总体气动热力性能设计
航空发动机总体技术性能论证和设计参数指标选择
航空发动机总体战术技术性能评估指标主要是推力和推力比。涡喷发动机和涡扇发动机都是将燃气发生器的可用功用于增加流过发动机气流的动能并产生反作用推力。因此,评定这两类发动机性能的指标都与推力有关。发动机推力F是涡喷发动机或涡扇发动机的一个主要性能参数。当飞机的空气动力特性相同时,发动机推力越大,飞机就飞得越快越高,机动性也越好。但发动机推力的大小,不足以评定发动机循环性能的优劣,因为对于循环性能相同的同类发动机,推力的增大可以是加大发动机尺寸、增大空气质量流量的结果。因此,评定发动机循环性能的优劣,应根据单位推力的大小。在给定发动机推力的条件下,单位推力越大,空气质量流量越小,就可以缩小发动机的外廓尺寸和减轻发动机的重量。目前涡喷发动机地面台架最大状态的单位推力约为60~75daN·s/kg,加力状态下的单位推力可达110daN·s/kg 以上。发动机推力与进入发动机的空气质量流量之比,称为发动机的单位推力,以Fs表示,单位为N·s/kg。发动机推力与发动机迎风面积之比称为单位迎面推力,用Fa表示,其单位为N/m2。发动机单位迎面推力越大越好。当推力一定时,单位迎面推力越大,表示发动机迎风面积越小,有利于设计外形好、阻力小的飞机。发动机推力与发动机质量之比称为发动机推质比。当发动机推力一定时,推质比愈大表示发动机质量愈轻。发动机推质比对飞机的性能有直接的影响,特别是军用歼击机要求高机动性(飞机能够迅速地加速和转弯等能力),需要有尽可能高的发动机推质比。如果发动机质量增加1kg,则亚声速飞机整体质量增加4~5kg,超
声速飞机整体质量将增加6~10kg。在推力不变的条件下,推质比直接影响飞机的最大平飞速度、升限、有效载荷和机动性等性能。可见,推质比对飞机来说是非常重要的参数。在相同的空气质量流量条件下,低涵道比的涡扇发动机一般比涡喷发动机的质量可低20%左右,因为通过涡扇发动机的高压压气机、燃烧室和涡轮的燃气流量少,所以其尺寸和质量都相应
减小一些。但是涡扇发动机的喷气速度低,单位推力小。如果推力相同,则涡扇发动机的空气质量流量要大于涡喷发动机,即使如此,涡扇发动机的推质比仍然比较大。
航空发动机总体技术经济性能评估指标主要是耗油率。耗油率是决定飞机的航程和续航时间的重要参数,是评定发动机经济性的重要指标。发动机在单位时间内消耗的燃料质量称为燃油流量,用Wf表示。每小时每产生1单位推力所消耗的燃油质量称为单位燃油消耗率,简称耗油率,以sfc表示。目前涡喷发动机在地面台架条件最大状态的耗油率为0.8~1.0kg/(daN·h),大涵道比涡扇发动机的耗油率则已降到0.4kg/(daN·h)以下。
除了上述各项主要性能指标外,对航空燃气涡轮发动机,还有下述使用性能方面的要求。
1.起动迅速可靠发动机由停车状态起动达到慢车工作状态的过程要迅速可靠。在地面不同的大气条件下起动,或在空中停车后重新起动,都要求起动成功率高。
2.加速性好通常以从慢车转速加速到最大工作状态转速所需要的时间来表示发动机加速性的好坏。加速时间越短,发动机加速性越好。现代航空燃气涡轮发动机的加速时间一般为5~18s。
3.工作安全可靠发动机在各种飞行条件下都能按照驾驶员的操纵,安全可靠地工作,不发生压气机的喘振、燃烧室的熄火或机件损坏等故障。
4.发动机寿命长发动机从出厂到第一次大翻修这一段期间内,总工作时数或两次大翻修之间的工作时数都可以称之为发动机寿命。发动机经数次翻修直至报废总积累的工作时数称为发动机总寿命。一般民用发动机的寿命较长,军用发动机的寿命较短。另外,还有发动机的噪声低、空气污染小、维护方便、易于加工制造和生产成本低等性能要求。
主要技术经济指标
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