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【口试课堂】发动机答疑

2019-09-09  jagues

1.什么是涡扇发动机涵道比?试估计涡喷、涡桨、涡轴发动机的涵道比。涵道比与推力分配有什么关系?

答:涡扇发动机涵道比是外涵空气流量和内涵空气流量的比值,外涵就是风扇涵道,内涵就是核心机气流通道,外涵气体主要是风扇产生推力,内涵气体主要是进入燃烧室燃烧,冲击涡轮做功。涡喷发动机涵道比为0,因为涡喷发动机没有外涵道。根据题库说明,涡桨可以看成涵道比40-50的涡扇发动机,涡轴可以看成涵道比大于100的涡扇发动机。具体数字我没有在书上看到,大家可以这样理解一下,涡桨发动机和涡扇发动机产生推力的原理不同,涡扇是喷气产生的推力,涡桨是产生的拉力,书上说:涡喷发动机(和涡扇一样)通过迅速加速相对小的空气质量产生推力,涡桨发动机对相对大的空气质量施加较小的加速度产生拉力。涵道比分配与推力的关系,可以参考上一篇讲质量附加原理对比涡喷与涡扇的文章。

2.流量减小为什么速度会减小,会容易喘振

答:先看看空气质量流量的公式,流量=气体密度*截面积*流速。在截面积和气体密度不变的情况下,流量减少,速度就会减少。流量的减少相当于轴向速度的减少,请看下面的速度三角形,解释喘振。

3.为什么压气机喘振时后面级成负攻角?

答:这个说法不完整,大家可以参考前面节讲过的前喘后涡和前涡后喘。一般的情况,转速降低时容易出现前喘后涡,转速增大时容易出现前涡后喘。具体原因和速度三角形请参考往期内容里的发动机燃烧室、涡轮、尾喷那篇文章。

4.进口导向叶片和进口导向器是一个东西吗?

答:不是一个东西。进气导向器一般是指涡喷发动机,位于整个发动机压气机之前,它是不可动的,它后面才是压气机转子。进口导向叶片才是我们平时说的VSV,位于高压压气机进口。

5.喷管那一节的反压的意思是什么?

答:书上P59页有说明,反压其实就是大气压。

6.为什么涡扇发动机飞行速度增加推力减小呢?怎么分析?

答:结合推力公式来看,F=m*C5-C0)。其中m为通过发动机的空气质量流量,C5为喷气速度,C0为飞行速度。并且再分析速度特性的时候,飞行高度和速度是不变的。当飞行速度C0增加的时候,虽然冲压空气使喷管内气体的膨胀能力增强,使排气速度增加(或不增加),但气体在发动机内速度增量仍然是减小的(C5-C0减小),所以发动机推力降低。对于高涵道比涡扇发动机,随着涵道比的增加,外涵空气量比例增高,由于外涵空气经过风扇加压,所以当马赫速增加时,外涵空气速度增量减小更多,推力进一步降低,所以高涵道比发动机不适合做超音速飞行。

7.双转子发动机燃气发生器是否包含低压涡轮

答:不包括。燃气发生器就是我们所说的核心机的概念。燃气发生器的说法起源于涡喷发动机,对于双转子发动机,燃气发生器应该是高压压气机,燃烧室,高压涡轮。

8.教材147页说VBV关闭过早发动机可能没有退出喘振,关闭过晚,放掉空气造成浪费。同时关闭速度还受大气温度变化的影响,大气温度越高,关闭速度应增大;可到了148页又说VBV的总体趋势是转速越高,活门开度越小;外界温度越高,活门开的越大。那么到底在温度升高时VBV是开还是关?还是说这两个温度不是一个温度?

答:大气温度越高,关闭速度应增大,这个关闭是速度是指的发动机的速度而不是VBV的关闭的快慢。转速越高,VBV活门开度越小,这个很好理解,在转速增大的同时,气流流量会增大,所以转速大越不容易造成喘振。外界温度越高,活门开的越大,因为外界温度高,造成空气密度降低,空气流量降低,在转速不变的情况下,攻角会增大,VBV开度变大是为了使空气流量增加,使攻角减小,退出喘振。所以温度高的时候,VBV开度变大,开的时间变长(因为达到VBV关闭的发动机转速增大了)。

9.转速和攻角的关系?

答:请大家参考前面讲过的前喘后涡和前涡后喘来理解转速和攻角的关系,在转速增大或减小的过程中是会影响空气流量的,而不是简单的牵连速度增加其他速度不变,分析这里问题的时候要考虑其他因素。

10.怎么理解质量流量传感器涡轮转动与燃油密度体积有关?

首先燃油流过的叶轮是在电马达驱动下以恒速转动的,就是说,不管燃油流得多快,它都是恒速转动的。所以单位时间内流过叶轮的燃油越多,叶轮对它所做的攻也就越多,推动涡轮偏转的角度也就越大。燃油的密度通常是不变的,燃油流经的截面积也是不变的,所以影响因素就是燃油流动的速度,速度越大,单位时间流过的体积也就越大,容积也越大,质量流量就大,推动涡轮偏转的角度就大。

12.关于VSVVBV防喘的问题

答:书上有说,VSVVBV的工作状态是相反的。即防喘时,VSV往关的方向作动(攻角减小),VBV往开的方向作动(放气,使气体流量增大)。这里需要明确一下,分析VSV的时候,发动机转速一定,因为转速变化会影响流量,导致分析的复杂,转速一定则绝对速度轴向分量一定(气流流量)。具体的转速变化我们后面再分析。先看速度三角形。

题库上面出现了一个题,让大家分析温度升高、转速降低时,VSVVBV怎么防喘。温度升高很简单,温度升高,空气密度下降导致流量下降(也就是绝对速度轴向分量),此时攻角增大,要使攻角减小,就可以参考上面的速度三角形。转速减小的时候,比较复杂,这里说一下我的理解。因为转速降低,影响流量,所以这里面有两个变量,书上没有说清楚哪个变量是主要因素。我认为转速降低,导致空气流量下降,空气流量下降攻角增大是主要的。此时发动机更向喘振方向靠近,通过以上的VSV往关的方向作动,VBV打开来减小攻角的方法防喘。

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