南京航空航天大学《航空发动机构造》教案编写人:能源与动力学院宋迎东 5燃烧室、加力燃烧室和排气装置 5.1燃烧室 (本节应注意与燃烧课程的协调,避免重复) 5.1.1概述 (1)功用:将燃的化学能转换成气体的热能,并加热到涡轮前允许的温度。 2)燃烧环境 (3)设计要求(简介组织燃烧) 1)烧着 2)烧稳 3)烧好 4)寿命 5)维护方便 5.1.2基本类型:(从简) (1)分管式 WP5 (2)环管(联管)式——WP6、SPEY (3)环形式(包括全环形的、带头部的以及短环形的)——WJ6、RB199。 (4)回流式——JT15D (5)折流式——TM3C、J69 5.1.3基本构件 组成:扩压器、壳体、火焰筒、喷嘴与点火器 5.1.3.1扩压器 (1)功用: 1)降速增压,损失小。 2)空气分配 (2)从气路角度出发: 1)一级扩压 SPEY、WP6 2)二级扩压—JT3D 3)突然扩张 RB199、TM3C (3)从结构角度出发: *要求——保证型面;可靠传力—>强度、刚性要好(“热”矛盾较缓和)。 1)承力支柱(板)——呈流线化——JT3D 2)末级静叶承力——WP6、W7、WP8 3)气路中管道安排
南京航空航天大学《航空发动机构造》教案 编写人：能源与动力学院 宋迎东 ５ 燃烧室、加力燃烧室和排气装置 ５.１ 燃烧室 (本节应注意与燃烧课程的协调，避免重复) ５.１.１概述 (1) 功用：将燃的化学能转换成气体的热能,并加热到涡轮前允许的温度。 (2) 燃烧环境： (3) 设计要求 (简介组织燃烧) 1) 烧着： 2) 烧稳： 3) 烧好： 4) 寿命： 5) 维护方便。 ５.１.２ 基本类型：(从简) (1) 分管式── WP5 (2) 环管(联管)式── WP6、SPEY (3) 环形式(包括全环形的、带头部的以及短环形的)── WJ6、RB199。 (4) 回流式── JT15D (5) 折流式── TM3C、J69。 ５.１.３ 基本构件 组成：扩压器、壳体、火焰筒、喷嘴与点火器。 ５.１.３.１ 扩压器 (1) 功用： 1) 降速增压，损失小。 2) 空气分配 (2) 从气路角度出发： 1) 一级扩压── SPEY、WP6 2) 二级扩压── JT3D 3) 突然扩张── RB199、TM3C (3) 从结构角度出发： * 要求── 保证型面；可靠传力─>强度、刚性要好(“热”矛盾较缓和)。 1) 承力支柱(板)── 呈流线化── JT3D 2) 末级静叶承力── WP6、WP7、WP8 3) 气路中管道安排
南京航空航天大学《航空发动机构造》教案编写人:能源与动力学院宋迎东 5.1.3.2壳体(内、外机匣) (1)外机匣 内压薄壁件 (2)内机匣 外压薄壁件 5.1.3.3火焰筒 *组成:涡流器、本体及传焰管。 (1)涡流器 *功用——引入一股流,并形成回流区,保证烧着、烧稳 1)叶片式(通常用于非蒸发式喷咀) 2)无叶片式 (2)本体 1)头部——其与涡流器、喷咀密切配合 2)筒体 (3)传焰管 *功用——传焰、均压。 (4)火焰筒固定形式呈“静定” *简支式——喷咀铰支,后端定位 WP6、WP7、W8 *悬臂式 利用向前的轴向力而使火焰筒顶死在六个喷咀上 在前段利用径(斜)向销钉固定之 5.1.3.4喷咀 (1)功用一将燃油雾化、汽化,并形成一定浓度场的混气(注意煤油与柴 油、汽油的区别)。 (2)设计要求: 1)混气要求具有稳定燃烧的浓度场一雾化方法必须与回流区相适应。 2)在满足雾化条件下,油泵压力应尽可能低,以简化燃油系统。 3)起动性要好一因为此时油泵无法建立正常油压 (3)结构特点 1)离心喷咀 2)气动喷咀 3)蒸发喷咀 4)甩油喷咀 5.1.3.5点火器 1)功用一在结构简单的条件下,保证各种状态可靠点燃 (2)点火方式 1)间接式 *先点燃特制的微型燃烧室(点火器),形成小火炬,再作引燃用
