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1、,飞机推进系统原理,第2章 进气系统的工作原理与特性,第2章 进气系统的工作原理与特性,第1讲 超音速进气道的工作原理,喷气发动机部件,Fig.1 A Whittle-type turbo-jet engine,部件的学习思路,功能组成,工作原理,性能特性,非设计工作,性能参数=f（工作条件）,第2章 进气系统的工作原理与特性,4,进气系统的基本工作原理,1,2,3,超音速进气道特性,超音速进气道不稳定工作,超音速进气道的调节,教学内容,课堂教学设计,进气系统的功用、组成、设计要求,进气道的基本性能参数,超音速进气道的基本工作原理,理解（难点）,掌握（重点）,知道,课堂教学设计,DEEPLY,
2、HOW,WHY,WHAT,进气系统是什么-功用-组成-要求,为什么要研究-发动机的需要-空气流动品质影响发动机性能,基本工作原理-性能参数-基本工作原理-超音速进气道的种类,外压式超音速进气道工作原理带喉部的外压式超音速进气道,教学思路,第2章 进气系统的工作原理与特性,进气系统是什么？,飞机上的进气装置,苏-27(PLA Air Force),苏-30(PLA Air Force),飞机上的进气装置,F-16(U.S.Air Force),飞机上的进气装置,幻影2000,幻影IV,飞机上的进气装置,F-14(U.S.Air Force),F-15(U.S.Air Force),飞机上的进气装
3、置,F-18(U.S.Air Force),F-22(U.S.Air Force),飞机上的进气装置,X-43,飞机上的进气装置,F-35(U.S.Air Force),X-32,飞机上的进气装置,X-45A,X-47B,飞机上的进气装置,B-2,飞机上的进气装置,F-117,飞机上的进气装置,Tu-22M,Tu-160,飞机上的进气装置,C-17,C-5,飞机上的进气装置,波音-777,第2章 进气系统的工作原理与特性,狭义：指进气道，从飞机或发动机短舱进口到压气机进口的一段管道。广义：除了上述管道之外，还包括防喘装置、附面层吸除装置、自动控制装置、防止外来物进入的防护装置等。,进气系统,进
4、气系统的功用与组成,组成进气道辅助进气系统辅助放气系统进气道防喘调节系统附面层控制系统功用吸气，以较小的损失向发动机提供所需要的空气；压缩空气。,对进气系统的设计要求,损失小（内部、外部）；工作稳定性好（所有状态下）；高流通能力；提供均匀的气流流场；RCS小，隐身效果好；重量轻、尺寸小、结构简单；工作可靠，维修简便。,第2章 进气系统的工作原理与特性,为什么要研究进气系统？,苏-27飞机的进气装置,飞机进气装置发动机排气喷管,压力恢复增加1%，推力提高1.52%，耗油率下降0.30.5%。,我退出了越战！,变后掠翼战斗轰炸机F-111,第2章 进气系统的工作原理与特性,进气系统是如何工作的？,
5、进气系统是如何工作的？,描述进气道性能的参数,超音速进气道的基本工作原理,进气道的分类,进气道的设计选择,进气道的基本性能参数,（1）进气道总压恢复系数,进气道捕获面积示意图,表征气体流动的流动损失,进气道的基本性能参数,（1）进气道总压恢复系数,总压恢复和冲压比与马赫数关系,1等熵压缩2激波系（标准条件下总压恢复与马赫数关系）3正激波,进气道的基本性能参数,（2）进气道外部阻力系数,外部阻力附加阻力壳体阻力放气阻力附面层泄除阻力,表征进气道外部阻力的大小,进气道的基本性能参数,（3）进气道冲压比,进气道冲压比随Mach数的变化曲线,表征进气道增压能力的大小,进气道的基本性能参数,（4）进气道
6、流量系数,进气道捕获面积示意图,表征进气道流通能力的大小,进气道的基本性能参数,（5）进气道流场畸变指数,流场畸变：进气道出口截面气流参数的不均匀性。,稳态、动态压力、温度、速度周向、径向,流场畸变指数表征进气道出口流场品质的好坏。,进气道的基本性能参数,（5）进气道流场畸变指数,进气道出口截面典型压力图谱,进气道的基本性能参数,（5）进气道流场畸变指数,G.E.公司,R.R.公司,俄罗斯,超声速进气道的工作原理,一道正激波+一道斜激波,一道正激波,超声速进气道的工作原理,超音速气流一次转折与两次转折总压恢复的比较,超声速进气道的工作原理,来流马赫数M0=2.0,超声速进气道的工作原理,用一个
