燃气涡轮发动机16A

燃气涡轮发动机燃气涡轮发动机发动机教研室发动机教研室第第1616章章排气系统排气系统3316.116.1排气系统部件排气系统部件¾¾排气系统排气系统zz功用功用::••将涡轮排出的将涡轮排出的燃气以一定的速度和要求的方向排入大气，提供最后得燃气以一定的速度和要求的方向排入大气，提供最后得到的推力。在涡轮喷气发动机中排气流的速度和压力产生推力，在涡到的推力。在涡轮喷气发动机中排气流的速度和压力产生推力，在涡轮螺桨发动机中，排气流只提供少量推力，大部分能量已经由涡轮吸轮螺桨发动机中，排气流只提供少量推力，大部分能量已经由涡轮吸收，收，用来驱动螺旋桨用来驱动螺旋桨。。zz后整流锥的功用后整流锥的功用::••从涡轮从涡轮流出的燃气以流出的燃气以750750～～12001200英尺英尺//秒的速度进入排气系统，由于这秒的速度进入排气系统，由于这样高的速度量级会产生很高的摩檫损失，所以气流的速度要通过样高的速度量级会产生很高的摩檫损失，所以气流的速度要通过扩散扩散加以降低加以降低。。••这是通过将排气锥和外壁之间的通道面积不断地加大而实现的。这是通过将排气锥和外壁之间的通道面积不断地加大而实现的。zz涡流损失涡流损失::••由于燃气流离由于燃气流离开涡轮时存在残余的漩涡速度，所以还产生附加损失，开涡轮时存在残余的漩涡速度，所以还产生附加损失，为了减少这些损失，在排气装置中的涡轮后部支柱设计成能将气流在为了减少这些损失，在排气装置中的涡轮后部支柱设计成能将气流在流入喷管流入喷管之前先行扭直之前先行扭直,,即支板强迫气流变为轴向。即支板强迫气流变为轴向。4416.116.1排气系统部件排气系统部件¾¾涡扇发动机排气系统涡扇发动机排气系统zz内外涵发动机有两股气流喷入大气，即低温的内外涵发动机有两股气流喷入大气，即低温的外涵空气流和高温的涡轮出口燃气流。外涵空气流和高温的涡轮出口燃气流。zz在低涵道比发动机，两股气流由混合器掺混，在低涵道比发动机，两股气流由混合器掺混，混合器能使外涵的空气流入涡轮排气流之中，混合器能使外涵的空气流入涡轮排气流之中，保证两股气流充分保证两股气流充分混合混合。。zz在高涵道比发动机中，两股气流通常在高涵道比发动机中，两股气流通常分别排分别排出出，也可以将两股燃气流结合到一个公用的即，也可以将两股燃气流结合到一个公用的即整体式喷管组件之中。这种喷管使气流在喷入整体式喷管组件之中。这种喷管使气流在喷入大气之前先部分地混合。大气之前先部分地混合。5516.116.1喷喷管管－消音－消音¾¾噪音源噪音源：：zz一个是喷出的高温高速燃气与外界大气混合所产生的噪音；一个是喷出的高温高速燃气与外界大气混合所产生的噪音；zz另一个是空气进入进气道和流过发动机时产生的噪音另一个是空气进入进气道和流过发动机时产生的噪音;;zz第三个是发动机的振动所产生的噪音。第三个是发动机的振动所产生的噪音。zz对于涡喷发动机排气对于涡喷发动机排气噪声噪声是主要的是主要的噪声来源噪声来源;;zz对于涡对于涡扇扇发动机进气发动机进气噪声噪声,,即气体流过即气体流过风扇和涡轮风扇和涡轮是主要的是主要的噪噪声来源声来源。。zz噪声来源于风扇和压气机、涡轮、排气流或喷口。随着相对噪声来源于风扇和压气机、涡轮、排气流或喷口。随着相对气流速度的加大，所有噪声在不同程度上都提高。排气流噪气流速度的加大，所有噪声在不同程度上都提高。排气流噪声的变化系数比压气机或涡轮噪声的更大。声的变化系数比压气机或涡轮噪声的更大。6616.116.1喷喷管管－消音－消音¾¾排气噪音；排气噪音；zz排气排气噪声噪声是由于排出的燃气与大气猛烈撞击是由于排出的燃气与大气猛烈撞击,,而产生紊流而产生紊流度极强的混合所造成的度极强的混合所造成的,,它受由它受由排气流排气流和大气之间的相对和大气之间的相对速度引起的剪切作用的影响速度引起的剪切作用的影响。。