发动机原理与构造,终极打印版本

1一，燃气涡轮发动机的工作原理0.为什么说航空燃气轮机既是热机又是推进器？因为它是由高速流过发动机的气体对发动机的反作用力来推动飞机运动的一种热机，不需要像航空活塞式发动机那样，用螺旋桨作为推进器。简单叙述燃气涡轮喷气发动机的组成以及工作原理？组成：单转子涡轮喷气发动机是由进气道、压气机、燃烧室、涡轮、喷管五大部件组成。原理：足够量的空气，通过进气道以最小的流动损失顺利地引入发动机。压气机以高速旋转的叶片对空气作功压缩空气，提高空气的压力。高压空气在燃烧室内和燃油混合，燃烧，将化学能转变为热能，形成高温高压的燃气。高温高压的燃气首先在涡轮内膨胀，推动涡轮旋转，去带动压气机。然后燃气在喷管内继续膨胀，加速燃气，提高燃气的速度，使燃气以较高的速度喷出，产生推力。1.简单叙述燃气涡轮风扇喷气发动机的组成以及工作原理？（p138）组成：涡轮风扇发动机是由进气道、风扇、低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮和喷管组成。原理：涡扇发动机工作时，空气是从内外两路流过发动机。内路的工作情形与涡喷发动机相同，流入内涵的空气通过高速旋转的风扇、低压压气机和高压压气机对空气作功，压缩空气，提高空气的压力。高压空气在燃烧室内和燃油混合，燃烧，将化学能转变为热能，形成高温高压的燃气。高温高压的燃气首先在高压涡轮内膨胀，推动高压涡轮旋转，去带动高压压气机，然后在低压涡轮内膨胀，推动低压涡轮旋转，去带动低压压气机和风扇，最后燃气通过喷管排入大气产生反作用推力。流过外涵的空气通过高速旋转的风扇叶片对空气作功，压缩空气，提高空气的压力和温度，接着空气在通道内膨胀加速，排入大气，也产生反作用推力。2.燃气涡轮发动机分为哪几种？它们在结构以及工作原理上有什么明显区别?涡喷、涡扇、涡轴、涡桨3.什么是EGT，为什么它是一个非常重要的监控参数？EGT：发动机的排气温度。原因：EGT的高低反映了发动机中最重要，最关键的参数涡轮前总温T3*的高低。EGT高，T3*就高，EGT超限，T3*超限；EGT的变化反映发动机性能的变化，例如发动机在同样的工作状态下EGT增高，则表明发动机的性能下降；EGT的变化反映反映发动机的故障，例如，脏的压气机叶片会使EGT升高。又如，按正常的EPR起飞时，若发现EGT高，则最可能的故障是放气活门漏气。4.什么是EPR,为什么它是表征推力的参数？EPR：发动机的压力比。原因：对同一类型的发动机来说，EPR高，表明涡轮后燃气的总压高，燃气具有较高的作功能力，所以发动机的推力就大。5.发动机的核心机指是什么？压气机、燃烧室、涡轮6.发动机热效率、推进效率、总效率三者定义以及其关系？热效率：循环功与加热量之比。ηt推进效率：发动机完成的推进功率与单位时间发动机从热力循环中获得的可用动能的比值，用ηp表示。总效率：单位时间进入推进功率与燃烧室的燃油完全燃烧所释放出的热量的比值，用η0表示。7.燃油消耗率sfc定义及表达式。定义：产生单位推力在一小时内所消耗的燃油质量称为燃油消耗率。8.何为发动机机的单位推力？影响推力因素包括？发动机的推力与流过发动机空气的质量流量的比值，称为单位推力，用Fs表示。影响推力因素：通过发动机的空气质量流量qm和单位推力Fs。二、进气道1.进气道的功用以及分类，组成？功用：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。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。分类：亚音速进气道、超音速进气道（内压式、外压式、混合式）。2.亚音速进气道内部气流参数是如何变化的？进气道前是一段扩张形的管道，而前整流锥后的管道稍有收敛。前一段气流参数变化规律是：速度v下降，压力p和温度T升高；整流锥后气流速度稍有上升，压力和温度稍有下降。（p14页图）3.什么是进气道的总压恢复系数，写出其表达式进气道的总压恢复系数是进气道出口处气流的总压p1*与来流的总压p0*之比。4.什么是进气道的冲压比？影响冲压比因素？