一、燃气涡轮发动机的工作原理
1.为什么说航空燃气轮机既是热机又是推进器?
它是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。
2.简单叙述燃气涡轮喷气发动机的组成以及工作原理?
燃气涡轮喷气发动机以空气作为介质。进气道将所需的外界空气以最小的流动损失顺利地引进发动机,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。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.简单叙述燃气涡轮风扇喷气发动机的组成以及工作原理?
涡轮风扇发动机是有进气道、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。工作原理:同上。(区分内涵和外涵)
4.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?
5.什么是EGT,为什么它是一个非常重要的监控参数?
EGT 是发动机的排气温度*
4T ,一般它是低压涡轮后的燃气温度。直接影响涡轮前总温*3T 6.什么是EPR,为什么它是表征推力的参数?
ERP 是指发动机的压力比,低压涡轮后的总压7P t 与低压压气机进口处的总压2P t 之比。ERP 越大,发动机涡轮后燃气总压高,有较高的做功能力,推力大。
7.发动机热效率、推进效率、总效率三者定义以及其关系?
影响热效率的三个因素
加热比∆:涡轮前燃气总温*3T 提高,热效率t η增大。
增压比π:压力比提高,热效率增加,达到最经济压力比(最经济压力比大于最佳压力比)后反而下降。
压气机效率c η和涡轮效率T η:压气机效率和涡轮效率增加,热效率提高。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。V V V V q FV m 5
225p 12)(2+=−=η5V 是发动机的排气速度。
总效率:单位时间内进入推进功率与燃烧室的燃油完全燃烧释放出的热量的比值。f m u f m q H FV ,,0q FV ==
ηu H 是燃油的低热值,即1kg 燃油完全燃烧所释放的
能量。8.燃油消耗率sfc 定义及表达式。
燃油消耗率:单位推力在一小时内所消耗的燃油质量。
s
u p u f
m F T T H c Ma H a F q )(360036003600scf *2*300,−===η9.何为发动机机的单位推力?单位推力:发动机的推力与流过发动机空气的质量流量的比值。m
q F
=s F 10.影响推力因素包括?
通过发动机的空气的质量流量和单位推力。
二、进气道
11.进气道的功用以及分类,组成?
功能: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,提高空气压力。
分类:亚音速进气道和超音速进气道。(超音速分为内压式、外压式、混合式)组成:壳体和前整流锥。
12.亚音速进气道内部气流参数是如何变化的?
前一段气流:速度下降,压力和温度升高,冲压压缩;整流锥后:速度稍上升,压力和温度有下降,气流能较均匀的流入压气机工作。
13.什么是进气道的总压恢复系数,写出其表达式
进气道的流动损失用总压恢复系数描述,是进气道出口处的总压*
1P 和来流的总
压*0P 之比。*0*1i P P =σ总压恢复系数大,流动损失小。14.什么是进气道的冲压比?影响冲压比因素?进气道冲压比是进气道出口处的总压与前方气流静压的比值。
1020*1i 211−⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝⎛−+==γγγγσπRT V P P i 影响因素:流动损失、飞行速度、大气温度。
15.流量系数的定义?流量系数:进气道前方截面的面积0A 与进气道唇口处截面积01A 的比值。代表进气道流通能力的大小。
三、压气机
16.离心式压气机由哪些部件组成,各部件是如何工作的?
导流器:安装在叶轮进口处,其通道是收敛形的。它的功能是使气流以一定的方向均匀地进入工作叶轮,以减少流动损失。空气流过它时,速度增加,压力和温度下降。
叶轮:是高速旋转的部件,叶轮上叶片间的通道是扩张型的,空气在流过它时,对空气做功,增大空气
流速,为扩压器中增压创造条件。(扩散增压和离心增压)扩压器:位于叶轮出口处,其通道是扩张形的,空气流过它时,将动能转化为压
力位能,是速度下降,压力和温度升高。
导气管:使气流改变方向,将空气引入燃烧室。
17.离心式压气机是如何实现增压的?
18.离心式压气机的优缺点?
优点:单级增压比高、稳定工作范围宽、结构简单可靠、重量轻、启动功率小。
缺点:流动损失大、效率低、单位面积流动能力低、阻力大。
19.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:转子和静子。压气机一级:一个工作叶轮+位于其后的一个整流器。
20.什么是基元级及基元级叶栅?
用与轴同心,半径为压气机平均半径r和r+dr两个圆柱面与级的叶片环相截,则得到某级的环形叶栅;这个高度为dr的环形叶栅叫叶栅基元级。
21.画出基元级速度三角形。
基元级有工作叶栅和整流器叶栅通道组成,两处叶栅通道均是扩张的。当空气流过工作叶轮叶栅通道时,由于高速旋转的叶片对空气做功,使气流的绝对速度增大,同时由于叶片间的通道是扩张型的,是气流的相对速度降低,相对运动动能转变为压力位能和内能,是压气机的压力和温度都升高,对气流做功,还是总温总压都升高。当气流流过整流器叶栅通道后,由于整流环叶片间的通道也是扩张的,是气流绝对速度降低,绝对运动动能转变为压力位能和内能,使气流压力进一步升高,温度也升高。由于叶栅通道是绝能流动,故气流总压略有下降,总温不变。
在叶轮内,绝对速度增加,相对速度减小,总压、静压和总温、静温都升高;在整流器内,绝对速度减小,静压和静温提高,总压下降,总温不变。
22.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、后机匣。
23.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。影响攻角的因素:转速和工作叶轮进口处的绝对速度。正攻角:相对速度在弦线之下,气流在叶背处发生分离;负攻角:相对速度在弦线之上,气流在叶盆处发生分离。
压气机的流量系数: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。流量系数小,在叶背分离;流量系数大,在叶盆分离。
24.压气机流动损失包括哪些?各有包括哪些?