在排气口附近产生的小涡在排气口附近产生的小涡流引起高频噪声流引起高频噪声,,在排气流后部大的涡流产生低高频噪声在排气流后部大的涡流产生低高频噪声。。另外另外,,当排气流速超过当地音速时当排气流速超过当地音速时,,在排气流的核心部分在排气流的核心部分形成激波形成激波,,将产生单一频率的噪声将产生单一频率的噪声,,并将混合噪声有选择并将混合噪声有选择地放大地放大。。如果混合速度加快或喷气流相对大气的速度减如果混合速度加快或喷气流相对大气的速度减小小,,噪声水平就会降低。这借助于改变喷气流的形状就可噪声水平就会降低。这借助于改变喷气流的形状就可以办到。以办到。zz排气噪声排气噪声是主要的噪音源。是主要的噪音源。7716.116.1喷喷管管－消音－消音¾¾压气机和涡轮压气机和涡轮的的噪声噪声zz压气机和涡轮压气机和涡轮的的噪声噪声是由于转动的叶片和静止叶片的压力场是由于转动的叶片和静止叶片的压力场和紊流尾流的相互作用而产生影响的和紊流尾流的相互作用而产生影响的,,并可分为两种不同的并可分为两种不同的噪噪声。声。离散的离散的噪声和噪声和宽频的宽频的噪声：噪声：••离散离散噪声噪声是由于叶片尾流有规则地流过下游各级而引起的是由于叶片尾流有规则地流过下游各级而引起的,,尾流的强度尾流的强度取决于各排转子叶片和静止叶片间的距离取决于各排转子叶片和静止叶片间的距离,,距离短距离短,,相互作用强烈相互作用强烈,,导致导致较强的较强的噪声噪声。在高涵道比的发动机中。在高涵道比的发动机中,,低压压气机低压压气机((风扇风扇))叶片尾流流过叶片尾流流过下游静止叶片就产生这种下游静止叶片就产生这种噪声噪声,,但是由于速度较低和转子叶片和静止叶但是由于速度较低和转子叶片和静止叶片间的距离较大片间的距离较大,,因而因而噪声噪声强度较低。强度较低。••宽频宽频噪声噪声是由每个叶片与流过其表面的空气的相互作用而产生的是由每个叶片与流过其表面的空气的相互作用而产生的,,流过流过叶片的气流的紊流越大叶片的气流的紊流越大,,则宽频噪音的强度越强。则宽频噪音的强度越强。8816.116.1排气系统部件排气系统部件¾¾噪声来源噪声来源zz纯喷气发动机纯喷气发动机和低涵道比发动机中，和低涵道比发动机中，噪声的主要来源噪声的主要来源是尾喷气流是尾喷气流，这可采用一迅速或较短的混合区予以降，这可采用一迅速或较短的混合区予以降低。低。zz高涵道比发动机高涵道比发动机的固有特点是，它比任何其他类型的的固有特点是，它比任何其他类型的燃气涡轮具有更低的排气速度，因而是一种燃气涡轮具有更低的排气速度，因而是一种噪声较小噪声较小的发动机。的发动机。zz在高涵道比发动机中，控制整个噪声水平的主要噪声在高涵道比发动机中，控制整个噪声水平的主要噪声源是源是风扇和涡轮。风扇和涡轮。9916.116.1排气系统部件排气系统部件101016.116.1喷喷管管－消音－消音¾¾消音的方法消音的方法::zz降低喷气速度降低喷气速度,,因为噪音的能级与喷气速度的八次方成正比因为噪音的能级与喷气速度的八次方成正比,,所以所以降低一点速度就可以大大地降低噪音。降低一点速度就可以大大地降低噪音。zz排气流速度的减小比压气机和涡轮叶片速度的等量减小具有更大的排气流速度的减小比压气机和涡轮叶片速度的等量减小具有更大的影响。影响。zz在推进喷管上，采用一波纹形或瓣形的消声器以增大大气与排气流在推进喷管上，采用一波纹形或瓣形的消声器以增大大气与排气流的接触面积来达到。的接触面积来达到。zz吸音材料：吸音材料：消音原理是将声能变为热能。消音原理是将声能变为热能。是一种非常有效的抑制噪是一种非常有效的抑制噪声技术。声技术。吸音衬垫由一蜂窝底板支撑的多孔面板组成。底板再粘接吸音衬垫由一蜂窝底板支撑的多孔面板组成。底板再粘接到涵道或机匣的母体金属上到涵道或机匣的母体金属上..面板的声学特性和衬垫的厚度要精心地面板的声学特性和衬垫的厚度要精心地与噪声特性相匹配与噪声特性相匹配,,便能有效地抑制噪声。便能有效地抑制噪声。