南京航空航天大学《航空发动机构造》教案 编写人：能源与动力学院 宋迎东 ５.１.３.２ 壳体 (内、外机匣) (1) 外机匣── 内压薄壁件 (2) 内机匣── 外压薄壁件 ５.１.３.３ 火焰筒 * 组成：涡流器、本体及传焰管。 (1) 涡流器 * 功用── 引入一股流，并形成回流区，保证烧着、烧稳。 1) 叶片式 (通常用于非蒸发式喷咀)。 2) 无叶片式 (2) 本体 1) 头部── 其与涡流器、喷咀密切配合。 2) 筒体 (3) 传焰管 * 功用── 传焰、均压。 (4) 火焰筒固定形式呈“静定” * 简支式── 喷咀铰支，后端定位── WP6、WP7、WP8 * 悬臂式 JT3D、J57── 利用向前的轴向力而使火焰筒顶死在六个喷咀上。 WJ6、JT9D、WP5── 在前段利用径(斜)向销钉固定之。 ５.１.３.４ 喷咀 (1) 功用─将燃油雾化、汽化，并形成一定浓度场的混气（注意煤油与柴 油、汽油的区别)。 (2) 设计要求： 1) 混气要求具有稳定燃烧的浓度场─雾化方法必须与回流区相适应。 2) 在满足雾化条件下，油泵压力应尽可能低，以简化燃油系统。 3) 起动性要好─因为此时油泵无法建立正常油压。 (3) 结构特点： 1) 离心喷咀 2) 气动喷咀 3) 蒸发喷咀 4) 甩油喷咀 ５.１.３.５ 点火器 (1) 功用─在结构简单的条件下,保证各种状态可靠点燃。 (2) 点火方式 1)间接式 * 先点燃特制的微型燃烧室(点火器)，形成小火炬，再作引燃用
南京航空航天大学《航空发动机构造》教案编写人:能源与动力学院宋迎东 *固定形式要注意密封、漏油和膨胀自由等因素。 点火器与机匣为固持、与火焰筒为活铰。 *点火能量大,高空性能较好。 对安装位置(相对于主燃区)不太敏感一通常与联焰管联合使用。 *要注意其引气(点火用)与冷却(点火器不工作时不形成死区);重、复杂。 2)直接式 *常用高能低压电咀一可防止导通时电压骤降,而影响电能输出。 *简单、轻。 *对安装位置要求严一因点火能量受限,故必须位于高温区 易污染或烧蚀(通常置于火焰筒头部)。 (3)周向布局的影响因素 上半部一清洁 中部一传焰路线最短 下半部一贫油熄火后再起动容易,但点火器易污染。 5.1.4排污与控污 5.1.4.1污染物生成 *正常燃烧产物为二氧化碳和水蒸汽 1)C0—供氧不足而成一无味、有毒 慢车时雾化不好所致 2)UHC(U-未燃)—燃料燃烧不完全一臭味、致癌· 3)S02—燃料杂物(受油质、产地影响)引起一对环境和金属均有害。 4)NOX(大气污染物-№O、N02)一高温时两种离子直接结合所致一有毒(形 成 亚硝酸和硝酸)——起飞时大功率状态温高所致 5)微粒子(炭粒与冒烟)一局部高温富油区燃烧不完全所致一污染环境和 低能见度 5.1.4.2主要控污措施 *由于工况不同,生成的污染物也不同,因此相互间有矛盾,容易顾此失 彼。低功率时生成C0、UHC与冒烟,高功率时生成NOX (1)排气冒烟污染控制技术 1)低功率污染在于使火焰筒头部的局部富油区得以减弱或减小。 2)高功率污染在于使燃区降温一提前引入二股气流较有效。 (2)低污染燃烧室研制 #通常按分级(串、并级)处理之,即分为预燃级和主燃级。 #前者以改善雾化为主,后者以降温为主
南京航空航天大学《航空发动机构造》教案 编写人：能源与动力学院 宋迎东 * 固定形式要注意密封、漏油和膨胀自由等因素。 点火器与机匣为固持、与火焰筒为活铰。 * 点火能量大,高空性能较好。 对安装位置(相对于主燃区)不太敏感─通常与联焰管联合使用。 * 要注意其引气(点火用)与冷却(点火器不工作时不形成死区)；重、复杂。 2)直接式 * 常用高能低压电咀─可防止导通时电压骤降，而影响电能输出。 * 简单、轻。 * 对安装位置要求严─因点火能量受限，故必须位于高温区。 易污染或烧蚀 (通常置于火焰筒头部)。 (3) 周向布局的影响因素： 上半部─清洁 中 部─传焰路线最短。 下半部─贫油熄火后再起动容易，但点火器易污染。 ５.１.４ 排污与控污 ５.１.４.１ 污染物生成 * 正常燃烧产物为二氧化碳和水蒸汽。 1) CO─供氧不足而成─无味、有毒──────┬慢车时雾化不好所致。 2) UHC(U-未燃)─ 燃料燃烧不完全─臭味、致癌┘ 3) SO2─燃料杂物(受油质、产地影响)引起─对环境和金属均有害。 4) NOX(大气污染物-NO、NO2)─高温时两种离子直接结合所致─有毒( 形 成 亚硝酸和硝酸)── 起飞时大功率状态温高所致。 5) 微粒子(炭粒与冒烟) ─局部高温富油区燃烧不完全所致─污染环境和 降 低能见度。 ５.１.４.２ 主要控污措施 * 由于工况不同，生成的污染物也不同，因此相互间有矛盾，容易顾此失 彼。 低功率时生成 CO、UHC 与冒烟，高功率时生成 NOX。 (1) 排气冒烟污染控制技术 1)低功率污染在于使火焰筒头部的局部富油区得以减弱或减小。 2)高功率污染在于使燃区降温─提前引入二股气流较有效。 (2) 低污染燃烧室研制 #通常按分级(串、并级)处理之，即分为预燃级和主燃级。 #前者以改善雾化为主，后者以降温为主
南京航空航天大学《航空发动机构造》教案编写人:能源与动力学院宋迎东 5.1.5材料与涂层 5.1.5.1要求 热强、热安定性、耐蚀性、热苄钣材)与可焊性, 5.1.5.2主要材料 低温区一不锈钢1Cr18Ni9TiA、结构钢30 OrMosia、碳钢10#。 高温区一镍基GH30、GH39、GH44 5.1.5.3表面涂层 *功用一防腐、隔热一>提高热强。 *类别: 1)高温珐琅涂层一厚度0.04~0.10MM,烧结而成一自身脆,且母材性能 2)热扩散涂层一渗铝,防氧化一母材性能受影响 3)热喷镀涂层一要有起粘结作用的中间层一用于难熔材料的防氧化。 4)烘烤涂层一受粘结剂性能影响。 5.2加力燃烧室 5.2.1概述 (1)功用一使发动机在最大状态下继续提高推力一补燃(其前提是主机参 数 不变,因此加力室必须与尾喷管协调工作)。 (2)工作环境 *进口温度高(9501000C以上),对燃烧有利 *但是 速度大(350450M/S);压力低(高空低速时,其比一个大气压低得多)。 含氧量小(尤其对于高T3*,其含氧量更低) 余气系数低(因为无转动件,温度可达2000K,ALFA=1.21.5)。 *所以,加力室不需二股气流降温,而且也会引起损失增大(流速大)。 (3)设计要求 1)薄壁园筒应具有足够的强度与刚性(含失稳) 2)流阻要小(因为流速大) 3)热膨胀自由 4)起动平稳与迅速(其与尾喷管的协调操纵有关) 5.2.2基本构件 组成:扩压器、混合器、稳定器、供油与点火装置、壳体等。 5.2.2.1扩压器
南京航空航天大学《航空发动机构造》教案 编写人：能源与动力学院 宋迎东 ５.１.５ 材料与涂层 ５.１.５.１ 要求 热强、热安定性、耐蚀性、热苄钣材)与可焊性。 ５.１.５.２ 主要材料 低温区─不锈钢 1Cr18Ni9TiA、结构钢 30CrMoSiA、碳钢 10#。 高温区─镍基 GH30、GH39、GH44。 ５.１.５.３ 表面涂层 * 功用─防腐、隔热─>提高热强。 * 类别： 1)高温珐琅涂层─厚度 0.04￣0.10 MM，烧结而成─自身脆， 且母材性能 下降。 2)热扩散涂层─渗铝，防氧化─母材性能受影响。 3)热喷镀涂层─要有起粘结作用的中间层─用于难熔材料的防氧化。 4)烘烤涂层─受粘结剂性能影响。 ５.２ 加力燃烧室 ５.２.１ 概述 (1) 功用─使发动机在最大状态下继续提高推力─补燃( 其前提是主机参 数 不变，因此加力室必须与尾喷管协调工作)。 (2) 工作环境 * 进口温度高(950￣1000C 以上)，对燃烧有利。 * 但是： 速度大(350￣450M/S)；压力低(高空低速时,其比一个大气压低得多)。 含氧量小(尤其对于高 T3*，其含氧量更低) 余气系数低(因为无转动件，温度可达 2000K，ALFA＝1.2￣1.5)。 * 所以，加力室不需二股气流降温，而且也会引起损失增大( 流速大)。 (3) 设计要求 1)薄壁园筒应具有足够的强度与刚性(含失稳) 2)流阻要小(因为流速大) 3)热膨胀自由 4)起动平稳与迅速(其与尾喷管的协调操纵有关) ５.２.２ 基本构件 组成：扩压器、混合器、稳定器、供油与点火装置、壳体等。 ５.２.２.１ 扩压器
