发动机思考题-(2)

燃气涡轮发动机相关概念1.为什么说航空燃气轮机既是热机又是推进器？答:燃气涡轮发动机是将燃油燃烧释放出的热能转变为机械能的装置。它既是热机又是推进器，因为它是由高速流过发动机的燃气对发动机的反作用力来推动飞机运动的一种热机.2.简单叙述燃气涡轮喷气发动机的组成以及工作原理答：燃气涡轮发动机由进气道、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管组成。工作原理：燃气涡轮喷气发动机以空气作为工质。进气道将所需的外界空气以最小的流动损失顺利地引入发动机，压气机通过高速旋转的叶片对空气做功压缩空气，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，将燃气的部分焓转变为机械能，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，提高燃气速度，使燃气以较高的速度喷出，产生推力。3.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燃气涡轮发动机分为涡喷、涡扇、涡桨、涡轴四种。涡轮螺旋桨发动机由燃气轮机和螺旋桨组成，在他们之间还安排了一个减速器。工作原理：空气通过排气管进入压气机；压气机以高速旋转的叶片对空气做功压缩空气，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；高温高压的燃气在涡轮内膨胀，推动涡轮旋转输出功去带动压气机和螺旋桨，大量的空气流过旋转地螺旋桨，其速度有一定的增加，使螺旋桨产生相当大的拉力；气体流过发动机，产生反作用力。如果燃气发生器后的燃气可用能全部用于驱动动力涡轮而不产生推力，则燃气涡轮发动机成为涡轮轴发动机，动力涡轮轴上的功率可以用来带动直升机的旋翼。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。4.什么是EGT，为什么它是一个非常重要的监控参数？答:EGT是发动机排气温度。原因：1、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的高低2、EGT的变化反映了发动机性能的变化；3、EGT的变化反应发动机的故障。5.什么是涡喷发动机理想循环最佳增压比？答：当加热比一定的时候，使理想循环功达到最大值的增压比是涡喷发动机的理想循环最佳增压比。6.发动机热效率、推进效率、总效率三者定义以及其关系发动机的热效率：在循环中加入的热能有多少转变为机械能，发动机的推进效率：发动机的推进功率与单位时间流过发动机气体动能增量的比值，总效率:推进功率与单位时间进入燃烧室的燃油完全燃烧所释放出的热量的比值称为总效率7.燃油消耗率sfc定义及表达式答：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。Fqsfcfm,3600发动机的五大部件一一说明一·进气道8.进气道的功用以及分类答：进气道功用：（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避免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，大多采用扩张形、几何不可调的亚音速进气道。（2）超音速进气道：可分为内压式、外压式和混合式三种。9.什么是进气道的总压恢复系数，写出其表达式答：定义：进气道出口处气流的总压与来流的总压之比。表达式：*0*1ppi10.什么是进气道的冲压比？答：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？答：导风轮,工作叶轮,扩压器,集气管等部分组成导风轮：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，防止出现拐弯分离流。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张形的，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，其通道是扩张形的，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？答：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内径处的压力高。13.离心式压气机的优缺点答：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范围宽；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叙述它的优缺点答：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。15.什么是基元级及基元级叶栅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答：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，使气流以合适的方向流入第一级工作叶轮。19.轴流式压气机优点答：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,轴流式压气机迎风面积小,阻力小。20.c1a、c1u、u对攻角、扭速影响答：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.攻角特性定义及曲线答：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张形的使气流的相对速度减小，由动能转变为压力位能和内能，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张形的使气流的绝对速度速度减小，转变为压力位能和内能，使气流的压力和温度升高。23.多级轴流式压气机流程形式及机匣结构形式答：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ρ2ρ1，为了满足连续方程，原则上可以采用以下三种方法A2=A1,V1V2;A2A1,V1=V2;A2A1,V1V2一般采用第三种方法，使流速下降，面积减小24.机匣结构形式：等外径、等内径、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.旋转失速机理答：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分离；（2）出现分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分离,下面的叶片攻角减小，解除分离；（3）气流分离区相对于叶片运动反方向传播（即向上传播）；（4）分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（分离区）以较低的转速与动叶做同方向运动28.喘振根本原因及机理过程答：喘振的根本原因:由于攻角过大,使气流在叶背处发生分离而且这种气流分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答：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办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办法来改变流量系数使其接近设计值,达到防喘的目的。30.转子的基本结构型式优缺点答：转子的基本结构形式有三种：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高压焊接连接方式答：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.减振凸台作用特点答：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.带冠叶片作用特点答：带冠叶片作用特点：克服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答：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.风扇静子机匣组成答：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.压气机机匣组成答：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进气机匣；风扇静子机匣；低压压气机机匣、高压压气机机匣、中介机匣；后机匣38.风扇包容机匣作用答：（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，避免造成更大的二次损伤事故。39.风扇承力机匣组成作用答：（1）上面装着发动机的主安装节，传递风扇轴承及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.中机匣基本要求分类答：基本要求：（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、分半式机匣优缺点答：整体式机匣优缺点：（1）重量轻，加工量少，周向刚性均匀（2）压气机的多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。缺点：（1）机