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1、 航空发动机课设答辩 Last revision on 21 December 2020 航空发动机课程设计 涡轮风扇发动机总体性能方案和截面参数设计 班级：0211100 学号：姓名：指导教师：时间：目录 1.课设目的.3 2.基本参数.3 3.截面参数计算.4 进气道出口截面气流计算.4 风扇出口气流参数计算.4 .4 .5 高压压气机出口气流参数计算.5 燃烧室出口气流参数计算.5 高压涡轮出口气流参数计算.6 低压涡轮出口气流参数计算.6 掺混器出口气流参数计算.7 喷管出口气流参数计算.8 .8 .8.空气流量与耗油率计算.9.发动机流道流量与面积计算.9.发动机气动参数汇总.10
2、4.发动机内外径和叶轮机通道形式设计.10 5.发动机转速计算.12 6.压气机压比和燃烧室温度对性能和结构强度的影响.12 7.参考文献：.13 1.课设目的 1)加深理解已学的各门专业课程，尤其是航空发动机原理；2)培养工程设计意识和实践工作能力。2.基本参数 进口为标准大气状态，地面台架状态，给定推力，进气道总压恢复系数。风扇外涵压比，效率；内涵压比 2.，效率。高压压气机压比18，效率。燃烧效率，燃烧室总压恢复系数，燃烧室温度 1500K。高压涡轮效率，低压涡轮效率。喷管总压恢复系数。风扇进口 M=，压气机进口 M=，出口 M；涡轮进口 M，末级出口 M（一般）。叶尖相对马赫数风扇进口
3、，压气机进口，涡轮。总体条件 大气压力 Pa 101325 大气静温 K 飞行马赫数 0 流量 附件功率(高压)1000 Cp 1004 K R Cp K R 288 高压涡轮机械效率 nmh 低压涡轮机械效率 nml 表 1 总体条件 部件输入参数 进气道 总压恢复系数 风扇 外涵压比 外涵效率 涵道比 内涵压比 内涵效率 2 进口马赫数 出口马赫数 叶尖相对马赫数 压气机 压比 效率 18 进口马赫数 出口马赫数 叶尖相对马赫数 燃烧室 总压恢复系数 燃烧效率 总温 1500 高压涡轮 效率 涡轮冷却流量比 进口马赫数 低压压涡轮 效率 进口马赫数 出口马赫数 掺混器 总压掺混损失系数 喷
4、管 总压恢复系数 表 2 部件输入参数 3.截面参数计算 进气道出口截面气流计算 288.150*0*1TTTK 1013250*0*1PPPpa 风扇出口气流参数计算 风扇外涵出口总压 *1*2*kIIIIpP=风扇外涵出口总温 风扇外涵功)(*1*2*TTcWIIPkII=风扇内涵出口总压 *1*2*kIIpP=198597pa 风扇内涵出口总温 )11(*1*2kIkIITT=风扇内涵功 )(*1*2*TTcWIPkI=高压压气机出口气流参数计算 高压压气机出口压力*1*2*khIpP=3574746pa 高压压气机出口总温 )11(*1*2khkhITT=高压压气机功 )(*1*2*I
5、PkhTTcW=燃烧室出口气流参数计算 燃烧室出口压力：*2*3*bpP=油气比：*23*2*3aubaahHHhhf=)1(colIvff=高压涡轮出口气流参数计算 高压涡轮功：mkcolkhthvfWWW)1)(1(附件=高压涡轮落压比：1*3*)1(kkthpththTcW=高压涡轮出口总压：*3*33thpp=高压涡轮出口总温：*3*33pthcWTT=与冷却气掺混后总温：*2*33*33.)1)(1(1.)1)(1(ppcolcolppcolcolccvfvcTcvfvTT=低压涡轮出口气流参数计算 低压涡轮功：*)1(mlkIkItlfBWWW=低压涡轮膨胀比：1*3*)1(kkt
6、hptltlTcW=低压涡轮出口总压：*33*4tlpp=低压涡轮出口总温：*33*4ptlcWTT=掺混器出口气流参数计算 进口处内涵气流总压：*454*5PpII 进口处内涵气流总温：进口处外涵气流总压：进口处外涵气流总温：混合进口平均总压：混合出口平均总压：mixpp*5*6=混合出口平均总温：ppIIIpIpIBccfTBcTcfT*5*5*6)1()1(=喷管出口总温：*6*7*9TTT=喷管出口总压：epp*7*9=喷管出口气流参数计算 由于 1.851.95343839/0*9pp ，故喷管处于超临界状态。喷管出口速度为：*9912TRkkc=438m/s 喷管出口静温为：29*
