,使燃气加速,以获得较大的推力。
81.喷管可用落压比和实际落压比表达式
可用落压比:
喷管进口处的总压与喷管外大气压的比值称为可用落压比
;
实际落压比:
喷管进口处的总压与喷管出口处静压的比值称为实际落压比
燃气涡轮发动机共同工作
82.稳态和非稳态的区别
稳态下共同工作:
发动机在某一转速下连续工作的状态;
非稳态〔过渡态〕下共同工作:
发动机从某一转速变到另一转速下工作状态的总和。
83.稳态下压气机和涡轮共同工作的条件
稳定下的共同工作条件有四条:
转速一致;
流量连续;
压力平衡;
功率平衡。
84.发动机起动过程的定义
转速由0转速增加到慢车转速的过程。
85.剩余功率的定义,加速的条件是什么?
通常将涡轮功率与压气机功率之差叫做剩余功率,
发动机加速的必要条件是要有剩余功率。
86.发动机从稳态点n1加速到稳态点n2,剩余功率如何变化?
n1至n2过程中剩余功率变化分析
i.在转速增大的过程中
1.压气机功率随转速的增大而增大
2.涡轮功率也随之增大
a)原因分析
ii.燃油是瞬间增大的,空气流量增大存在滞后过程
iii.随着n的增大,T3*的变化〔图〕导致△N先增大后减小
1.供油量和空气流量都增大,起初供油量比空气流量增大得多,涡轮前燃气总温继续升高,△N增大
2.后来空气流量比供油量增加得多,涡轮前燃气总温便逐渐下降,△N便越来越小
3.在n2转速位置,△N=0
4.发动机便在转速n2达到新的稳定工作状态
iv.在加速过程中,涡轮功率始终大于压气机功率
87.什么是最优加速供油量?
在加速过程中,上述三个方面的限制所起的作用是有主有次的
❑在中转速以下工作时,供油量增加的程度,主要是从压气机能否稳定工作来考虑
❑在高转速围对增加供油量起限制作用的主要是涡轮叶片的过热
❑在高空限制供油量的条件是燃烧室的稳定工作
为了使加速时转速能尽快地增大,每个转速有一个最大的供油量,这个供油量是根据上述几个限制确定的,通常称为最优加速供油量。
88.最优加速供油曲线的定义
把各个转速正常加速所允许最大供油量的数值标在坐标图上,并且连成曲线
89.发动机特性的定义
给定调节规律下,发动机推力和燃油消耗率sfc随着发动机的转速n,飞行速度V,飞行高度H的变化规律叫做发动机特性。
90.单转子转速特性