7、精心组织的激波系来代替强的正激波，实现减速增压。,超声速压缩区,亚声速压缩区,斜激波,正激波,进气道的分类,进气道的分类,进气道的分类,进气道的分类,进气道的分类,进气道的分类,进气道的分类,二元进气道,轴对称进气道,进气道的分类,进气道的分类,进气道的分类,进气道的分类,进气道的分类,进气道的分类,F-18E/F/G,X-43,外压式进气道后掠双斜面压缩,F-22,进气道的分类,进气道的设计选择,F-16飞机进气道总压恢复,进气道的设计选择,各种类型进气道的i随设计飞行M数Md的变化趋势,第2章 进气系统的工作原理与特性,外压式超音速进气道的工作原理及特点,外压式进气道的工作原理,外压式进气
8、道的工作原理,阻滞面斜激波 反 压正激波,外压式进气道的工作原理,外压式进气道的工作原理,外压式进气道的工作原理,外压式进气道的工作原理,斜激波位置对气流流动的影响,斜激波的有利位置：交于唇口,外压式进气道的工作原理,正激波位置对气流流动的影响,正激波的有利位置：进口端面,外压式进气道的工作原理,带喉部的外压式进气道,外压式进气道的工作原理,附面层对进气道的影响及其控制技术,外压式进气道的工作原理,附面层对进气道的影响及其控制技术,小 结,飞机/进气系统/发动机既相互独立又紧密相联，进气系统工作好坏直接影响发动机的性能；进气道的基本性能参数定义及其物理含义；（掌握）超音速进气道工作原理是用一个
9、精心组织的激波系来代替强的正激波，实现减速、增压的目的；（理解）外压式进气道的波系形成与最佳位置。（理解）,版权单位空军工程大学制作单位空军工程大学拍摄时间2013.6.26,新概念进气装置,S弯（蛇形）进气装置,The Versatile Integrated Inlet Propulsion Aerodynamics Rig,新概念进气装置,S弯（蛇形）进气装置,Mach number contours along the centerline plane of the AIFC inlet and fan,第2章 进气系统的工作原理与特性,第2讲 超音速进气道特性及调节,教学内容,课堂教
10、学设计,超声速进气道特性,超声速进气道在亚声速条件下的工作特点,超声速进气道的调节,掌握,知道,理解（重难点）,课堂教学设计,教学思路,工作状态,工作状态的划分工作状态的判断波系图,变化规律变化原因分析,喘振现象及机理痒振现象及机理稳定工作裕度,为什么要调节？调节机理调节方法,节流特性,不稳定工作,非设计调节,超声速进气道特性,几个概念超音速进气道特性节流特性速度特性,超声速进气道特性,外压式进气道的三种工作状态工作状态的划分M0=M0d临界工作状态特征：喉部达音速，闭合激波位于唇口前缘,临界工作状态波系图,超声速进气道特性,外压式进气道的三种工作状态工作状态的划分M0=M0d超临界工作状态特
11、征：喉部超音速，闭合激波位于唇口前缘，扩散段有结尾激波,超临界工作状态波系图,超声速进气道特性,外压式进气道的三种工作状态工作状态的划分M0=M0d亚临界工作状态特征：喉部亚音速，闭合激波离开唇口,亚临界工作状态波系图,超声速进气道特性,外压式进气道的三种工作状态工作状态的划分M0M0d,三种工作状态波系图,超声速进气道特性,外压式进气道的三种工作状态工作状态的划分M0M0d,三种工作状态波系图,超声速进气道特性,外压式进气道的三种工作状态工作状态的划分,超声速进气道特性,外压式进气道的三种工作状态工作状态的划分共同点M数决定唇口前斜激波系位置；发动机流通能力决定闭合激波和结尾激波位置。进气道
12、工作状态取决于发动机的工作状态。,超声速进气道特性,外压式进气道的三种工作状态工作状态的判断临界流通能力：q(1)cr,闭合激波正好处于喉道或唇口时进气道出口流通能力。,超声速进气道特性,外压式进气道的三种工作状态工作状态的判断由发动机工作状态确定：q(1)由A1、At和 t 确定：q(1)cr比较：q(1)=q(1)cr：临界 q(1)q(1)cr：超临界 q(1)q(1)cr：亚临界,超声速进气道特性,外压式进气道的节流特性,超临界,亚临界,临界状态线,痒振边界线,喘振边界线,超声速进气道特性,外压式进气道的节流特性分析,临界状态闭合激波在唇口前q(1)=q(1)cri=1.0 i=id(
