航空發(fā)動(dòng)機(jī)課設(shè)答辯[學(xué)術(shù)參考]

1、航空發(fā)動(dòng)機(jī)課程設(shè)計(jì)渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)總體性能方案和截面參數(shù)設(shè)計(jì) 班級(jí)：0211100 學(xué)號(hào)： 姓名： 指導(dǎo)教師： 時(shí)間：目錄1. 課設(shè)目的32. 基本參數(shù)33.截面參數(shù)計(jì)算43.1進(jìn)氣道出口截面氣流計(jì)算43.2風(fēng)扇出口氣流參數(shù)計(jì)算43.2.1風(fēng)扇外涵出口43.2.2風(fēng)扇內(nèi)涵出口53.3高壓壓氣機(jī)出口氣流參數(shù)計(jì)算53.4燃燒室出口氣流參數(shù)計(jì)算53.5高壓渦輪出口氣流參數(shù)計(jì)算63.6低壓渦輪出口氣流參數(shù)計(jì)算63.7摻混器出口氣流參數(shù)計(jì)算73.8噴管出口氣流參數(shù)計(jì)算83.8.1采用收斂噴管：83.8.2采用拉瓦爾噴管：83.9.空氣流量與耗油率計(jì)算93.10.發(fā)動(dòng)機(jī)流道流量與面積計(jì)算93.11.發(fā)動(dòng)機(jī)氣

2、動(dòng)參數(shù)匯總104.發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)外徑和葉輪機(jī)通道形式設(shè)計(jì)105.發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算126.壓氣機(jī)壓比和燃燒室溫度對(duì)性能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響127. 參考文獻(xiàn)：131. 課設(shè)目的 1) 加深理解已學(xué)的各門專業(yè)課程，尤其是航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理； 2) 培養(yǎng)工程設(shè)計(jì)意識(shí)和實(shí)踐工作能力。2. 基本參數(shù) 進(jìn)口為標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)，地面臺(tái)架狀態(tài)，給定推力，進(jìn)氣道總壓恢復(fù)系數(shù)0.98。風(fēng)扇外涵壓比2.4，效率0.9；內(nèi)涵壓比2.，效率0.9。高壓壓氣機(jī)壓比18，效率0.8。燃燒效率0.99，燃燒室總壓恢復(fù)系數(shù)0.89，燃燒室溫度1500K。高壓渦輪效率0.95，低壓渦輪效率0.95。噴管總壓恢復(fù)系數(shù)0.98。 風(fēng)扇進(jìn)口M=0.550

3、.65，壓氣機(jī)進(jìn)口M=0.40.6，出口M0.35；渦輪進(jìn)口M0.2，末級(jí)出口M0.55（一般0.3）。葉尖相對(duì)馬赫數(shù)風(fēng)扇進(jìn)口1.41.8，壓氣機(jī)進(jìn)口0.91.3，渦輪0.7?？傮w條件大氣壓力Pa101325大氣靜溫K288.15飛行馬赫數(shù)0流量附件功率(高壓)1000Cp1004g1.4K0.04042R287.1Cp1160.7g1.33K0.03968R288高壓渦輪機(jī)械效率nmh0.99低壓渦輪機(jī)械效率nml0.99 表1 總體條件部件輸入?yún)?shù)進(jìn)氣道總壓恢復(fù)系數(shù)0.98風(fēng)扇外涵壓比外涵效率涵道比2.40.91.2內(nèi)涵壓比內(nèi)涵效率20.9進(jìn)口馬赫數(shù)出口馬赫數(shù)葉尖相對(duì)馬赫數(shù)0.60.5壓氣

4、機(jī)壓比效率180.8進(jìn)口馬赫數(shù)出口馬赫數(shù)葉尖相對(duì)馬赫數(shù)0.50.3燃燒室總壓恢復(fù)系數(shù)燃燒效率總溫0.890.991500高壓渦輪效率渦輪冷卻流量比進(jìn)口馬赫數(shù)0.950.10.19低壓壓渦輪效率進(jìn)口馬赫數(shù)出口馬赫數(shù)0.950.250.3摻混器總壓摻混損失系數(shù)0.9噴管總壓恢復(fù)系數(shù)0.98表2 部件輸入?yún)?shù)3.截面參數(shù)計(jì)算3.1進(jìn)氣道出口截面氣流計(jì)算K pa3.2風(fēng)扇出口氣流參數(shù)計(jì)算 3.2.1風(fēng)扇外涵出口風(fēng)扇外涵出口總壓 =238316.4pa風(fēng)扇外涵出口總溫風(fēng)扇外涵功=91457.8w 3.2.2風(fēng)扇內(nèi)涵出口風(fēng)扇內(nèi)涵出口總壓 =198597pa風(fēng)扇內(nèi)涵出口總溫 =358.3K風(fēng)扇內(nèi)涵功 =70

