动叶增压原理

伯努利方程(机械能守恒)
相对坐标系 dp0 W2 W1 叶型弯曲形成扩张 通道，相对速度减 小，压力提高

1
2
dp


W22 W12 2
W fr 0
动叶增压原理
相对坐标系

1
2
dp


W22 W12 2
Wu
W fr 0
dp V22 V12 2

离心式压气机
• 气体靠离心增压 • 气体随工作轮作圆周 运动时，气体微团受 到离心惯性力的作用， 而且气体微团所在半 径越大，所受离心惯 性力就越大，工作叶 轮外径处气流的压强 比内径处压强高，气 体流经工作轮过程中 压力逐步升高
轴流式压气机
轴向进气，轴向排气 优点：流通能力强、径向尺寸小、效率高 缺点：结构复杂、级增压能力小、轴向尺寸长、零件多 适合：高推力级、高速飞行飞机发动机
(1)气流在静子叶栅中的流动
气体作绝能流动 伯努利方程 2 2 3 V V dp 3 2 W fs 0 2 2 dp0 V3 V2 对于亚音气流， 减速必须经过 扩张形通道

静子叶栅
利用叶型偏向轴线
弯曲，使叶片之间 形成扩张形气流通 道；
在静子叶片中的增
压原理：减速增压

落后角
2k 2
2k 几何出口角 2 出口气流角
压气机实际压缩功
Wk CpT1*[( k )
1 *
* 1] / k
压缩功与进口气流总温、增压比
成正比，与效率成反比
(2)气流在动叶叶栅中的流动


速度三角形 进口：
气流以V1流向动叶 由于叶片转动切线速度U1 气流以相对速度W1进入动叶

出口：
气流以相对速度W2 流出动叶 由于叶片转动切线速度U2 气流以绝对速度V2流出动叶
动叶叶栅速度三角形
一级：
U1 U2
将进、出口 速度三角形 叠画在一起， W和V均向 转动方向发生 偏转： W2 W1 V2 V1
多变压缩功： 绝热效率： *k=0.82~0.87

1 *
* 1] / k
绝热效率等于理想压缩功与实际压缩功之比。 损失
叶型损失
流动 分离 尾迹 激波
环面损失 (二次流损失)
环面附面层 漏气 潜流

攻角
i 1k 1
1k 几何进口角 1 进口气流角

级增压原理： •动叶 • 加功增速 • 靠扩张叶栅通道减相对速度，增加压力； •静叶 • 使在动叶中获得能量的气流，通过扩张叶栅通道减速 增压 • 同时静子还起导向作用将气流引导到一定方向，为顺 利进入下一级做准备
Wu

V2 V1
2
2
2

W1 W2
2
2
2
要提高每一级的增压能力，要提高Wu 轮缘功Wu

亚音轴流压气机级增压比=1.1~1.4 多级
扭速
Wu W1u W2u
增加叶栅的弯曲程度，增大扩张程度，可以增加扭速
多级轴流压气机

为提供发动机的推重比，必须提高压气机级增压 能力，减少级数
–更高的叶尖切线速度 –提高级的气动负荷
2、超音叶栅增压原理
进口超音速气 流W1经激波后 降为亚音流W2’ ，静压提高 然后气流转弯 速度降到W2 ， 静压进一步提 高
三、热力过程及主要参数
1、热力过程
– 理想情况：绝热等熵压缩 – 实际情况：多变压缩
h 2i
理想压缩功
2
多变
P2*
P1*
等熵
多变压缩功
1 S
2、主要参数

增压比：
k
*
p2 p1
* *
流量： 转速：

qma (kg / s ) n(rpm) Wk CpT1*[( k )
* k Wkad / Wk
– 动量矩原理推导出（见教材）
Wu U (V2u V1u ) U (W1u W2u ) U Wu
– U– 切线速度

WU – 扭速
U=f(n,D):高速旋转（n=10,000~50,000 rpm) 受强度、直径、相对速度等限制 扭速：增加叶栅的弯曲程度，增大扩张程度 扩张程度过大，气流易分离，损失增大
绝对坐标系 轮缘功压缩功、 动能增量、摩擦功

1
2


W fr
两式相减，得： 2 2 2 2 V V W W 压气机对气体作轮缘功＝ 1 2 Wu 2 1 绝对动能增量+相对动能增量 2 2
动叶增压原理：加功、增速、增压
只靠减速增压，压力增加 程度充其量等于来流总压； 动叶对气体作功加入能量，增加绝对动能，使 气流在其后的静叶中有足够的能量减速增压； 排列顺序：动叶在前，静叶在后。
第二章
发动机部件工作原理
第一节 压气机工作原理
一、功能、要求及分类
功能
加功增压，即对气体作压缩功以提高压力
对压气机的主要要求是在满足所需增压 比的条件下:

效率高，尺寸小（径向、轴向），重量轻; 有足够的稳定工作范围 安全可靠
分类
离心式 轴流式
离心式压气机
轴向进气，径向排气 离心增压 优点： 结构简单、零件少 级增压能力强(6-12) 性能稳定 轴向尺寸短 缺点： 效率 低，迎风面大 适合：小推力级

二、 轴流压气机增压原理

多级组成 每一级由工作轮与静子组成 工作轮（转子〕：
叶片、盘、轴
静子（导向器〕：
叶片、机匣

转子在前、静子在后，交错 排列
1、亚音基元级增压原理
分解 级基元级平面叶栅 平面叶栅

– 动叶叶栅 – 静叶叶栅

截面编号
– 1 动叶进口 – 2 动叶出口（静叶进口） – 3 静叶出口

Mw1=1.3-1.5, 总压损失=0.97-0.94

级增压比=1.8-2.2
3、压气机级


压气机级沿叶高由基元级叠加而成； 因沿叶高的切线速度大小不同，相对 速度大小和方向均不同，速度三角形 不同； 沿叶高叶片是扭转的。
4、全台压气机

沿压气机轴向，随气体不断被增压，气体密度 加大，气流通道逐级缩小，叶片变短