P m (v -v) 空氣噴= (4.1)
式中, ——飛機的飛行速度(m/s);
——發動機尾噴口處的排氣速度(m/s)
——發動機的空氣流量(kg/s)。
此式沒有考慮燃油的質量,因為渦輪噴氣發動機,在單位時間內所加入的燃油的質量與
其空氣流量相比小得多,一般僅占1%~2%左
右,故可忽略不計。
v
噴v
空氣m
對于一定的渦輪噴氣發動機,其推力P 決定
于發動機的轉速n、飛機的飛行速度和高度。發
動機的推力特性,即指推力P 隨轉速n、飛行速
度和飛行高度之間的變化關系,分述于下。
1.推力的油門特性(轉速特性)
操縱油門,能改變發動機的轉速和推力,從
而改變發動機的工作狀態。發動機推力與轉速的
關系曲線如圖4.6 所示。
試驗分析表明,發動機推力大致與轉速的三
次方成正比,接近最大轉速時,大致與轉速的四
次方成正比,在飛行中,可根據飛機飛行狀態的
需要,選擇適當的發動機工作狀態,使發動機能
在最有利的情況下工作,既省油又能產生所需的
推力。渦輪噴氣發動機通常有以下幾種工作狀態:
(1)加力工作狀態——對于帶加力燃燒室的
渦輪噴氣發動機,在加力工作狀態,一般推力約
可增加25%(飛行M 數越大,加力比越大)。但是,由于加力時的耗油率過高,而且容易引
起發動機構件過熱,所以,只能在短時間內工作。例如,國產渦噴-6 型發動機規定,飛行高
度小于6000 米時,一般不允許超過6 分鐘,高度大于6000 米時,一般不允許超過10 分鐘。
圖4.6 渦輪噴氣發動機的P~n 曲線
(2)最大工作狀態——發動機轉速最大,推力僅低于加力狀態,連續工作時間的限制與
加力工作狀態相同。
(3)額定工作狀態——轉速稍微減小一些或少噴一些燃油,使發動機的推力比最大工作
狀態小一些,保證可以在較長時間內連續工作,而發動機的構件不致超載或過熱。
(4)巡航工作狀態——轉速約為額定轉速的90%,推力約為額定狀態的80%,燃料消
耗率最低,連續工作時間不限。
(5)慢車工作狀態——轉速約為額定轉速的30%,推力很小。飛機下滑和著陸時常用
此狀態,連續工作時間一般不允許超過10 分鐘。
“渦噴-6”型發動機各種工作狀態下的海平面靜推力值如表4.4 所示。
2.推力的速度特性
速度特性是指,在轉速和飛行高度一定時,發動機的推力隨飛行M 數的變化關系,如圖
· 46 ·
4.7 所示。
曲線表明,隨著飛行速度的增大,發動機的推力開始略有下降,然后增加,但飛行速度
超過一定的M 數后,則迅速下降。
表4.4 渦噴-6 型發動機的推力
工作狀態 轉速(轉/分) 海平面靜推力(kg)
加力 11150±50 3250
最大 " 2600
額定 " 2150
巡航 10400±50 1720
慢車 4100±200 <100
從發動機推力的表達式可知,P 與及成正比。當飛行速度增加時,開始很
小,沖壓不大,故發動機的空氣流量和噴氣速度增加得不多,因而飛行速度的增加,
使之值減小的較多,因此,推力稍有下降。當飛行速度進一步繼續增大時,沖壓作用
增強,使和值的增加逐漸顯著,故使推力隨飛行速度的增加而增大。當飛行速度增
加到超過某一M 數后,由于沖壓作用過大,將使進入壓氣機的空氣溫度升高,為使發動機不
致過熱,需要調節和控制發動機的渦輪前溫度,使的增加受到限制,因此會使差值
大大降低,從而導致發動機的推力隨速度的增大而迅速減小。
3.推力的高度特性
發動機推力的高度特性,是指轉速和飛行速度一定時,發動機推力隨飛行高度的變化情
況。高度升高,空氣的密度減小,發動機的空氣流量因之減小,故發動機的推力隨飛行高度
的升高而減小,如圖4.8 所示。
m空氣(v -v) 噴v
空氣m 噴v v
(v -v) 噴
空氣m 噴v
噴v (v -v) 噴
圖4.7 渦輪噴氣發動機的P~M 曲線 圖4.8 渦輪噴氣發動機的P~H 曲線
從圖4.8 可以看出,當飛行高度低于11 公里時,由于高度升高,大氣溫度降低,使增
大,所以發動機推力隨飛行高度的增加而降低的程度比較緩和。而當高度大于11 公里時,在
噴v
· 47 ·
同溫層內,由于大氣溫度不再隨高度的增加而降低,所以發動機的推力隨飛行高度增加而降
低的比較快。
(二)渦輪噴氣發動機的耗油率特性
發動機的耗油率是指,單位時間內產生單位推力的燃油消耗量,常用符號Ce表示,單位
是“kg/kgf·h”
1. 的速度特性
在轉速和飛行高度一定的情況下,發動機的耗油率隨飛行速度的增大而提高,其變化的
趨勢如圖4.9 所示。
2. 的高度特性
當飛行速度和發動機的轉速一定時,耗油率C
Ce
Ce
e隨飛行高度變化的趨勢如圖4.10 所示。
圖4.9 渦輪噴氣發動機的Ce ~v 曲線 圖4.10 渦輪噴氣發動機Ce ~H 曲線
3.Ce 的轉速特性
飛行速度與飛行高度一定時,Ce 隨發動機轉速的變化關系如圖4.11 所示。
由圖可以看出,當轉速較低時,隨發動機轉速的
增大, 迅速降低,當增至巡航轉速時, 降至最
小值。此后,再增加轉速,則值稍增大。
Ce Ce
Ce
圖 4.11 渦輪噴氣發動機Ce ~n 曲線
以上分別對發動機推力P 和耗油率的轉速、
速度和高度特性,單項地進行了介紹。這只是為了分
析起來比較方便,實際上對一種發動機而言,各種性
能并不是孤立的,而是密切相關具有內在聯系的。因
此,在發動機的性能說明書中,一般都給出綜合性的
能夠全面表達發動機推力和耗油率變化規律和調節
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