发动机部件计算公式.docx
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发动机部件计算公式.docx
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发动机部件计算公式
附录1发动机部件计算公式
1基础知识
1)空气、燃气的焓、熵公式见附录2。
2)气动函数
、
、
、
计算公式见附录3。
2变循环发动机各部件的计算公式
2.1进气道
2.1.1已知:
发动机飞行高度
、飞行马赫数
。
2.1.2计算过程
1)计算标准大气条件下环境压力
(静压),环境温度
(静温)。
当高度
时:
(2.1)
其中,高度
的单位为
,温度的单位为
,压力的单位为bar。
2)进气道进口的总温总压:
(2.2)
:
气体绝热指数,纯空气
,燃气
。
3)计算进气道总压恢复系数:
(2.3)
4)计算进气道出口总温总压:
(2.4)
2.2压气机
双涵道变循环发动机中三个压气机部件,分别是风扇、CDFS和高压压气机,这三个压气机部件采用同一种计算方法。
2.2.1已知
压气机进口总温Tin*、总压Pin*、压气机的压比函数值
、物理转速
、压气机导叶角度
。
2.2.2计算过程
1)计算压气机换算转速:
(2.5)
其中,风扇:
,CDFS:
高压压气机:
。
为压气机进口总温。
2)计算压气机增压比、效率和换算流量
压气机的增压比
、效率
和换算流量
分别是其换算转速和压比函数值及导叶角
的函数。
(2.6)
压气机增压比、效率和换算流量的求法如下:
(1)附录4分别给出了风扇、CDFS,高压压气机的特性数据。
利用线性插值法计算出压气机的换算转速为
、压比函数值为
时的特性图上的增压比
、效率
和换算流量
。
(2)将
(1)求的特性图上的增压比
、效率
和换算流量
代入(2.7)修正后得到压气机的增压比、效率和换算流量:
(2.7)
分别是增压比、效率和换算流量的修正系数。
风扇、CDFS、高压压气机
这三个值均分别取1,1,0.01;CDFS导叶角变化范围:
,风扇和高压压气机的导叶角变化范围:
;风扇:
,CDFS:
,高压压气机:
。
3)计算压气机出口参数
压气机出口总压:
;
计算进口熵:
,进口焓:
;
压气机出口理想熵:
,这里
,
是气体常数;
由压气机出口理想熵
,计算压气机出口理想总温:
;
计算压气机出口理想焓:
;
根据公式
计算压气机出口焓
;
由压气机出口焓
求压气机出口总温:
;
计算压气机流量:
(2.8)
其中,风扇:
,CDFS:
高压压气机:
;
计算压气机功和功率:
(2.9)
2.3主燃烧室
2.3.1已知
主燃烧室进口总温
、总压
、空气流量
、主燃烧室出口温度
。
2.3.2计算过程
1)根据公式
求出主燃烧室出口油气比,其中,
和
分别主燃烧室进出口焓,燃烧效率
,燃油热值
;
2)燃油流量
;
3)出口总压
,主燃烧室总压恢复系数
。
2.4涡轮
2.4.1已知:
涡轮进口总温
、总压
、涡轮的压比函数值
、物理转速
、涡轮导叶角度
。
2.4.2计算过程
1)求涡轮换算转速
(2.10)
其中,高压涡轮:
,低压涡轮:
。
涡轮的增压比
、效率
和换算流量
分别是其换算转速和压比函数值及导叶角
的函数。
(2.11)
2)涡轮的增压比、效率和换算流量的求法如下:
(1)附录4分别给出了高压涡轮、低压涡轮的特性数据。
利用线性插值法计算出涡轮的换算转速为
、压比函数值为
时的特性图上的增压比
、效率
和换算流量
。
(2)将
(1)求的特性图上的增压比
、效率
和换算流量
代入(2.12)修正后得到涡轮的增压比、效率和换算流量:
(2.12)
分别是涡轮增压比、效率和换算流量的修正系数。
高压涡轮、低压涡轮
这三个值均分别取1,1,0.01;高、低压涡轮导叶角变化范围:
;高压涡轮:
低压涡轮:
。
3)根据涡轮换算流量计算涡轮流量:
(2.13)
其中,高压涡轮:
,低压涡轮:
。
4)涡轮出口总压
;
5)涡轮出口总温
根据下面公式(2.14)求出。
(2.14)
其中:
高压涡轮平均等压比热
,低压涡轮平均等压比热
,
为气体常数。
6)求涡轮进口焓
,其中
为涡轮进口油气比;
7)求涡轮出口焓
;
8)涡轮功和功率:
(2.15)
其中,
为涡轮机械效率.