7、992pccTT=喷管出口静压为：85.1/*99pp=单位推力为:)()1()(1(099999pppcBTRcfFIs=kg 喷管出口速度为：)(1(21*90*99kkpppTcc=s 喷管出口静温为：喷管出口静压为：单位推力为:单位推力两者差距不大，故两者流量也基本没有差别；且喷管状态不影响喷管前热力学参数。考虑到拉瓦尔喷管结构比收敛喷管大大增加了结构的复杂性，因此采用收敛喷管。.空气流量与耗油率计算 空气流量为：smaFFq=耗油率：FwSFCf3600=(kg*h).发动机流道流量与面积计算 由涵道比和油气比可以确定进气道进口、风扇进口、风扇外涵出口、风扇内涵出口、高压压气机出口、
8、燃烧室出口、高压涡轮出口、低压涡轮出口、喷管吼道、喷管出口的流量分别为：、。由流量公式：变化得：代入数据分别计算得：进气道进口、风扇进口、风扇外涵出口、风扇内涵出口、高压压气机出口、燃烧室出口、高压涡轮出口、低压涡轮出口、喷管吼道、喷管出口的面积分别为、。.发动机气动参数汇总 表 3.发动机流道截面参数 表 4.发动机性能参数 截面 流量 总温 总压 面积 Lambda 数 q()进气道进口 101325 0 0 风扇进口 风扇外涵出口 风扇内涵出口 198597 高压气机出口 3574746 燃烧室出口 1500 高压涡轮出口 低压涡轮出口 掺混器出口 *喷管吼道*1 1 喷管出口 1 1
9、计算结果 风扇总功率/w 压气机总功率/w 供油量/kg 高压涡轮进口温度/k 1500 高压涡轮压比 低压涡轮压比 喷管出口马赫数 1 喷管出口静温/k 喷管出口速度/m/s 推力/N 34000 耗油率/(kg/(Nh)4.发动机内外径和叶轮机通道形式设计 根据.计算结果进气道进口、风扇进口、风扇外涵出口、风扇内涵出口、高压压气机出口、燃烧室出口、高压涡轮出口、低压涡轮出口、喷管吼道、喷管出口的面积分别为、。流道设计采用等外径设计，取外机匣半径为，内涵道机匣半径为.。带入数据依次计算出各流道半径为：截面 面积 大径 小径 进气道进口 风扇进口 风扇外涵出口 风扇内涵出口 高压压气机出口 燃
10、烧室出口 高压涡轮出口 低压涡轮出口 喷管吼道 喷管出口 表 5.发动机几何参数 根据计算结果画发动机流道如下图所示：图 1.发动机流道图示 5.发动机转速计算 根据相关设计手册资料风扇进口 M=，压气机进口 M=，出口 M；涡轮进口M，末级出口 M（一般）。叶尖相对马赫数风扇进口，压气机进口，涡轮。取风扇进口、压气机进口、高压涡轮进口、低压涡轮进口的马赫依次为：、。叶尖相对马赫数依次为：、。叶尖相对 ma 进口ma 总温 静温 声速 进口速度 相对速度 牵连速度 叶尖尺寸 n/rpm 表 6.发动机转速计算 故发动机高压转子设计转速为：发动机低压转子转速为：6.压气机压比和燃烧室温度对性能和
11、结构强度的影响 在发动机推力不变的条件下，台架试车时发动机SFC 越小，发动机性能越好。发动机做的有效功为：)1(10eaeTcwpcep（其中kke1，*khkIi）内涵道单位质量流量推力：发动机耗油率为：由函数性质知，在涡轮前温度不变时，存在一个最经济的压气机压比*.eckh使得发动机耗油率最低。在压气机压比不变时，存在一个最经济的涡轮前温度*.3 ecT使得耗油率最低。对结构而言，在涡轮前温度不变时，存在一个最佳压比*.optkh使得发动机单位推力最大，总推力不变时，此时发动流量小，可以缩小发动机尺寸，但使得发动机设计转速提高。涡轮前温度升高将使发动流量小，发动机尺寸减小，同样使得发动机设计转速提高。风扇进口 压气机进口 高压涡轮进口 1500 低压涡轮进口 7.参考文献：王琴芳.航空燃气涡轮发动机原理M