南京航空航天大学《航空发动机构造》教案编写人:能源与动力学院宋迎东 (1)功用一降速、增压。 (2)结构特点 5.2.2.2混合器 (1)功用一将外涵空气引入内涵用(用于加力风扇发动机) (2)结构: 1)漏斗混合器一利用多个漏斗引气 2)环形混合器一利用平行射流紊流混合,在该区内可设置火焰稳定器。 3)菊花混合器一(介于上述之间) 5.2.2.3火焰稳定器 (1)设计要求 1)权衡烧着、烧稳、烧好与阻力小间的矛盾 2)传焰要求突出一对烧着、烧稳均有利。 3)具有足够刚性与热膨胀自由一否则会引起局部过热;热变形对燃烧较 敏感。 (2)结构特点 1)环形稳定器 2)径向稳定器一WP7乙、W13(都有大小各十个稳定器) 3)蒸发式稳定器:(SPEY或Ws9) 4)气动式稳定器:(法国“阿塔”) 5)“沙丘”式稳定器: 5.2.2.4供油系统与点火装置 (1)喷咀特点 1)喷油量需由自动控制实现之,不能人为随意调节 这是由于要求主机参数不变所致。显然,油量的变化范围和变化率都比主 燃烧室要小些。 2)喷咀位置与稳定器形式密切相关 通常在稳定器前形成均匀混气,而在其附近形成局部富油区(因为回流区 小,来不及形成良好的浓度场)。 3)喷咀小而数量多,以保证雾化质量。 (2)常用形式 1)单路离心喷咀 2)直流喷咀 3)针塞喷咀 (3)供油系统 (4)点火装置 1)预燃室(wP6、WP7)
南京航空航天大学《航空发动机构造》教案 编写人：能源与动力学院 宋迎东 (1) 功用─降速、增压。 (2) 结构特点 ５.２.２.２ 混合器 (1) 功用─将外涵空气引入内涵用(用于加力风扇发动机)。 (2) 结构： 1) 漏斗混合器─利用多个漏斗引气 2) 环形混合器─利用平行射流紊流混合，在该区内可设置火焰稳定器。 3) 菊花混合器─(介于上述之间) ５.２.２.３ 火焰稳定器 (1) 设计要求 1) 权衡烧着、烧稳、烧好与阻力小间的矛盾。 2) 传焰要求突出─对烧着、烧稳均有利。 3) 具有足够刚性与热膨胀自由─否则会引起局部过热；热变形对燃烧较 敏感。 (2) 结构特点 1) 环形稳定器： 2) 径向稳定器─WP7 乙、WP13(都有大小各十个稳定器) 3) 蒸发式稳定器: (SPEY 或 WS9) 4) 气动式稳定器: (法国“阿塔”) 5) “沙丘”式稳定器： ５.２.２.４ 供油系统与点火装置 (1) 喷咀特点： 1) 喷油量需由自动控制实现之，不能人为随意调节。 这是由于要求主机参数不变所致。显然， 油量的变化范围和变化率都比主 燃烧室要小些。 2) 喷咀位置与稳定器形式密切相关。 通常在稳定器前形成均匀混气，而在其附近形成局部富油区( 因为回流区 小，来不及形成良好的浓度场)。 3) 喷咀小而数量多，以保证雾化质量。 (2) 常用形式 1) 单路离心喷咀 2) 直流喷咀 3) 针塞喷咀 (3) 供油系统 (4) 点火装置 1) 预燃室(WP6、WP7)
南京航空航天大学《航空发动机构造》教案编写人:能源与动力学院宋迎东 2)高能电咀(F100的值班稳定器内) 3)催化点火(SPEY) H)热射流(J57-F13) 5.2.2.4壳体 (1)功用: 1)保证燃气能正常地(不振荡)、完全地燃烧。 2)承受一定负荷。 3)有时需与飞机长度协调。 (2)结构 5.3排气装置 5.3.1尾喷管 (1)功用:将燃气的部分热焓转变成动能,并以一定方向排出。 (2)要求: 1)具有足够刚性,以保证排气流量精度与喷口动作的灵活性 2)喷口动作要求平稳,以使发动机状态变化匹配 (3)尾喷管结构 1)不可调收敛喷口WP5、WP8(可增有延伸管) 2)可调式收敛喷口(通常用于加力状态) 1>鱼鳞片调节W6 形状复杂、刚性好(薄壁、盒形),且需通风冷却。 鱼鳞片调节要求打开快、收拢慢;且需同步动作。 喷口面积应能调整,以满足各状态的推力要求。 鱼鳞片片数的确定一可用于推算加力比 安装座可兼作辅助安装节。 2>气动调节(引压气机空气) 3)可调收敛扩张式喷口 双控鱼鳞片J79复杂 单控鱼鳞片J57、WP15 引射式 利用冲压的高压空气 4)矢量'喷口飞马发动机(垂直、短距起落用) 5.3.2反推力装置 功用:缩短飞机着陆滑跑距离。 要求:强刚度足够大; 简单可靠,且能重复使用(广泛用于民航)
南京航空航天大学《航空发动机构造》教案 编写人：能源与动力学院 宋迎东 2) 高能电咀 (F100 的值班稳定器内) 3) 催化点火(SPEY) 4) 热射流 (J57-F13) ５.２.２.４ 壳体 (1) 功用： 1)保证燃气能正常地(不振荡)、完全地燃烧。 2)承受一定负荷。 3)有时需与飞机长度协调。 (2) 结构： ５.３ 排气装置 ５.３.１ 尾喷管 (1) 功用：将燃气的部分热焓转变成动能，并以一定方向排出。 (2) 要求： 1)具有足够刚性，以保证排气流量精度与喷口动作的灵活性。 2)喷口动作要求平稳，以使发动机状态变化匹配。 (3) 尾喷管结构： 1) 不可调收敛喷口 WP5、WP8 (可增有延伸管) 2) 可调式收敛喷口 (通常用于加力状态) 鱼鳞片调节 WP6 形状复杂、刚性好(薄壁、盒形)，且需通风冷却。 鱼鳞片调节要求打开快、收拢慢；且需同步动作。 喷口面积应能调整，以满足各状态的推力要求。 鱼鳞片片数的确定─可用于推算加力比。 安装座可兼作辅助安装节。 气动调节 (引压气机空气) 3) 可调收敛扩张式喷口 双控鱼鳞片 J79 复杂 单控鱼鳞片 J57、WP15 引射式 利用冲压的高压空气 4)`矢量'喷口 飞马发动机(垂直、短距起落用) ５.３.２ 反推力装置 功用：缩短飞机着陆滑跑距离。 要求：强刚度足够大； 简单可靠，且能重复使用(广泛用于民航)
南京航空航天大学《航空发动机构造》教案编写人:能源与动力学院宋迎东 结构:蚌壳式SPEY511(与喷口联体) 0 lympus(喷口与反推力分开) 叶栅式RB211(外函反推力) 5.3.3消音装置 噪音’是协和飞机未获广泛使用的致命原因之一。 (1)噪音来源 外噪音 内噪音 (2)噪音特点 1)工作状态不同而噪声表现不同。 慢车状态——高频哨音声,最大状态——低频轰鸣声; 不正常时——振荡燃烧或喘振或其它。 2)有方向性一通常沿进出口轴线成2050度的方向为最大。 3)轰鸣噪声与喷气速度有关一亚音时与8次方成正比;超音时与3次方正 比 (3)结构一(仅针对轰鸣噪声的消音装置而言) *原理:分散紊流混合的能量;减小紊流混合的气动剪力 1)星形式——增加与周围气体的接触区,或细化射流柱。 2)波纹式—利用引射作用,减小相对速度差
南京航空航天大学《航空发动机构造》教案 编写人：能源与动力学院 宋迎东 结构：蚌壳式 SPEY 511 (与喷口联体)； Olympus (喷口与反推力分开)， 叶栅式 RB211 (外函反推力)。 ５.３.３ 消音装置 `噪音'是协和飞机未获广泛使用的致命原因之一。 (1) 噪音来源 外噪音 内噪音 (2) 噪音特点 1)工作状态不同而噪声表现不同。 慢车状态──高频哨音声， 最大状态──低频轰鸣声 ； 不正常时── 振荡燃烧或喘振或其它。 2)有方向性─通常沿进出口轴线成 20￣50 度的方向为最大。 3)轰鸣噪声与喷气速度有关─亚音时与 8 次方成正比；超音时与 3 次方正 比 (3) 结构─ (仅针对轰鸣噪声的消音装置而言) * 原理：分散紊流混合的能量； 减小紊流混合的气动剪力。 1)星形式── 增加与周围气体的接触区,或细化射流柱。 2)波纹式── 利用引射作用，减小相对速度差