0
9
X p (p p0)dA
01
Xf
2020年6月9日
10
二、推力公式推导
• Feff与F
FFXXX
eff
a
p
f
• 对于亚音速飞机，由于发动机对气流扰动 较小,可以近似认为: Feff F
• 对于超音速飞机在超音速飞行时激波的出 现，Feff F
• 三项损失不容忽视!
2020年6月9日
11
qmf=1kg/s，Hu=42900kJ/kg，求th 、p 、 0 。
2020年6月9日
பைடு நூலகம்44
第一章 航空燃气涡轮发动机工作原理
• 第一节 涡轮喷气发动机热力循环 • 第二节 推力公式 • 第三节 性能指标和基本要求 • 第四节 能量转换与效率 • 第五节 发展方向
2020年6月9日
45
第五节 发展方向
单位推力越大，迎头面积越小。
2020年6月9日
23
一、性能指标
3、推重比 FW = F / W
• 无量纲量 • 综合性指标： 反映气动热力循环的设计水平（如高单位推
力），反映结构设计水平。 • 统计：W增加1kg导致飞机重量增加2.5kg。
2020年6月9日
24
一、性能指标
3、推重比
• J47
3
14
第三节 性能指标和基本要求
一、性能指标 1、推力 • 单位：N、daN、kgf
F q m g V 9 q m a V 0 (p 9 p 0 )A 9
Fm
Fp
2020年6月9日
15
一、性能指标
1、推力（动量变化） • 空气：Faqma(V9V0) • 燃油： Ff qmf (V90)
F mF aF f q m g V 9q m a V 0
第一章
航空燃气涡轮发动机 工作原理
第一章 航空燃气涡轮发动机工作原理
• 第一节 涡轮喷气发动机热力循环 • 第二节 推力公式 • 第三节 性能指标和基本要求 • 第四节 能量转换与效率 • 第五节 发展方向
2020年6月9日
2
第二节 推力公式
一、有效推力及推力分布
发动机提供的推进飞机向前运动的力，其大小等 于流经发动机内、外的气流对发动机各部件表面反 作用力的轴向合力，用“Feff”表示。
二、推力公式推导
• Feff与F
非安装推力
FFXXX
eff
a
p
f
安装推力
安装损失
• 安装位置
• 飞机机体设计必须与发动机工作相匹配， 以减小安装损失。
2020年6月9日
12
二、推力公式推导
• 推力 F q V q V ( p p ) A
mg 9
ma 0
9
09
p p
9
0
F q V q V
mg 9
7
二、推力公式推导
• Feff
F eff F inF out
01
9
qm gV 9qm aV 0p0A 0pdAp9A 9pdAXf
0
01
9
p0dA p0A9 p0A0
0
9
p0A0= p0dAp0A9 0
2020年6月9日
8
二、推力公式推导
• Feff
F eff F inF out
01
9
qm gV 9qm aV 0p0A 0pdAp9A 9pdAXf
1、提高热效率，改善循环参数（提高 、T 3 * ，
高效率部件） 2、提高推进效率（减少V9 － V0 ）
2020年6月9日
41
四、总效率
• 总效率与耗油率的关系
0
FsV0 q0
sfc 3600f Fs
q0 fHu
0
3600V0 Husfc
3600c0M0 Husfc
飞行速度一定时，总效率与耗油率成反比
qma qmf 排出燃气流量 排出进口空气流量
• 大涵道比（民用）涡扇 燃油/空气 几/ ‰ • 小涵道比（军用）涡扇 燃油/空气 几/%
2020年6月9日
16
一、性能指标
1、推力（压力变化）
Fp p9A9p0A9
2020年6月9日
17
一、性能指标
1、推力 推力： F q m g V 9 q m a V 0 (p 9 p 0 )A 9 尾喷管完全膨胀：p9=p0 忽略进出口流量差异 qmg=qma
33
第一章 航空燃气涡轮发动机工作原理
• 第一节 涡轮喷气发动机热力循环 • 第二节 推力公式 • 第三节 性能指标和基本要求 • 第四节 能量转换与效率 • 第五节 发展方向
2020年6月9日
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第四节 能量转换与效率
• 一、能量转换
航空发动机是（热机+推进器）的组合体
• 热机
热能 机械能 热效率
0
01
qmgV9qmaV0(p9p0)A9 推力
01
9
(pp0)dA (pp0)dAXf 阻力
0
01
附加阻力 压差阻力 摩擦阻力
2020年6月9日
9
二、推力公式推导