流动损失有叶形损失和二次流动损失。
叶形损失:
1在叶片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的气流分离损失;
3在叶片的尾缘有尾迹中的涡流损失;
4尾迹与主流区的掺混损失;
5在叶片的前缘或背部可能出现超音速而造成激波损失;
二次流动损失:径向间隙引起的损失。
25.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?
压气机从前到后,流速下降,面积减小,压气机的流通通道是收缩的。(等外径、等中径、等内径)
26.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总压与压气机进口总压之比。*1*2*c
P P =π总增压比等于各级增压比的乘积。
27.理想压气机功和绝热压气机功的定义表达式以及区别?
绝热过程考虑了流动损失。
理想压气机功:将1kg 的空气通过理想的过程从*1P 压缩到*
2P 所消耗的功。⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎣⎡−−=−11w 1*1,γγπγγc s c T R 绝热压气机功:将1kg 的空气通过绝热的过程从*1P 压缩到*2P 所消耗的功。
()
*1*2w T T c p c −=28.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,又称压气机绝热效率。
*1
*211**1,*c T T T w w c c s c −⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛==−−γγπη29.为什么要研究压气机的特性?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*c π和效率*
c η,随工作参数流量m q 、转速n、进入压气机的总温*1T 和总压*
1P 的变化规律。
压气机流量特性:在进入压气机空气的总温*1T 和总压*1P 保持不变的情况下,压
气机的增压比*c π和效率*c η,随进入压气机的流量m q 和转速n 的变化规律。30.能够画出单级压气机流量特性图并进行简单的分析(例如对等转速线
的分析)31
P 31.堵塞和失速各是?
失速:空气流量减少,攻角上升,在叶背处发生分离。
堵塞:流量增大,攻角下降,气流在叶盆出发生分离。
发动机32.何为旋转失速?
气流分离,往往发生在一、二个叶片的叶尖,而向后周围,径向发展,同时这种分离区并不是固定在这几个叶片上,而是较低的转速与压气机的叶轮作用方向的旋转运动。
33.喘振的定义和现象各是?
压气机喘振是气流沿压气机轴线方向发生的低频率、高振幅的振荡现象。
现象:发动机声音有尖哨转变为低沉;发动机振动加大;压气机出口总压和流量大幅度波动;转速不稳
定,推力突然下降并且有大幅度波动;发动机排气温度升高,造成超温;严重时会发生放炮,气流中断而发生熄火停车。
34.喘振产生根本原因、机理过程,三种防喘措施?
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。
防喘措施:压气机中间级放气(改变进入压气机的空气流量,改变C1a)、可调导向叶片和整流叶片(改变预旋量的大小,改变C1u)、双转子或三转子(改变转速,改变u以适应C1a,当偏离设计值时,两个转子会随着各自的负荷变化自动的调整其转速,保持各级进口的流量系数不变,以保证气流进入压气机的攻角始终接近设计值)。
机理:空气流量下降,气流攻角增加,当流量减少到一定程度时,流入动叶的气流攻角大于设计值,于是动叶叶背发生气流分离,流量下降越多,分离区扩展越大,当分离区扩展至整个叶栅通道时,压气机叶栅完全失去了扩压能力。这时,压气机没有能力将气流压向后方,克服后面较强的反压。于是,后面的高压气流倒流至压气机前方,由于叶栅通道的堵塞,气流瞬间中断。而倒流又使得,压气机后方的反压降低,整个压气机的流路瞬间又恢复通畅,由于压气机仍保持原来的转速,所以有大量气体又被重新吸入。然而,发生喘振的条件并未改变,因此,随着压气机后面的反压升高,压气机流量开始减小,分离区又扩展至整个叶栅通道,叶栅再次失去扩压能力,压气机后面的高压气体再次向前倒流并瞬时中断。
。。如此反复下去。
35.压气机包含哪些主要部件?
进气、防冰装置、压气机转子、压气机静子和防喘机构。
36.压气机转子有哪些基本结构型式?
鼓式、盘式、鼓盘式。
37.减振凸台的作用以及缺点?
作用:叶片较长的情况下,避免发生共振和颤振。
缺点:连接处需要局部加厚,空气流量减少、气流压力损失,燃油消耗率增加,叶片加重,离心负荷增加,工艺复杂。
38.压气机叶片榫头分为哪几种?
销钉式、燕尾式、枞树形。
39.双转子涡扇发动机的机匣由哪几部分组成?
进气机匣、中机匣(低压机匣、中介机匣、高压机匣)、后机匣。
40.整体式、分半式机匣的优缺点?
分半式机匣:优点:刚性好、拆装时不需要分解转子、装配维修性好;缺点:机匣壁面较厚、需要采取较厚的安装边和较多的螺栓,周向刚性较差。
整体式机匣:重量轻、加工量少,周向刚性均匀。缺点:装配复杂,影响转子平衡性。
四、燃烧室
41.燃烧室基本性能要求?
点火可靠、燃烧稳定、燃烧完全、总压损失小、尺寸小、出口温度分布满足要求、排气污染小。
42.油气比、余气系数的定义?