航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的專題培訓(xùn)課件

航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的概論

發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)上的動(dòng)力裝置。自從人類嘗試進(jìn)行有翼飛行器飛行以來(lái)，經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次失敗，只是在使用了活塞式內(nèi)燃機(jī)以后，才在20世紀(jì)初把第一架飛機(jī)送上藍(lán)天。二戰(zhàn)后,由于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的迅速發(fā)展,活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)逐漸被淘汰。20世紀(jì)60年代，由于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的問(wèn)世，大大降低了耗油率，才有可能設(shè)計(jì)制造成大型噴氣飛機(jī)，大幅度提高載重量和航程。燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)大大提高了戰(zhàn)斗機(jī)的性能，使其飛行速度達(dá)到2倍以上的音速。直到現(xiàn)在還被廣泛應(yīng)用于各種類型的飛機(jī)上。2023/6/92NPU--ZhaoMing

航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究工作的特點(diǎn)技術(shù)難度大一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)有十幾個(gè)部件和系統(tǒng)及數(shù)萬(wàn)個(gè)零件研制一種新的發(fā)動(dòng)機(jī)需要1萬(wàn)小時(shí)的整機(jī)試驗(yàn)和10萬(wàn)小時(shí)的部件和系統(tǒng)試驗(yàn)。周期長(zhǎng)先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的研制周期為9-15年，F(xiàn)119從1986年開(kāi)始到2005年投入使用，前后達(dá)19年。費(fèi)用高F119的研制費(fèi)用超過(guò)20億美元；發(fā)動(dòng)機(jī)的研究和發(fā)展費(fèi)用占航空總費(fèi)用的1/4。2023/6/93NPU--ZhaoMing軍用發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)要求A性能要求，包括地面臺(tái)架性能和空中飛行性能（推力和耗油率）、起動(dòng)性能、加減速性能、引氣量、功率提取和過(guò)載；

B適用性要求，包括發(fā)動(dòng)機(jī)在飛行包線內(nèi)穩(wěn)定工作和油門(mén)桿使用不受限制，加力接通、切斷不受限制，飛行狀態(tài)變化、極限機(jī)動(dòng)狀態(tài)等時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作；

C結(jié)構(gòu)和安裝要求，包括安裝節(jié)位置、外廓尺寸、重量和重心位置；

2023/6/94NPU--ZhaoMing

D可靠性要求包括發(fā)動(dòng)機(jī)壽命和工作循環(huán)、發(fā)動(dòng)機(jī)各狀態(tài)連續(xù)工作時(shí)間和平均故障時(shí)間；E維修性要求，包括發(fā)動(dòng)機(jī)外場(chǎng)可更換件的更換時(shí)間、每飛行小時(shí)的平均維修工時(shí)和更換發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)間等；

F其他要求，如滿足飛機(jī)隱身要求的紅外信號(hào)和雷達(dá)反射特性以及飛行控制的矢量推力。2023/6/95NPU--ZhaoMing航空發(fā)動(dòng)機(jī)分類：在過(guò)去的一個(gè)航空百年里，人類所使用的主要的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，可分為兩大類:1、活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻方式（液冷式、氣冷式）。氣缸排列方式(星形、V形、直列式、對(duì)列式、X形)2、空氣噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)壓氣機(jī)（沖壓式發(fā)動(dòng)機(jī)、脈動(dòng)式發(fā)動(dòng)機(jī)）。有壓氣機(jī)（渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)、漿扇發(fā)動(dòng)機(jī)）。2023/6/96NPU--ZhaoMing2023/6/97NPU--ZhaoMing

航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的基本類型按照做功方式分五種基本類型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)（渦噴）（WP）渦輪螺漿發(fā)動(dòng)機(jī)（渦漿）（WJ）渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)（渦扇）（WS）渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)（渦軸）（WZ）螺漿風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)（漿扇）(JS)2023/6/98NPU--ZhaoMing

1、WP主要部件：進(jìn)氣裝置、壓氣機(jī)，燃燒室，燃?xì)鉁u輪，尾噴管,(加力燃燒室)特點(diǎn)：(1)渦輪只帶動(dòng)壓氣機(jī)壓縮空氣。(2)發(fā)動(dòng)機(jī)的全部推力來(lái)自高速噴出的燃?xì)馑a(chǎn)生的反作用力。2023/6/99NPU--ZhaoMing

2、WJ主要部件：壓氣機(jī),燃燒室,燃?xì)鉁u輪,尾噴管,減速器特點(diǎn)：

渦輪不僅帶動(dòng)壓氣機(jī)壓縮空氣，還帶動(dòng)螺漿產(chǎn)生拉力。發(fā)動(dòng)機(jī)推力來(lái)自兩個(gè)部分，一部分是由高速噴出的燃?xì)馑a(chǎn)生的反作用力（10%），一部分渦輪帶動(dòng)螺漿產(chǎn)生前進(jìn)的拉力（90%）。