2.5涵道
2.5.1已知
涵道进口总温
、总压
、流量
、总压恢复系数
。
2.5.2计算过程
其中总压恢复系数
2.6前混合器,选择活门,副外涵道建模
图1包含模式选择活门、副外涵道及CDFS涵道,高压压气机等。
图1变循环发动机局部简图
图中数字序号表示发动机各截面参数定义的下脚标
2.6.1已知
混合器两股参混气流参混前的总温、总压,副外涵、CDFS涵道出口面积和CDFS涵道出口流量。
2.6.2计算过程
在已经给定副外涵、CDFS涵道出口面积的情况下,
1)CDFS涵道气流根据流量公式
求出
和
,其中CDFS涵道出口面积
,
为CDFS涵道出口总压,
为CDFS涵道出口总温,气动函数
的定义及流量系数
的取值见附录3;
2)由
求出CDFS涵道出口静压
;
3)由前混合器静压平衡
和
,求出
和
,
为副外涵道出口总压;
4)由流量公式
计算出副外涵道出口的流量。
其中副外涵面积(选择活门面积)
,
为副外涵出口总温,
为流量系数见附录3;
5)由下列公式(2.16)求出前混合器出口总温
、总压
、流量
。
是由(2.16)的第二个公式求出的。
(2.16)
其中:
,
为前混合器出口焓,
为前混合器CDFS涵道出口焓,
为前混合器副外涵出口焓,
为前混合器副外涵出口流量,
为前混合器CDFS涵道出口流量,气动函数
、
的定义见附录3。
提示:
,参考附录3。
2.7后混合器
2.7.1已知
混合器两股参混气流参混前的总温、总压、流量、面积。
2.7.2计算过程
1)内涵气流根据流量公式
求出
和
,其中内涵出口面积
,
为内涵出口总压,
为内涵出口总温;
2)外涵气流根据流量公式
求出
和
,其中外涵出口面积
,
为外涵出口总压,
为外涵出口总温;
3)计算内涵静压
,计算外涵静压
;
4)由下列公式(2.17)求出混合器出口总温
、总压
、流量
。
是由(2.17)的第二个公式求出的。
(2.17)
其中:
,
为后混合器出口焓,
为后混合器内涵出口焓,
为后混合器外涵出口焓,
为后混合器内涵出口流量,
为后混合器外涵出口流量,气动函数
、
的定义见附录3。
注:
必要时,后混合器出口总面积
保持不变,内涵出口面积
,外涵出口面积
可以微调。
2.8加力燃烧室
(2.18)
其中
、
分别为进出口总压,
、
分别为进出口总温,
、
分别为进出口流量,
为总压恢复系数。
2.9尾喷管
本文采用拉瓦尔(收敛-扩张)尾喷管(如图2所示)进行计算。
图2拉瓦尔尾喷管示意图
提示:
在拉瓦尔尾喷管中,任意截面总温、总压、流量均不变,则由流量公式可以得到:
因此在已知任意截面的面积或者
,就可以求出该截面的参数。
拉瓦尔尾喷管有三种工作状态:
临界、亚临界和超临界。
当处于临界时,尾喷管喉部
,喉部之后气流变为超音速气流,尾喷管出口静压与大气压相等(完全膨胀);处于超临界时,喉部
,此时尾喷管出口面积会自动改变(增大)使尾喷管出口静压与大气压相等,使尾喷管变为临界状态,但尾喷管出口面积有最大限制,当到达最大限制值时,尾喷管出口静压不能与大气压相等,则通过
重新计算出口参数;处于亚临界时,喉部
,喉部之后不能加速到超音速。
2.9.1已知
尾喷管进口总温
、总压
、流量
、大气环境压力
(大气环境压力
见进气道中公式(2.1))。
2.9.2计算过程
1)计算尾喷管喉道面积
,出口面积
。
假设尾喷管始终处于临界或超临界状态,即速度系数
。
(1)由流量公式
计算出
;
(2)
,计算出
,并求出
;
(3)由流量公式
计算出
;
(4)判断
(这里
),如果是,则
,利用流量公式重新计算
。
2)计算尾喷管出口静温
;
3)尾喷管出口气流速度
其中:
,焓
和焓
分别由尾喷管出口总温和静温求出。
3计算发动机性能参数
1)推力:
。
其中
是发动机总燃气流量,包括进口空气流量和燃油流量之和,
为总的空气流量,
是飞行速度,可以根据
求得,其中
是大气静温,
是尾喷管出口静压,
是大气环境静压,
是尾喷管出口面积,
为气体绝热指数,
为气体常数。
2)单位推力:
。
3)耗油率:
其中
是主燃烧室的燃油流量,
是推力。
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