5、478.0w3.3高壓壓氣機(jī)出口氣流參數(shù)計(jì)算高壓壓氣機(jī)出口壓力=3574746pa高壓壓氣機(jī)出口總溫 =934.2K高壓壓氣機(jī)功 =578187.2w3.4燃燒室出口氣流參數(shù)計(jì)算燃燒室出口壓力：=3181523.9pa油氣比： =0.0168 =0.0152 3.5高壓渦輪出口氣流參數(shù)計(jì)算高壓渦輪功： =639272.2w高壓渦輪落壓比：=7.2高壓渦輪出口總壓： =444078.4pa高壓渦輪出口總溫： =949.2K與冷卻氣摻混后總溫： =947.9K 3.6低壓渦輪出口氣流參數(shù)計(jì)算低壓渦輪功： =179329.8w低壓渦輪膨脹比：=2.1低壓渦輪出口總壓： =207977.8pa低壓渦輪

6、出口總溫： =793.4K3.7摻混器出口氣流參數(shù)計(jì)算進(jìn)口處內(nèi)涵氣流總壓： 進(jìn)口處內(nèi)涵氣流總溫： 進(jìn)口處外涵氣流總壓： 進(jìn)口處外涵氣流總溫： 混合進(jìn)口平均總壓： 混合出口平均總壓： =201971.6pa混合出口平均總溫： =584.03K噴管出口總溫： =584.03K噴管出口總壓： =197932.1pa3.8噴管出口氣流參數(shù)計(jì)算3.8.1采用收斂噴管： 由于 ， 故噴管處于超臨界狀態(tài)。噴管出口速度為：=438m/s噴管出口靜溫為： =494.6K噴管出口靜壓為：=106990.3pa單位推力為: =452.6N/kg3.8.2采用拉瓦爾噴管：噴管出口速度為： =455.6m/s噴管出口靜

7、溫為： 噴管出口靜壓為： 單位推力為: 單位推力兩者差距不大，故兩者流量也基本沒(méi)有差別；且噴管狀態(tài)不影響噴管前熱力學(xué)參數(shù)?？紤]到拉瓦爾噴管結(jié)構(gòu)比收斂噴管大大增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，因此采用收斂噴管。3.9.空氣流量與耗油率計(jì)算空氣流量為： =75.07kg耗油率： =0.054N/(kg*h)3.10.發(fā)動(dòng)機(jī)流道流量與面積計(jì)算 由涵道比和油氣比可以確定進(jìn)氣道進(jìn)口、風(fēng)扇進(jìn)口、風(fēng)扇外涵出口、風(fēng)扇內(nèi)涵出口、高壓壓氣機(jī)出口、燃燒室出口、高壓渦輪出口、低壓渦輪出口、噴管吼道、噴管出口的流量分別為：75.07、75.07、40.94、34.12、34.12、31.18、34.59、40.95、75.54、75

8、.54kg。 由流量公式： 變化得： 代入數(shù)據(jù)分別計(jì)算得：進(jìn)氣道進(jìn)口、風(fēng)扇進(jìn)口、風(fēng)扇外涵出口、風(fēng)扇內(nèi)涵出口、高壓壓氣機(jī)出口、燃燒室出口、高壓渦輪出口、低壓渦輪出口、噴管吼道、噴管出口的面積分別為0.3773、0.3773、0.1109、0.1078、0.0147、0.0296、0.1443、0.2828、0.2324、0.2324kg。3.11.發(fā)動(dòng)機(jī)氣動(dòng)參數(shù)匯總截面流量總溫總壓面積Lambda數(shù)q(l)進(jìn)氣道進(jìn)口75.07146287288.151013250.37725461500風(fēng)扇進(jìn)口75.07146287288.1599298.50.3772546150.6348110540.841

9、609506風(fēng)扇外涵出口40.94807066379.2433887238316.40.1109165540.5345224840.746355685風(fēng)扇內(nèi)涵出口34.12339221358.34817261985970.1078176740.5345224840.746355685高壓氣機(jī)出口34.12339221934.231859535747460.0146898170.3257151720.491384733燃燒室出口31.1766890415003181523.940.0295760530.207387250.323391461高壓渦輪出口34.58902826947.9399022

