关于涡扇发动机内外涵道推力的问题,请教下大家

没错。涵道比并不是简单的面积比，而是流量比。流量比是随着速度变化而有变化的。

guojun815 发表于 2014-1-4 16:38
没错。涵道比并不是简单的面积比，而是流量比。流量比是随着速度变化而有变化的。
这个我懂,起飞的时候,涵道比肯定要比巡航的时候要小一点.

guojun815 发表于 2014-1-4 16:38
没错。涵道比并不是简单的面积比，而是流量比。流量比是随着速度变化而有变化的。
我的意思是,巡航状态下,涵道比固定的情况下,涵道比是不是≠外内涵的推力之比?

PolarBaby 发表于 2014-1-4 16:59
我的意思是,巡航状态下,涵道比固定的情况下,涵道比是不是≠外内涵的推力之比?
是的，任何时候都不等于。

CJQS 发表于 2014-1-4 17:36
是的，任何时候都不等于。
谢谢.凑字凑字

CJQS 发表于 2014-1-4 17:36
是的，任何时候都不等于。
还有一个小问题,相同流量下,内涵道流量所产生的推力是不是要大于外涵道流量的推力?

内涵道是航空汽油燃烧产生的高温高压的燃气，外涵道就是流经的空气

wawa02002 发表于 2014-1-4 18:05
内涵道是航空汽油燃烧产生的高温高压的燃气，外涵道就是流经的空气
这个我知道,也就是说,相同体积下,内涵道空气也就是燃气,在推力上还是大于外涵道的,对吧?

内涵道就是一涡喷，涡喷能产生多大推力你知道吧

dbkj1 发表于 2014-1-4 18:20
内涵道就是一涡喷，涡喷能产生多大推力你知道吧
明白了.凑字

不存在单纯的内外涵道推力的说法
内涵高压高热气流使得外涵的低温气流膨胀这部分增加的推力相当重要

推力＝流量×喷流相对于外界大气的速度差。
高速下，外函道喷流相对于外界大气速度已经很小了。不管流量多大，几乎不产生推力了。

我明白了,这就是为什么有的大涵比涡扇采用内外涵合流喷射的方式. 可是为什么大部分大涵比涡扇发动机采用的都是内外涵分流呢?

百臂巨人 发表于 2014-1-4 18:29
不存在单纯的内外涵道推力的说法
内涵高压高热气流使得外涵的低温气流膨胀这部分增加的推力相当重要

我明白了,这就是为什么有的大涵比涡扇采用内外涵合流喷射的方式. 可是为什么大部分大涵比涡扇发动机采用的都是内外涵分流呢?

raptorlead 发表于 2014-1-4 18:31
推力＝流量×喷流相对于外界大气的速度差。
高速下，外函道喷流相对于外界大气速度已经很小了。不管流量多 ...
这个高速下的速度值大致上是多少呢? 高于1000KM/h?

PolarBaby 发表于 2014-1-4 17:58
还有一个小问题,相同流量下,内涵道流量所产生的推力是不是要大于外涵道流量的推力?
是的，内涵气流速度快，同流量推力高

但产生同样推力，内涵的油耗也高……直道音速为止

这个高速下的速度值大致上是多少呢? 高于1000KM/h?
大函道比涡扇推力随速度增加不断下降，500（具体数字我不知道）过后就可能急剧下降。主要是外函道原因造成。

raptorlead 发表于 2014-1-4 18:52
大函道比涡扇推力随速度增加不断下降，500（具体数字我不知道）过后就可能急剧下降。主要是外函道原因造 ...
那大涵道的燃油效率在高于多少KM/h的速度下,会不及涡喷呢?用不着非得音速下吧?

