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涡扇发动机动力强劲的秘诀是什么?2个关键参数告诉你

2017-3-21 08:34| 发布者: admin| 查看: 52| 评论: 0

摘要: 从涡轮喷气发动机工作原理中我们得知,从涡轮流出来的、仍有一定能量的燃气(反映在燃气的温度仍然较高,还有一定的压强),在尾喷管中继续膨胀,将热能与势能转变成动能,以较高的速度(550~600米/秒)由尾喷管喷 ...


从涡轮喷气发动机工作原理中我们得知,从涡轮流出来的、仍有一定能量的燃气(反映在燃气的温度仍然较高,还有一定的压强),在尾喷管中继续膨胀,将热能与势能转变成动能,以较高的速度(550~600米/秒)由尾喷管喷出产生反作用推力,这就是涡轮喷气发动机。


如果在该涡轮后面,再加装一套涡轮(一级或多级),让燃气在这后一涡轮中膨胀,驱动此涡轮高速旋转并发出一定功率,将此涡轮的前轴由原来的涡轮、压气机转子轴中穿过,带动一个直径比压气机大的风扇,这样,就变成了涡轮风扇发动机(如图5-1)。


 

图5-1、涡轮风扇发动机简图


由图5-1可以看出,由压气机、燃烧室和高压涡轮组成的核心机和由低压涡轮及其所带动的风扇共同组成的发动机称为涡轮风扇发动机。


涡轮风扇发动机中,空气在风扇中增压后,由风扇出口流出时分为二股向后流:一股流入核心机和带动风扇的低压涡轮,最后由尾喷管流出,这股气流称为内涵气流;


另一股则由围绕核心机机匣与外涵机匣间的环形通道中流过,称为外涵气流。由于涡轮风扇发动机中有内、外两个涵道,所以,涡轮风扇发动机有时又称为内外涵发动机。


从图5-2典型的涡轮风扇发动机的风扇、高压压气机结构图中可以看出,风扇实际上是直径较大、叶片较长的轴流压气机。风扇可以有1~5级。


 

图5-2、涡轮风扇发动机的风扇、高压压气机结构


涡轮风扇发动机中,内、外涵气流可分别排出,也可在排气系统内混合排出。图5-1所示的涡轮风扇发动机,外涵气流通过掺混器进入内涵道燃气流中,与内涵气流混合后由尾喷管排出 。


图5-3是典型的内、外涵分别排出的涡轮风扇发动机后部结构,由涡轮流出的燃气直接由其后的内涵喷管排出,外涵气流则由外涵道内、外壳体间的环形外涵道喷管流出,内外涵气流在发动机内相互不掺合,这种排气方式也称为平行排气。


图5-3、平行排气的排气结构


涡扇发动机两个关键参数是什么?


涵道比和总增压比


外涵与内涵空气流量之比称为涵道比,又称流量比,它是影响涡轮风扇发动机性能好坏的一个重要循环参数。涵道比小于2~3的称为低涵道比涡轮风扇发动机,高于4~5的称为高(大)涵道比涡轮风扇发动机。

 

高涵道比涡轮风扇发动机排气速度低、推进效率高、经济性好,适用于大型远程旅客机和运输机。其涵道比为4~9,增压比为30~45,推力高达30000~45000拾牛,起飞耗油率降低到0.30公斤/拾牛·小时左右。


这种发动机的涵道比、增压比和推力还有进一步增大的趋势。


图、航空发动机的外涵道和内涵道


高涵道比涡轮风扇发动机的迎风面积大,不宜于作超声速飞行,故一般战斗机用的加力涡轮风扇发动机的涵道比大多小于1.0,甚至0.3以下。只有要求在空中作较长时间巡逻的战斗机用发动机,其涵道比选为1.0左右。


总增压比


流进涡轮风扇发动机的空气先在风扇中增压,然后再在高压压气机中进—步增压,因此涡轮风扇发动机有一个重要的循环参数,那就是“总增压比”,简称“总压比”,它相当涡轮喷气发动机中的“增压比”。


多转子涡轮风扇发动机中最后一个压气机的出口总压与第一个压气机(风扇)的进口总压之比就是总增压比,它也是涡轮风扇发动机的一个重要设计参数,对发动机的耗油率和单位推力都有显著的影响。



目前加力涡扇发动机的压气机总增压比为25~35,高涵道比涡轮风扇发动机的压气机总增压比已高达35~45,未来高涵道比涡轮风扇发动机的压气机总增压比可能要提高到50~100。



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