2023/6/910NPU--ZhaoMing3、WS主要部件：風(fēng)扇、外涵道、內(nèi)涵道（壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪），尾噴管特點(diǎn)：發(fā)動(dòng)機(jī)的推力是內(nèi)外涵道氣流反作用力的總和。涵道比（流量比）：外、內(nèi)涵道空氣流量之比。2023/6/911NPU--ZhaoMing4、WZ發(fā)動(dòng)機(jī)主要部件：進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室、動(dòng)力渦輪、自由渦輪、尾噴管特點(diǎn)：通常帶有自由渦輪，而其他形式的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)一般沒(méi)有自由渦輪。2023/6/912NPU--ZhaoMing5槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)螺槳風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)是一種介于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)和渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)之間的一種發(fā)動(dòng)機(jī)形式。它既可看作帶除去外涵道的大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，又可看作高速先進(jìn)螺槳的渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)，因而兼有前者飛行速度高和后者耗油率低的優(yōu)點(diǎn)。目前正處于研究和實(shí)驗(yàn)階段。

槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)的概念研究始于70年代中期。80年代后半期已完成地面和飛行驗(yàn)證試驗(yàn)，基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。由于航空公司的綜合經(jīng)濟(jì)因素和公眾接受心理等種種原因，槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)尚未進(jìn)入實(shí)用階段。2023/6/913NPU--ZhaoMing槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件是先進(jìn)高速螺槳，它帶有多個(gè)寬弦、薄葉型的后掠槳葉，能在飛行馬赫數(shù)0.8下保持較高的效率，見(jiàn)圖1－6。槳扇由渦輪驅(qū)動(dòng)，無(wú)涵道外殼，裝有減速器，從這些來(lái)看它有一點(diǎn)象螺旋槳；但是它的直徑比普通螺旋槳小，葉片數(shù)目也多（一般有6-8葉），葉片又薄又寬，而且前緣后掠，這些又有些類似于風(fēng)扇葉片。2023/6/914NPU--ZhaoMing使用最廣泛的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)：加力的渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)加力的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的共同特點(diǎn)：獲得高溫高壓燃?xì)?；利用著部分燃?xì)猱a(chǎn)生推力或機(jī)械功（在尾噴管內(nèi)繼續(xù)膨脹，高速噴出產(chǎn)生推力；或者在后續(xù)渦輪內(nèi)繼續(xù)膨脹獲得機(jī)械功，帶動(dòng)風(fēng)扇、螺漿或其它裝置）2023/6/915NPU--ZhaoMing

核心發(fā)動(dòng)機(jī)（燃?xì)獍l(fā)生器）：發(fā)生燃?xì)獾牟考磯簹鈾C(jī)、燃燒室和渦輪稱為燃?xì)獍l(fā)生器。由于它處于發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部位，故又稱為核心發(fā)動(dòng)機(jī)。對(duì)單轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)講，就是指壓氣機(jī)、主燃燒室的帶動(dòng)壓氣機(jī)的渦輪；對(duì)雙轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)講，就是指高壓壓氣機(jī)、主燃燒室和高壓渦輪。以核心機(jī)為基礎(chǔ)，增添不同類型的部件就可以發(fā)展成不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)。2023/6/916NPU--ZhaoMing燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的主要性能參數(shù)推力

單位推力推重比單位迎面推力單位燃油消耗率增壓比渦輪前燃?xì)鉁囟群辣?023/6/917NPU--ZhaoMing

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的基本機(jī)理---噴氣推進(jìn)原理：噴氣推進(jìn)是牛頓第三定律（作用在物體上的每一個(gè)力都有一方向相反大小相等的反作用力）的實(shí)際應(yīng)用。噴氣式飛機(jī)飛行時(shí)，它向后高速噴出大量氣體，這表明發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)噴出的氣體作用了“力”。根據(jù)牛頓第三定律（就飛機(jī)推進(jìn)而言，“物體”是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)受到加速的大氣中的空氣），該高速氣體也必然會(huì)給發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)大小相等方向相反的反作用力，使飛機(jī)向前運(yùn)動(dòng)。高速噴出的氣體給發(fā)動(dòng)機(jī)的這一反作用力，就稱為噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的推力，噴出的氣體越多，速度越大，所產(chǎn)生的推力也就越大。2023/6/918NPU--ZhaoMing

燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)