PolarBaby 发表于 2014-1-4 18:36
我明白了,这就是为什么有的大涵比涡扇采用内外涵合流喷射的方式. 可是为什么大部分涡扇发动机采用的都是 ...
小涵道基本都是混合的

涡扇的增推原理很简单

就是动量等于mv，而动能等于1/2mv^2，同样的动能，如果v越小m越大，就能获得更大的动量。
早期发动机是特化设计，会直接在核心机上减少v，但是核心喷气的v基本就是涡轮后压力和大气压力之比决定的，这样的方向去优化推进效率，出来的就是一个涡轮级数非常多，压比低，但是压气机半径很大的玩意，燃油效率提高的同时功重比大概要往回走。
增加一个外涵道就方便了，可以通过混合外涵气流来增加最终喷气的m和减少喷气的v，核心机则可以专注于提升压比，而同一个压气机，只需要搭配不同的涵道就能适应不同场合的需求。
里面流量和推力不精确的换算关系，大概是总流量每大300%，推力增加100%。

但是……现代核心机的压比实在是太高太高了，拿来做小涵道比涡扇都效率不足。
结果大涵道比和小涵道比的核心机设计就又再度分离了（然后某总师在我国四代核心机上用了这种思想，几乎断送了我国第一款四代航发的实用价值），现在的大涵道发动机的核心机有10多级压气机，30甚至更高的压比；而军发的核心机则结构简单压气机级数少，压比12就足够。

分别排气的发动机，内外函排气界面上的设计条件是排气速度相等，所以设计点状态下基本上内/外涵的动量推力之比就是等于涵道比的。。。
这是一个基本的设计假设，因为自由空间内（等压）实际两股气流相邻（静压相等）但是速度不等的情况下，流场是不稳定的，速度大的（总压大）一气流会膨胀减速，相应速度小（总压小）的一股会被压缩，经过一段距离后两股气流速度趋于一致。
这正是分别排气发动机喷口之后的流场形态，而这个转换的实际长度很短，基本在喷口附近就完成了，所以为了简化设计过程，通常假定分别排气发动机内外涵气流界面上速度是一致的，这和实际情况差异很小。
混合排气的发动机的设计假设则是混合器内的掺混界面上静压相等，因为在混合器内，内外涵的界面是固定的壁面（等容）所以这时界面处的等压条件就成了流场稳定的必要条件。
风扇排气的排气速度可以用压比来计算，比如200m/s下海平面的自由来流总压是静压（1大气压）+动压（0.5*空气密度*速度的平方）大概等于125kpa. 单级风扇的压比一般在1.5左右，那么经过风扇之后总压提高到187kpa，在根据之前那个公式倒着算回去，得出喷流的速度大概是377m/s，对外涵道流量100kg/s的发动机，动量差的推力大概就是（377-200）*100=17.7 KN
而涡喷机同样的200m/s, 100kg/s，因为气流全通过发动机，压比超过10，按10算，排气速度有1500m/s以上，推力高达130kN,这就是涡喷单位推力大的原因。
上面的算法是不考虑流动损失的，实际上在空气的压缩/膨胀过程中必然伴随总压损失（机械能变成热能）使得总压降低总温上升，而低速大涵道在跨/超音速段开始激波损失急速增加，总压损失过大以致通过风扇增加的机械能完全变成热能损失掉，就无法产生推力了。

分别排气的发动机，内外函排气界面上的设计条件是排气速度相等，所以设计点状态下基本上内/外涵的动量推力之比就是等于涵道比的。。。
这是一个基本的设计假设，因为自由空间内（等压）实际两股气流相邻（静压相等）但是速度不等的情况下，流场是不稳定的，速度大的（总压大）一气流会膨胀减速，相应速度小（总压小）的一股会被压缩，经过一段距离后两股气流速度趋于一致。
这正是分别排气发动机喷口之后的流场形态，而这个转换的实际长度很短，基本在喷口附近就完成了，所以为了简化设计过程，通常假定分别排气发动机内外涵气流界面上速度是一致的，这和实际情况差异很小。
混合排气的发动机的设计假设则是混合器内的掺混界面上静压相等，因为在混合器内，内外涵的界面是固定的壁面（等容）所以这时界面处的等压条件就成了流场稳定的必要条件。
风扇排气的排气速度可以用压比来计算，比如200m/s下海平面的自由来流总压是静压（1大气压）+动压（0.5*空气密度*速度的平方）大概等于125kpa. 单级风扇的压比一般在1.5左右，那么经过风扇之后总压提高到187kpa，在根据之前那个公式倒着算回去，得出喷流的速度大概是377m/s，对外涵道流量100kg/s的发动机，动量差的推力大概就是（377-200）*100=17.7 KN
而涡喷机同样的200m/s, 100kg/s，因为气流全通过发动机，压比超过10，按10算，排气速度有1500m/s以上，推力高达130kN,这就是涡喷单位推力大的原因。
上面的算法是不考虑流动损失的，实际上在空气的压缩/膨胀过程中必然伴随总压损失（机械能变成热能）使得总压降低总温上升，而低速大涵道在跨/超音速段开始激波损失急速增加，总压损失过大以致通过风扇增加的机械能完全变成热能损失掉，就无法产生推力了。