吸音材料分为两种吸音材料分为两种::用于用于低温区的轻型复合材料低温区的轻型复合材料和用于高温区的金属纤维和用于高温区的金属纤维制成的制成的复合复合吸音材吸音材料料。。zz改变振动的频率改变振动的频率,,因为噪音的传播与振动的频率有关因为噪音的传播与振动的频率有关,,高频振动很高频振动很容易被大气所吸收容易被大气所吸收,,所以高频振动传播的距离不远所以高频振动传播的距离不远;;而低频振动不而低频振动不容易被大气所吸收容易被大气所吸收,,所以低频振动传播的距离较远所以低频振动传播的距离较远;;利用这个原理利用这个原理,,降低频振动变为高频振动。降低频振动变为高频振动。111116.116.1排气系统部件排气系统部件¾¾对于涡轮风扇发动机对于涡轮风扇发动机,,消音的部位有：消音的部位有：zz进气整流罩内壁面；进气整流罩内壁面；zz风扇机匣内壁面；风扇机匣内壁面；zz尾喷管内壁面。尾喷管内壁面。121216.216.2反推装置反推装置¾¾反推反推zz功用功用：反推力更多用于飞机触地后，减低飞机速度，：反推力更多用于飞机触地后，减低飞机速度，缩短滑跑距离。缩短滑跑距离。zz涡扇发动机涡扇发动机：在高涵道比涡扇发动机上，反推力是将：在高涵道比涡扇发动机上，反推力是将通过通过风扇的气流反向风扇的气流反向而实现的。这是由于高涵道比涡而实现的。这是由于高涵道比涡扇发动机大部分推力是由风扇产生的，所以，没有必扇发动机大部分推力是由风扇产生的，所以，没有必要将热的排气流反向。要将热的排气流反向。zz实现反推力的方法。实现反推力的方法。••在涡轮喷气发动机上实现反推力的方法有若干种，如哈壳形折在涡轮喷气发动机上实现反推力的方法有若干种，如哈壳形折流门将排气流反向是其一种。流门将排气流反向是其一种。••涡扇发动机是用阻流门将风扇气流反向。涡扇发动机是用阻流门将风扇气流反向。••驾驶舱的反推杆用于选择反推力。驾驶舱的反推杆用于选择反推力。131316.216.2反推装置反推装置¾¾对反推力装置的要求对反推力装置的要求zz(1)(1)在保证发动机安全正常工作的情况下获得最大的反推力；在保证发动机安全正常工作的情况下获得最大的反推力；zz(2)(2)结构简单结构简单，，重量轻重量轻，，操纵灵活操纵灵活，，发动机正常工作状态与反推力发动机正常工作状态与反推力状态相互转换所需的时间要短；状态相互转换所需的时间要短；zz(3)(3)合理选择排气方向合理选择排气方向，，力求不产生非对称的反推力力求不产生非对称的反推力，，保证飞机的保证飞机的操纵稳定性操纵稳定性，，不使高温燃气喷射飞机机体；不使高温燃气喷射飞机机体；zz(4)(4)反推力装置的构件在高温大负荷的条件下工作可靠；反推力装置的构件在高温大负荷的条件下工作可靠；zz(5)(5)反推力装置不工作时反推力装置不工作时，，不增大飞机的阻力不增大飞机的阻力，，不减小发动机的推不减小发动机的推力力，，排气口应良好的封严；排气口应良好的封严；zz(6)(6)反推力装置的工作状态应在驾驶舱内显示。反推力装置的工作状态应在驾驶舱内显示。zz目前带反推力装置的发动机一般能在目前带反推力装置的发动机一般能在11～～22秒的时间内完成正常工秒的时间内完成正常工作状态与反推力状态的相互转换作状态与反推力状态的相互转换，，反推力可达该转速下正推力的反推力可达该转速下正推力的一半左右。一半左右。141416.216.2反推装置反推装置¾¾反推力装置的反推力装置的类型类型zz蛤壳形门式蛤壳形门式;;zz戽斗式门戽斗式门;;zz外涵反推外涵反推。。151516.216.2反推装置反推装置¾¾蛤壳形门式蛤壳形门式;;zz这种反推力装置位于尾喷管之前这种反推力装置位于尾喷管之前，，由两扇蛤壳式反推由两扇蛤壳式反推力门、壳体、转向出口、出口叶栅和操纵机构组成。力门、壳体、转向出口、出口叶栅和操纵机构组成。反推力装置工作时反推力装置工作时，，两扇反推力门关闭两扇反推力门关闭，，迫使气流折迫使气流折转分别通过上、下转向出口转分别通过上