• 推力 • 附加阻力 • 压差阻力 • 摩擦阻力
F q m g V 9 q m a V 0 (p 9 p 0 )A 9
01
Xa (p p0)dA
• 要求：高单位推力、低耗油率
• 单位推力、耗油率与热力循环关系
Fs V9 V0
W
V
2 9
V
2 0
2
q 0 th
Fs
2W
V
2 0
V0
sfc 3 6 0 0 f 3 6 0 0 q 0
Fs
H uFs
2020年6月9日
ma 0
q q
mg
ma
F q (V V )
ma 9
0
发动机推力＝空气流量进排气速度差
2020年6月9日
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第一章 航空燃气涡轮发动机工作原理
• 第一节 涡轮喷气发动机热力循环 • 第二节 推力公式 • 第三节 性能指标和基本要求 • 第四节 能量转换与效率 • 第五节 发展方向
2020年6月9日
• F100
8
• F119
10
• 飞机推重比将直接影响飞机性能（最大平 飞速度、升限、有效载荷和机动性、作战 半径等）
• 先进战斗机推重比 1.1～1.15
2020年6月9日
25
一、性能指标
4、单位迎面推力 FA= F / A
• 单位：N/m2 • 发动机短舱安装，其迎面面积的大小，决
定了发动机外部阻力大小。 • 涡喷发动机 FA 约为80-100kN/m2
2020年6月9日
20
一、性能指标
1、推力
发动机推力大小仅仅反映飞机的推力需求， 不能反映不同推力级发动机之间的性能优 劣
例如:
GE90(BY777) F=392000N, qma=1420kg/s
D=3.524m
wp-11(无人机) F=8500N, qma=13kg/s
2020年6月9日
D=0.3m
飞行速度变化时，只能用总效率表示经济性
飞行速度为零时，只能用耗油率表示经济性
2020年6月9日
42
四、总效率
• 对于涡喷发动机存在矛盾 0 t h p
– 涡喷发动机将热力循环获得的 机械能全部转换为气体的动能 增量，进、排气速度差大，可 提高热效率和增加推力
– 但排气速度差大，推进效率低 ，总效率低经济性差，耗油率
• V9 V0 0 p 1 （0.5~0.75）
• 有效功 推进功的转换必有“损失”
2020年6月9日
38
三、推进效率
• 损失 = 有效功推进功 = 1 (V V )2
29 0
• 绝对坐标系中气流以绝对速度(V9 V0)排出 发动机所带走的能量，称为“余速损失”
•
若V0 =0，则全部可用能以动能 损失在空间，不产生推进功。
V
9
2
2
的形式
2020年6月9日
39
三、推进效率
• 思考题 • 发动机做地面台架试验，F=10000N，
V9=500m/s，推进功和效率分别是多少？ • V0=0，推进功=0，推进效率=0
2020年6月9日
40
四、总效率
0总 推 加 进 热 功 量FqsV00 thp
• 发动机作为“热机+推进器”的效率。 • 经济性指标，0.2~0.3 • 提高总效率途径
2020年6月9日
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一、性能指标
• 小结 1、推力 F 2、单位推力Fs 3、推重比 Fw 4、单位迎面推力 FA 5、耗油率 sfc
2020年6月9日
29
二、使用性能要求
1. 起动迅速可靠(地面、空中） t = (30-60 s)
2. 加、减速性能好 指发动机转子转速迅速增加或减小，使发 动机推力迅速加大或减小的能力。 t = (5 - 15 s)
Fqm(av9v0)
2020年6月9日
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一、性能指标
1、推力
如果v0=0，则为地面台架试验 Fqm av9
F119 qma=125kg/s v9=1200m/s F=150000N
2020年6月9日
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一、性能指标
• 示例： • 进行发动机地面台架试车，其中发动机进
口流量100kg/s，进口速度120m/s，排气速 度800m/s，尾喷管完全膨胀，则发动机产 生的推力是多少？ • A 68000N • B 80000N
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一、性能指标
2、单位推力 单位：N ·s/kg