13、较大)Cxi=Cxid(最小),超声速进气道特性,外压式进气道的节流特性分析,超临界状态需气量闭合激波后移损失增大。q(1)q(1)cri=1.0 i(id)Cxi=Cxid(最小),超声速进气道特性,外压式进气道的节流特性分析,亚临界状态需气量闭合激波前移管外损失先减后增。q(1)Cxid,超声速进气道特性,外压式进气道的节流特性,M0Md时的情况特性线上移i1.0 总成立i 普遍增大 Cxi普遍增加从临界状态到喘振边界的稳定工作范围扩大,超声速进气道特性,外压式进气道的节流特性,M0Md时的情况特性线下移i 普遍减小 Cxi普遍减小稳定工作范围急降,超声速进气道特性,外压式进气道的不稳定工
14、作：喘振时机：超音速（），亚临界现象：气流轴向、低频（515Hz）、大幅度振荡（平均值的3050），机头有爆音，剧烈抖动，产生周期性推力脉动。危害：进气道打坏，严重时压气机喘振，主燃烧室熄火。,超声速进气道特性,外压式进气道的不稳定工作：喘振 机理,节流闭合激波前移破坏斜激波系滑流层进入压缩流管反压 气流喷出（溢流）完全破坏斜激波系反压闭合激波后移发动机状态不变，如此反复,滑流层,超声速进气道特性,外压式进气道的不稳定工作 喘振的预防根据滑流层准则设计；开设附面层抽吸孔；扰流器。喘振的消除采用可调节的进气道打开放气门：q(1)e 锥体或斜板伸出：q(1)cr 增大发动机状态：q(1)e 减小来
15、流马赫数：q(1)e q(1)cr,超声速进气道特性,外压式进气道的不稳定工作：痒振（嗡鸣）时机：超临界工作状态现象：气流高频(100250Hz)，小幅(平均值的5%15%)振动。危害：压气机稳定工作裕度降低，影响飞行员生理。机理,内通道附面层与结尾激波相互作用，形成脱体区的非定常性。,超声速进气道特性,外压式进气道的不稳定工作 痒振的预防和消除吸除附面层；发动机节流；进气道调节（收回锥体或斜板）。,超声速进气道特性,进气道的稳定工作裕度,超声速进气道特性,迎角、侧滑角变化对进气道特性的影响,正面轴对称进气道,阶梯锥体统流的对称性遭到破坏，使内通道空气流动性质改变；气流非定常性和周向不均匀性，
16、导致i、i 和SMi降低；正攻角、负攻角和侧滑角一样敏感。,超声速进气道特性,迎角、侧滑角变化对进气道特性的影响,二元进气道的典型布局,A 机身侧楔板垂直布局B 机身侧楔板水平布局C 机翼下楔板水平布局D 机翼上楔板水平布局,A,B,C,D,超声速进气道特性,迎角、侧滑角变化对进气道特性的影响,楔板上水平布局,B,B,超声速进气道特性,迎角、侧滑角变化对进气道特性的影响,楔板上水平布局,B,B,不同迎角下的节流特性,超声速进气道特性,迎角、侧滑角变化对进气道特性的影响,楔板垂直布局,局部洗流角大于攻角；在斜吹风下，尖楔绕流成空间；迎风面形成激波，背风面形成膨胀波；i、i 降低，出口流场不均匀性
17、急剧增大。,超声速进气道特性,迎角、侧滑角变化对进气道特性的影响,翼下布局超音速进气道,具有最好的大迎角特性；在迎角达1520前，总压恢复不降低；迎角减小（负攻角）时，特性变差。,C,超声速进气道特性,迎角、侧滑角变化对进气道特性的影响,翼上布局超音速进气道,为降低雷达对目标的发现设计的；以损失进气道性能为代价的；大迎角时，进气道前附面层增厚，出现脱体区，加剧发动机进口处气流的不均匀性和非定常性。,D,超声速进气道特性,迎角、侧滑角变化对进气道特性的影响,典型超音速进气道布局总压恢复与迎角关系,1轴对称进气道2机身侧布局二元进气道3机翼下楔板水平布局4机翼上楔板水平布局,超声速进气道在亚声速飞
18、行时的工作特点,唇口气流分离大 损失；严重时将引起喉道壅塞，产生闭合激波 损失。措施：唇口外缘可调（适用于二元进气道）；设置辅助进气门。,超音速进气道的调节,为什么需要调节？,超音速进气道的调节,调节的基本原理改变进气道的q(1)cr，使其与发动机进口流量系数基本保持一致，即：q(1)cr q(1)e 调节原则让进气道始终处于轻微的超临界工作状态，使进气道在保持性能良好的条件下具有足够的工作稳定性。调节方法内通道流动,超音速进气道的调节,调节方法外通道流动,超音速进气道的调节,具体调节措施调节进气道斜板角度（苏27、30飞机采用）,超音速进气道的调节,具体调节措施调节中心锥体位置（歼7飞机采用）,超音速进气道的调节,具体调节措施辅助调节措施,小结,外压式进气道三种工作状态（临界、亚临界、超临界）及其判断方法；（掌握）外压式进气道的节流特性；（掌握）外压式进气道的不稳定工作；（理解）超声速进气道的调节机理、方法及措施。（掌握）,研讨课要求,研讨主题超音速二元斜板进气道最佳波系的选择思路：激波损失的计算方法；最佳波系选择的理论；确定最佳波系（斜板角度）。,