进气道的冲压比是进气道出口处的总压与远前方气流静压的比值。用符号πi*表示。影响因素：流动损失、飞行速度和大气温度。5.流量系数的定义？定义进气道远前方截面的面积A0与进气道出口处的面积A01的比值为流量系数，用符号фi表示。四、燃烧室1.燃烧室基本性能要求?点火可靠、燃烧要稳定、燃烧完全、总压损失小、燃烧室的尺寸要小、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。2.油气比、余气系数的定义?油气比：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。余气系数：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，叫余气系数。3.航空发动机的余气系数一般为？3.5-4.54.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理论上释放出的热量比。5.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。6.燃烧室中气流总压下降的原因?扩压产生的流阻损失；空气从小孔缝隙流入燃烧室时的摩擦损失；冷热气流掺混造成的损失；加热（燃烧）造成的热阻损失。7.容热强度的定义?在单位压力和单位燃烧室容积中，一个小时之内，进入燃烧室的燃油燃烧实际所释放出的热量。8.燃烧室出口温度分布有两个个方面的要求?同一个环上各处的温度相差不能太大；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。9.燃烧室三种基本结构形式?管式燃烧室、环式燃烧室和管环式燃烧室。10.典型单管燃烧室结构，各主要组成部件的功用？壳体和火焰筒头部之间构成扩压通道，用来降低流速，提高压力，保证燃烧顺利进行和减少压力损失。火焰筒，保证燃烧充分，掺混均匀并使壁面得到冷却。连焰管起着传播火焰，点燃没有点火装置的火焰筒内的燃油，并起着均衡压力的作用。喷油嘴用来供油，并使燃油雾化或汽化，以提高火焰传播速度，利于稳定燃烧。旋流器是进气在叶片的引导下旋转，形成回流区，保证火焰稳定。点火装置产生高能火花，点燃燃油。11.燃烧室稳定燃烧条件？燃烧室可分为哪几个区？燃烧室工作特点？稳定燃烧的条件是燃烧时的气流速度等于火焰的传播速度。可分为扩压器，火焰筒，旋流器，点火装置，联焰管，燃烧室机匣。工作特点：燃油是在高速气流中进行燃烧的；燃烧室出口燃气的温度受到涡轮叶片材料的限制。12.实现稳定燃烧条件需要降低流速以及提高火焰传播速度，如何实现这些条件、分股进气的作用？促使燃油迅速汽化、组成余气系数合适的混合气、增大紊流强度的方法分股进气的作用：第一股功用是与燃油混合，组成余气系数稍小于1的混合气，进行燃烧；第二股功用是降低空气的流速，进行补充燃烧，与燃气进行掺混，降低燃气的温度，冷却火焰筒的外壁。13.熄火的分类、根本原因、熄火特性定义？分类：贫油熄火和富油熄火根本原因：余气系数超出了稳定燃烧的范围。熄火特性是稳定燃烧的余气系数范围Δα随进气速度V2的变化规律。Δα=f(V2)14.全环形燃烧室的火焰筒的组成？由内、外壁及环形头部组成15.环形燃烧室的分类？直流式、回流式和折流式三种16.目前火焰筒主要采用什么冷却方式气膜式17.旋流器的作用？使高温燃气在火焰筒头部产生低速回流区，以稳定火焰，以及使空气与燃油很好掺合，点燃后续混气，提高燃烧效率。18.燃烧室由那些基本构件组成?扩压器、火焰筒、旋流器、点火装置、联焰管、漏油活门和燃烧室机匣19.燃烧室局部过热的原因？燃油分布不均匀、空气流动遭到破坏或喷油量过大20.燃烧室的常见故障是什么？局部过热、熄火三、压气机1.离心式压气机由哪些部件组成，各部件是如何工作的？离心式压气机由导流器、叶轮、扩压器、导气管等部分组成。导流器安装在叶轮进口处，其通道是收敛形的。它的功用是使气流以一定的方向均匀地进入工作叶轮，以减小流动损失。空气流过它时速度增大，压力、温度下降。叶轮是高速旋转的部件，叶轮上叶片间的通道是扩张形的，空气流过它时，对空气作功，增大空气的流速，同时提高空气的压力。