10、444078.47580.1443299280.2721655270.418736658低壓渦輪出口40.94807066793.4384823207977.80360.2828136050.3257151720.494198162摻混器出口75.53709892584.0378717201971.5764*噴管吼道*0.23243033711噴管出口75.53709892584.0378717197932.14490.23243033711表3. 發(fā)動(dòng)機(jī)流道截面參數(shù)計(jì)算結(jié)果風(fēng)扇總功率/w6150000.286壓氣機(jī)總功率/w19729709.34供油量/kg0.517373388高壓渦輪進(jìn)口

11、溫度/k1500高壓渦輪壓比7.164328184低壓渦輪壓比2.135220529噴管出口馬赫數(shù)1噴管出口靜溫/k501.318118噴管出口速度/m/s438.2072984推力/N34000耗油率/(kg/(Nh)0.054780712表4.發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)4.發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)外徑和葉輪機(jī)通道形式設(shè)計(jì) 根據(jù)3.10.計(jì)算結(jié)果進(jìn)氣道進(jìn)口、風(fēng)扇進(jìn)口、風(fēng)扇外涵出口、風(fēng)扇內(nèi)涵出口、高壓壓氣機(jī)出口、燃燒室出口、高壓渦輪出口、低壓渦輪出口、噴管吼道、噴管出口的面積分別為0.3773、0.3773、0.1109、0.1078、0.0147、0.0296、0.1443、0.2828、0.2324、0.2324kg

12、。流道設(shè)計(jì)采用等外徑設(shè)計(jì)，取外機(jī)匣半徑為0.4m，內(nèi)涵道機(jī)匣半徑為0.353m.。帶入數(shù)據(jù)依次計(jì)算出各流道半徑為：截面面積大徑小徑進(jìn)氣道進(jìn)口0.3772546150.40.199637717風(fēng)扇進(jìn)口0.3772546150.40.199637717風(fēng)扇外涵出口0.1109165540.40.353095252風(fēng)扇內(nèi)涵出口0.1078176740.3530952520.300565164高壓壓氣機(jī)出口0.0146898170.3530952520.346407233燃燒室出口0.0295760530.3530952520.339495407高壓渦輪出口0.1443299280.353095252

13、0.280555363低壓渦輪出口0.2828136050.3530952520.186032872噴管吼道0.2324303370.27207058噴管出口0.2324303370.27207058表5. 發(fā)動(dòng)機(jī)幾何參數(shù)根據(jù)計(jì)算結(jié)果畫發(fā)動(dòng)機(jī)流道如下圖所示：圖1.發(fā)動(dòng)機(jī)流道圖示5.發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)資料風(fēng)扇進(jìn)口M=0.550.65，壓氣機(jī)進(jìn)口M=0.40.6，出口M0.35；渦輪進(jìn)口M0.2，末級(jí)出口M0.55（一般0.3）。葉尖相對(duì)馬赫數(shù)風(fēng)扇進(jìn)口1.41.8，壓氣機(jī)進(jìn)口0.91.3，渦輪0.7。取風(fēng)扇進(jìn)口、壓氣機(jī)進(jìn)口、高壓渦輪進(jìn)口、低壓渦輪進(jìn)口的馬赫依次為：0.6、0.5、0.1

14、9、0.25。葉尖相對(duì)馬赫數(shù)依次為：1.402、1.2、0.5675、0.6562。葉尖相對(duì)ma進(jìn)口ma總溫靜溫聲速進(jìn)口速度相對(duì)速度牽連速度葉尖尺寸n/rpm風(fēng)扇進(jìn)口1.4020.6288.15268.79328.69197.21460.82416.490.49948.17壓氣機(jī)進(jìn)口1.20.5358.34341.28370.37185.18444.44404.020.35310935.25高壓渦輪進(jìn)口0.56750.1915001415.89755.57143.55428.78404.040.35310935.59低壓渦輪進(jìn)口0.65620.25947.93910.38605.86151.46397.56367.580.3539948.83表6.發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算故發(fā)動(dòng)機(jī)高壓轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為： 發(fā)動(dòng)機(jī)低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為：6.壓氣機(jī)壓比和燃燒室溫度對(duì)性能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響 在發(fā)動(dòng)機(jī)推力不變的條件下，臺(tái)架試車時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)SFC越小，發(fā)動(dòng)機(jī)性能越好。 發(fā)動(dòng)機(jī)做的有效功為：（其中，）內(nèi)涵道單位質(zhì)