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求助

求助,超音速状态下发动机+进气道推力的损失

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本人上学不努力,长大搞体育。
在试图分析这个问题涉及的变量时发现远远超过了我的能力。
目前知道的浅显基础知识有:
1目前的航发主要是亚燃涡扇、开口系,喷气做功,膨胀功+流动功。有用到部分轴功率,流动功就必须要有前后压差。F=(V出-V进)/T(时间)。动量表达,F=MV出-MV进。因此想超音速飞行,必须V出>飞机目前音速。
2发动机进气来流必须亚音速,为啥?所以超音速状态下的来流必须先让进气道减速顺便压缩。
3燃烧室气流也必须是低速,于是前风扇压缩的过程中对气流再减了一次速。
4两次减速压缩,相当于把气体动能转化为膨胀内能,转化过程中有损失,那么分别损失了多少(比例)?
5燃烧室,燃烧后,部分轴功率做压缩,最后喷出。这部分又损失了多少比例呢?
6由于来流是进气道减速压缩后的亚音速,且适合超音速的发动机前风扇压缩比不会太大,所以此时的外涵道喷出气体速度必然和战机速度差很小,所以外涵道气体几乎没什么做功可言。大概只有少量膨胀功了。
7喷出气体速度越大,其浪费的动能越大;温度越高,浪费热功越多。
最后,战机超音速速度越大,有效功比例越少?效率越低?这还怎么超音速?以前为何2代机就能超音速?


IP属地:重庆来自Android客户端1楼2024-12-09 23:13回复
    IP属地:重庆来自Android客户端2楼2024-12-09 23:15
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      2026-02-28 11:57:20
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      IP属地:重庆来自Android客户端3楼2024-12-09 23:16
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        越看越觉得矛盾,不知道是什么地方没考虑,反正最后得出的结论就很反常识。


        IP属地:重庆来自Android客户端4楼2024-12-09 23:20
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          将超声速来流减速好理解吧,速度太快点火困难嘛,不过主要还是为了压缩空气。航发靠气体膨胀做功产生推力,所以要先压缩空气,进气道压缩一次,压气机再压缩。
          涡扇发动机的推力来源当然有风扇推力罗,还有气体膨胀做功的推力。航发将气体高速向后喷射需要对这部分气体施加一个力,那么航发同时也受到这部分气体的反作用力,这个就是推力。
          至于推力或能量损失是多少,这个只怕很难用理论方法推导出来。某大佬曾有言在先,空气动力学是一门实验科学,那么航发自然也是实验科学,所以要做实验。
          我写这些主要是表示支持,很可能不对,唯楼主察之。


          IP属地:湖南5楼2024-12-10 11:09
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            进气道和发动机是匹配关系,进气道会根据发动机工作状态调节输气量,多余气体会通过放气口排出,高速飞行进气量远大于用气量,如果不排出就是很大阻力。另外二代机有很多是涡喷发动机,涡喷的特点是阻力小,高空性能好。涡扇高速性能差是因为风扇和前压气机的原因,速度达到一定数值,前风扇和前涡轮不在提供推力,甚至是阻力,只有核心机、加力燃烧室在提供推力。