扩压器位于叶轮的出口处，其通道是扩张形的，空气流过它时，将动能转变为压力能，使速度下降，压力和温度都上升。导气管的主要功用是使气流改变方向，将空气引入燃烧室。2.离心式压气机是如何实现增压的？离心式压气机增压原理分为扩散增压和离心增压。扩散增压是通过高速旋转的叶轮，其叶片间的扩张形通道对空气作功，增大空气的流速与压力。离心式增压是气流流过叶轮时，随叶轮一起做圆周运动，气体微团受惯性离心力的作用，所在位置半径越大，周向速度也越大，气体微团所受离心力也越大，因此叶轮外径的压力远比内径压力高。3.离心式压气机的优缺点?优点：单级增压比高；稳定的工作范围宽；结构简单可靠；重量轻所需要的启动功率小。缺点：流动损失大；效率较低；单位面积的流通能力低，迎风面积大，阻力大。4.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?组成：转子、静子压气机一级：一个工作叶轮+一个整流器。5.什么是基元级及基元级叶栅?基元级：用与轴同心，半径分别为压气机平均半径rm和rm+dr的两个圆柱面与级的叶片环相截，得出高度为dr的环形叶栅叫基元级。基元级叶栅：将环形基元级展开成平面，在展成平面的基元级中包括两排平面叶栅，即基元级叶栅。6.画出基元级速度三角形。（p25页图，自己画）7.轴流式压气机机匣的结构形式有哪三种，它们各有什么特点？进气机匣、风扇静子机匣、中机匣进气机匣：进气机匣一般由内、外壁，进口导流片及前整流锥组成。在进气机匣中心往往装着压气机转子的前支承以及低压转子转速传感器和进气总压传感器等附件。风扇静子机匣：整体机匣前后分为两段，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。中机匣：中机匣是一个圆柱形或圆锥形的薄壁筒，机匣内壁上加工有固定各级整流叶片的各种形式的沟槽，发动机转子支承在机匣内，是发动机主要承力壳体。8.攻角的定义和流量系数的定义？攻角：工作叶轮进口处相对速度的方向与叶片弦线之间的夹角叫攻角。流量系数：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。9.压气机流动损失包括哪些？各又包括哪些？叶形损失和二次流动损失叶形损失有：①在叶片的表面有附面层的摩擦损失；②在逆压梯度作用下可能有附面层气流分离损失；③在叶片的尾缘有尾迹中的涡流损失；④尾迹和主流区的掺混损失；⑤在叶片的前缘或背部可能出现超音速而造成的激波损失。二次流动损失主要是由于径向间隙存在引起的损失。10.多级轴流式压气机采用何种流程形式，其对应的机匣结构形式有哪几种？一般采用使流速下降，面积减小的方法。对应机匣结构形式有三种：等外径、等内径和等中径。11.压气机增压比的定义表达式、总增压比与各级增压比之间的关系?压气机增压比是压气机出口处的总压p2*与压气机进口处的总压p1*之比。压气机的增压比等于各级增压比的乘积。12.理想压气机功和绝热压气机功的定义表达式以及区别?理想压气机功：将一千克的空气通过理想的过程从p1*压缩到p2*所消耗的功称为理想压气机功。绝热压气机功：wc=h2*-h1*=cp(T2*-T1*)将一千克的空气通过绝热的过程。。。区别：绝热压气机功考虑了流动损失13.压气机效率的定义及表达式?压气机效率是理想压气机功与绝热压气机功之比。14.什么是压气机特性、流量特性的定义?压气机特性：压气机的性能参数增压比πc*和效率ηc*随工作参数流量qm、转速n、进入压气机空气的总温T1*和总压p1*的变化规律称为压气机特性。流量特性：在进入压气机空气的总温T1*和总压p1*保持不变的情况下，压气机的增压比πc*和效率ηc*随进入压气机空气流量qm和压气机转速n的变化规律称为压气机的流量特性。15.堵塞和失速各是？何为旋转失速？堵塞：当压气机的转速一定时，由于某种原因，使工作叶轮进口处绝对速度在发动机轴向分量上升，攻角下降，到一定情况，负攻角过大，气流在叶盆处发生分离，使叶片通道变小，甚至出现喉道而发生堵塞。失速：当压气机的转速一定时，由于某种原因，使进入发动机的空气流量减少，从而使工作叶轮进口处绝对速度在发