百臂巨人 发表于 2014-1-4 18:29
不存在单纯的内外涵道推力的说法
内涵高压高热气流使得外涵的低温气流膨胀这部分增加的推力相当重要
你说的是混合排气的，大涵道比涡扇大多不是混合排气的。

yr_linyi 发表于 2014-1-4 19:21
分别排气的发动机，内外函排气界面上的设计条件是排气速度相等，所以设计点状态下基本上内/外涵的动量推力 ...
能否通俗一点解释一下,为什么大涵比涡扇的主流都是内外涵分流的? 是因为燃油效率更高吗?

百臂巨人 发表于 2014-1-4 18:59
小涵道基本都是混合的

涡扇的增推原理很简单
低压部分差异和对耗油率的追求而已，大涵道比涡扇大多是单级风扇，压比不高，为了有较高的总压比，压气机段的压比自然要高些。

内外涵混合提高总体流速 主要是流量提升太明显……

毛子的PS90就是混合排气的大涵比涡扇

jjyybear 发表于 2014-1-4 20:10
内外涵混合提高总体流速 主要是流量提升太明显……
油耗是否会更高? 主流大涵比涡扇都是分流的

商业客机的大涵道比发动机外涵道的推力远高于内涵道推力。

到了高空空气稀薄外涵道作用明显下降

内涵道就是一涡喷，涡喷能产生多大推力你知道吧
由于这个涡喷还把主要的能量转化为风扇的能量，推力就更悲剧了，所以有人说内涵到那点推力就是废物利用

PolarBaby 发表于 2014-1-4 17:58
还有一个小问题,相同流量下,内涵道流量所产生的推力是不是要大于外涵道流量的推力?
看低压涡轮把多少内涵道动能转化成了风扇的动力。

PolarBaby 发表于 2014-1-4 18:36
我明白了,这就是为什么有的大涵比涡扇采用内外涵合流喷射的方式. 可是为什么大部分大涵比涡扇发动机采 ...
涵道比太大了就不容易合在一起，而大涵道比对巡航时的经济性作用更明显。

内涵道排出的能量是有很大部分是含有热能的，外涵道能直接转化成机械动能

PolarBaby 发表于 2014-1-4 18:38
这个高速下的速度值大致上是多少呢? 高于1000KM/h?
除了超燃冲压发动机，其他吸气式喷气发动机的燃烧室的气流速度都是亚音速。而且为了保证风扇安全，进所速度也是亚音速的，外函道的气流虽然经过风扇压缩、内函道加热和尾部面积变化等过程，但其对气流的加速作用有限。外函道尾气超过音速是可能的，但能超过得很有限。

这个贴是用来炸出懂发动机的CDer的

PolarBaby 发表于 2014-1-4 18:58
那大涵道的燃油效率在高于多少KM/h的速度下,会不及涡喷呢?用不着非得音速下吧?
理论上可以，实际上我不知道哪个型号可以，因为不会有那么大涵道比的机型去最求超音速性能的。
你可以查一下客机的巡航速度，理论上那接近发动机较率最高时的速度。至于什么时候不及涡喷……先解决音障吧。

是的

外涵道气流速度低,推力小,燃烧室的尾气流速高,推力大.

其实涵道比直接影响着发动机的经济巡航速度区间.涵道比越大,经济巡航速度就越低.  

emellzzq 发表于 2014-1-4 21:08
涵道比太大了就不容易合在一起，而大涵道比对巡航时的经济性作用更明显。
有道理.类似GE90那样的涵道比,那样的风扇尺寸的发动机,似乎很难将内外涵道合流了......