            IP属地:山东来自Android客户端6楼2024-12-10 19:43
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              我先回答你这些问题里最接近理论的部分。
              2. 为什么减成亚音速,又为什么有超燃冲压发动机。这个是因为,气体在发动机内的流动本质上叫瑞利流,也就是带有加热的气体流动。加热热源就是燃料燃烧。这个流动有一个性质,就是加热之后总压会降低,而且流动速度越大,总压降低越多,当流动速度为0时,此时为等压过程(很多人可能听过发动机是近似等压过程,为啥近似就在这)。总压代表气体机械能。因此,为了尽量减小燃烧室内的总压损失,就必须让气体在进入燃烧室前的速度尽可能低。在常规涡扇发动机燃烧室前,都会有扩张段,面积扩张,从而让压气机后的气体速度降到很低(大概几十米到十几米每秒)的水平。
              那么从这里看,发动机燃烧室应当尽量让燃烧过程的流速降下来。超燃是咋回事?首先提一句,当流体速度大于Ma2的时候,气体的动压已经足够可以把来流压力压缩了,使用动压压缩来流的发动机叫冲压发动机。根据之前的分析,为了尽量减小气体机械能损失,需要把燃烧室内的气流速度从超声速降低至亚声速,这种模式的发动机就叫亚燃冲压发动机。当发动机马赫数继续提高的时候,总温也会随之上升,你可以认为是气体流动起来的能量,如果你在燃烧室内把他一下减速成亚声速,那么原来气体流动的动能就得有地方去,它们会变成分子内能,也就是温度上升,Ma6的来流这个温度上升能到2000度。这个温度已经跟火焰温度差不了多少了,你再喷燃料,也加入不了多少能量了(燃烧注入的能量=比热比×燃烧前后温差)。怎么办?就只能让燃烧室内的温度是超声速的,动能不让他变成内能。这时喷燃料燃烧,就还有很多升温的空间。虽然会损失气体机械能,但是只有这样才能提升气体总能量。这就是Ma5,6只能用超燃冲压的原理。


              IP属地:黑龙江来自Android客户端7楼2024-12-31 07:46
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                4,减速压缩过程不损失能量,反而是增大能量。流体在压气机内是被叶片压缩的,机械能增加,总压增加,静压增加。由于在压气机内几乎不发生换热作用,因此可以认为是绝热的。


                IP属地:黑龙江来自Android客户端8楼2024-12-31 07:52
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                  2026-02-28 11:51:20
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                  第七点,根据动量守恒,你想加速必须留下点什么,所以排出气体的速度是越大越好,燃料消耗相同,排出气体流量相同,排气速度越大比冲越高。后边一句是对的,从能量守恒去看,如果排出气体温度高于环境温度,那么这部分气体的能量就被浪费了。如何减小浪费呢?首先,设计合理的喷管,使得出口气流压力=环境压力,其次,增大气流总压。只有总压足够高,才有足够的机械能留给你在喷管里转换成动能,转换的越彻底,排气温度越低。这部分就跟前面第二点联系上了,尽量减少各个环节的总压损失(尤其是燃烧室,以及各个掺混截面,避免出现激波),同时尽可能提升增压装置(比如压气机)的总压比。这样才能提高比冲,换句话说就是提高排气速度


                  IP属地:黑龙江来自Android客户端9楼2024-12-31 08:01
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                    其他的不是二级结论就是必须结合实际结构算数来看的,我自己觉得没啥意思我就不回答了。


                    IP属地:黑龙江来自Android客户端10楼2024-12-31 08:03
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                      最后一句没太明白,我感觉你可能主要就是想问最后一句,但我没太看懂。有效功你指的是什么?效率值得又是什么?我建议你可以先看一下布莱顿循环,这个是发动机热力循环。我可以直接告诉你结论,就是发动机热效率只与增压比有关,发动机输出的总功率是热效率×燃料燃烧放热。你也能看出来,实际上提升热效率或者提升燃烧放热都能提高发动机推力。对于热效率来说,提高压气机压比是提升热效率的关键,这个提升难度很大。以前能超声速是因为开加力,直接增大燃料放热量,在加力燃烧室里再喷燃料再烧,显然输出功率上去了,超声速了,但是燃料消耗太大,比冲低,飞不远。现在发动机提升的是热效率,能在巡航状态就超声速,飞得远。
                      此处发动机指等压燃烧喷气式发动机,包括涡轮机,冲压(超,亚)发动机,不包括爆震发动机(脉冲爆震,旋转爆震,斜爆震),火箭发动机。


                      IP属地:黑龙江来自Android客户端12楼2024-12-31 11:47
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                        7楼的黑龙江朋友对流体力学和热力学的认识很清晰啊,专业,他在7楼及其后几楼的回复才是精华所在。1楼回复被封为高赞,真的是越狗屎无用的回复,在网络社会里越受欢迎。


                        IP属地:中国澳门来自Android客户端13楼2024-12-31 18:36
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