航空发动机原理第六讲 发动机部件工作原理---涡轮

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1、AeroEnginePrinciple–Lecture#5/Enginesparts-TurbineOct.20,2014发动机部件工作原理黄玥助理教授物理机电航空大楼31318250894250huangyue@xmu.edu.cn物理与机电工程学院厦门大学发动机部件工作原理•第一节气动热力基础•第二节进气道•第三节尾喷管•第四节压气机•第五节涡轮•第六节燃烧室第五节涡轮一、生活中的叶轮机风车、水车、电风扇、鼓风机、汽轮机、水轮机、水泵、螺旋桨（飞机、轮船）……32014年11月20日一、生活中的叶轮机电脑芯片的风扇：由微型电机驱动，向散热器提供冷

2、却空气发动机的压气机：由涡轮驱动，向燃烧室提供高压空气42014年11月20日一、生活中的叶轮机风力发电机：空气的动能转化为电能；发动机的涡轮：燃气的热能转化为机械能52014年11月20日一、生活中的叶轮机62014年11月20日一、生活中的叶轮机高压涡轮72014年11月20日一、生活中的叶轮机低压涡轮82014年11月20日二、功能、工作环境及设计要求功能将燃气的内能转换为机械能并对外输出功率。带动压气机(风扇)、螺旋桨、旋翼(尾桨)等。工作环境高温:热负荷(1600-1950K)高速转动:离心负荷高气动负荷:气动力、

3、气动力矩轴负荷：传递巨大的扭矩92014年11月20日二、功能、工作环境及设计要求设计要求提供所需功率、效率高、耐高温、高强度、重量轻。涡轮温度要求燃气：1500-1900K叶片：<1150K叶盘：<950K轴承：<500K102014年11月20日二、功能、工作环境及设计要求112014年11月20日三、工作原理1、组成静子（导向器）静子叶片内、外环转子工作叶片盘轴排列方式：静子在前，转子在后122014年11月20日三、工作原理2、涡轮基元级平面叶栅：132014年11月20日三、工作原理3、作功原理导向器高温高压

4、气体在导向器中膨胀加速焓动能工作叶轮高速气流冲击工作叶轮，使叶轮高速转动，发出功率。动能机械能142014年11月20日三、工作原理4、气流在基元级中的流动截面0静叶进口1静叶出口（动叶进口）2动叶出口152014年11月20日三、工作原理4、气流在基元级中的流动静叶栅（导向器）162014年11月20日三、工作原理4、气流在基元级中的流动气流在静叶栅中的流动伯努利方程122dpVV10W02fs0V1V0dp0对于亚音气流，要加速必须经过收敛型叶栅通道。172014年11月20日三、工作原理4、气流在基元级中的流

5、动气流在静叶栅中的流动叶型偏离轴线弯曲形成收敛通道在静子叶片中的工作原理：膨胀加速并转向。涡轮压气机18（增速减压）（减速增压）2014年11月20日三、工作原理4、气流在基元级中的流动气流在静叶栅中的流动在叶栅通道出口处为最小截面，称为喉道截面；在喉道截面处，气流通常达到当地音速；在临界截面后气流进一步加速，以超音速进入工作轮；静子叶片起导向作用又称为导向器192014年11月20日三、工作原理4、气流在基元级中的流动动叶栅202014年11月20日三、工作原理4、气流在基元级中的流动气体在动叶栅中的流动：速度三角形（进口）：气

6、流流向动叶的绝对速度V1；叶片转动切线速度为U1；气流进入动叶的相对速度为W1。速度三角形（出口）：气流流出动叶的相对速度为W2；叶片转动切线速度为U2；气流流出动叶的绝对速度为V2。212014年11月20日三、工作原理4、气流在基元级中的流动气体在动叶栅中的流动：将进、出口速度三角形叠画在一起,W和V均向背离转动方向发生偏转相对速度增加：W2W1（气体增速降压）绝对速度下降：V2V1（动能机械能）222014年11月20日三、工作原理4、气流在基元级中的流动气体在动叶栅中的流动：伯努利方程（相对坐标系）222dpWW2

7、1W02fr1dp<0,W2>W1叶型弯曲形成收敛通道，相对速度增加，压力降低232014年11月20日三、工作原理4、气流在基元级中的流动气体在动叶栅中的流动：伯努利方程（绝对坐标系）222dpVV21WWu2fr1两式想减，得：2222VVWW2112Wu22涡轮对外输出轮缘功＝绝对动能增量+相对动能增量绝对动能机械能相对动能膨胀加速，产生反作用力242014年11月20日三、工作原理4、气流在基元级中的流动气体在动叶栅中的流动：由于气流在涡轮中作膨胀加速流动,气流不易分离，因此允许气流的转角较大。

8、一级涡轮输出功率可以带动多级压气机涡轮压气机252014年11月20日三、工作原