2023/6/919NPU--ZhaoMing壓氣機(jī)作用：用來(lái)提高進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的空氣壓力，供給發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)所需要的壓縮空氣。為座艙增壓、渦輪散熱和其它發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)提供壓縮空氣。結(jié)構(gòu)類型：軸流式離心式混合式主要性能指標(biāo)：增壓比效率外廓尺寸和重量工作可靠性制造和維修費(fèi)用2023/6/920NPU--ZhaoMing軸流式壓氣機(jī)的特點(diǎn):增壓比高、效率高、單位空氣流量大。在相同迎風(fēng)面積下，軸流式比離心式吸入的空氣多得多，產(chǎn)生的推力更大。通過(guò)增加級(jí)數(shù)就能增加增壓比。高增壓比有利于采用軸流式壓氣機(jī)，因?yàn)樗纳屏诵剩⑦M(jìn)而改善了給定推力下的耗油率。在大、中推力發(fā)動(dòng)機(jī)上，普遍采用軸流式壓氣機(jī)。2023/6/921NPU--ZhaoMing

離心式壓氣機(jī)的特點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、結(jié)實(shí)可靠，容易制造和發(fā)展，生存力強(qiáng)、特性比較平穩(wěn)、級(jí)增壓比高等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用在小型發(fā)動(dòng)機(jī)采用。主要用于教練機(jī)、導(dǎo)彈、靶機(jī)上的小型動(dòng)力裝置和輔助動(dòng)力裝置。在直升機(jī)的動(dòng)力裝置中采用混合式壓氣機(jī)。

2023/6/922NPU--ZhaoMing軸流式壓氣機(jī)的構(gòu)成：由轉(zhuǎn)子和靜子組成。轉(zhuǎn)子是一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)對(duì)氣流作功的組合件，包括輪盤(pán)、鼓筒、葉片等。從受力的角度分析：轉(zhuǎn)子都是在高速轉(zhuǎn)速下工作，慣性負(fù)荷（離心力很大，而氣體力不大。靜子是靜子組合件的總稱，包括機(jī)匣和整流器。靜子所承受的負(fù)荷基本上是氣體力和力矩，以及周期性的慣性力。2023/6/923NPU--ZhaoMing壓氣機(jī)的主要特點(diǎn):從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度來(lái)講，轉(zhuǎn)速高，每分鐘達(dá)數(shù)千或數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)（如JT8D-9發(fā)動(dòng)機(jī)高、低壓轉(zhuǎn)速分別為12250、8600r/min）。轉(zhuǎn)速高的優(yōu)點(diǎn)：可以使壓氣機(jī)在尺寸小重量輕的條件下，得到所需的性能（即給定的空氣流量和增壓比），滿足發(fā)動(dòng)機(jī)性能設(shè)計(jì)的最基本要求。轉(zhuǎn)速高的缺點(diǎn)：在高轉(zhuǎn)速條件下，轉(zhuǎn)子零件及其連接處要承受巨大的慣性力、氣體力、扭矩和復(fù)雜的振動(dòng)負(fù)荷。若零件型面和傳力方案設(shè)計(jì)不當(dāng)，工作時(shí)就有破壞損壞的危險(xiǎn)。若轉(zhuǎn)子零、組件的定心方案不妥，轉(zhuǎn)子裝配不當(dāng)，平衡不好，橫向剛性不足，當(dāng)壓氣機(jī)高轉(zhuǎn)速工作時(shí)，轉(zhuǎn)子就會(huì)發(fā)生劇烈振動(dòng)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作。

轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題就是針對(duì)這些缺點(diǎn)而進(jìn)行的。2023/6/924NPU--ZhaoMing壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子上的負(fù)荷:見(jiàn)圖3－5轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需要解決的基本矛盾：

在考慮到尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好的前提下，轉(zhuǎn)子零、組件間其連接處應(yīng)保證可靠的傳力（對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起決定作用的負(fù)荷是葉片和轉(zhuǎn)子的離心力、彎矩和扭矩），良好的定心和平衡、足夠的剛性。這些就是壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子方案設(shè)計(jì)所應(yīng)遵循的基本原則，也是分析各種轉(zhuǎn)子方案的基本原則。

2023/6/925NPU--ZhaoMing壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的基本結(jié)構(gòu)型式1鼓式轉(zhuǎn)子2盤(pán)式轉(zhuǎn)子3盤(pán)鼓式（混合式）轉(zhuǎn)子

壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的基本型式

2023/6/926NPU--ZhaoMing轉(zhuǎn)子葉片與輪盤(pán)的連接轉(zhuǎn)子葉片的組成：轉(zhuǎn)子葉片是軸流式壓氣機(jī)最重要的零件之一。它主要由葉身和榫頭組成。在有些長(zhǎng)葉片上，或者在激振力比較強(qiáng)的區(qū)域內(nèi)工作的葉片葉身上還帶有阻尼臺(tái)。2023/6/927NPU--ZhaoMing軸流式壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片榫頭的型式（1）銷(xiāo)釘式榫頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝簡(jiǎn)單；尺寸重量大，承載能力低（2）燕尾形榫頭尺寸小、重量輕，承載能力強(qiáng)，加工方便，根部有應(yīng)力集中。（3）樅樹(shù)形榫頭尺寸重量小，承載能力最強(qiáng)。應(yīng)力集中最嚴(yán)重，加工精度高2023/6/928NPU--ZhaoMing2023/6/929NPU--ZhaoMing2023/6/930NPU--ZhaoMing靜子部件的組成：

靜子是壓氣機(jī)中不旋轉(zhuǎn)的部分。整流器機(jī)匣，整流器

（由機(jī)匣和靜子葉片組成）機(jī)匣靜子葉片2023/6/931NPU--ZhaoMing整流器機(jī)匣的結(jié)構(gòu)

（1）是一個(gè)圓柱形或圓錐形的薄壁圓筒

（2）前后與其它機(jī)匣聯(lián)接，

（3）內(nèi)壁上有固定整流葉片的各種型式的構(gòu)槽，

（4）發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子支承在機(jī)匣內(nèi)，有些發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝節(jié)以及一些附件和導(dǎo)管還固定在機(jī)匣外壁上。

整流器機(jī)匣的負(fù)荷靜子的重量、慣性力、內(nèi)外空氣壓差、扭矩、軸向力、彎矩、熱載荷、振動(dòng)載荷。它是發(fā)動(dòng)機(jī)的主要承力殼體之一，也是氣流通道的外壁。2023/6/932NPU--ZhaoMing整流器機(jī)匣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求

（1）重量輕，具有足夠的強(qiáng)度，可靠承受各種載荷；

（2）具有足夠的剛度，保證在各種載荷作用下，機(jī)匣的徑向、橫向變形在允許范圍之內(nèi)；

（3）保證各段機(jī)匣之間的同心和機(jī)匣與轉(zhuǎn)子的同心；

（4）具有包容性，保證在葉片折斷或輪盤(pán)破裂不被擊穿；

（5）采取措施減少漏氣損失和與轉(zhuǎn)子之間的徑向間隙，提高壓氣機(jī)效率；

（6）裝配方便,工藝性好,維修性好,具有可檢測(cè)性。

2023/6/933NPU--ZhaoMing整流器機(jī)匣的結(jié)構(gòu)方案

(1)整體式

(2)分半式(縱剖結(jié)構(gòu))

(3)分段式(橫剖結(jié)構(gòu))2023/6/934NPU--ZhaoMing整流器安裝在機(jī)匣內(nèi)，位于兩級(jí)轉(zhuǎn)子之間，因此轉(zhuǎn)子和機(jī)匣的方案決定整流器的方案。在鑄造的分半機(jī)匣內(nèi)，由于機(jī)匣壁較厚，整流葉片可以用不同形式的榫頭直接固定在機(jī)匣內(nèi)壁的特制環(huán)槽內(nèi)。整流葉片在機(jī)匣上的直接固定形式

1、用榫頭；

2、用螺釘；

3、通過(guò)焊接。2023/6/935NPU--ZhaoMing整流器的固定方式

有些整流器是有內(nèi)環(huán)的（雙支點(diǎn)）；

有些則沒(méi)有內(nèi)環(huán)（單支點(diǎn)）；

有些整流器前幾級(jí)為雙支點(diǎn)，后幾級(jí)則為單支點(diǎn)。

作用在整流器葉片上的氣動(dòng)負(fù)荷是不大的，但是由于氣流脈動(dòng)導(dǎo)致葉片振動(dòng)裂紋卻往往是葉片損壞的一個(gè)主要原因。因此，將葉片內(nèi)端聯(lián)接起來(lái)組成雙支點(diǎn)整流器，是提高葉片自振頻率的一個(gè)基本措施。

2023/6/936NPU--ZhaoMing應(yīng)用附屬裝置的原因

為保證壓氣機(jī)正常而有效地工作，除主要組合件外，在軸流式壓氣機(jī)上還有一些附屬裝置和系統(tǒng)。

主要的附屬裝置和系統(tǒng)

?封氣裝置

?防冰系統(tǒng)

?防喘振系統(tǒng)

?壓氣機(jī)氣流控制系統(tǒng)

?間隙控制裝置2023/6/937NPU--ZhaoMing封氣裝置

原因：在壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子和靜子之間，轉(zhuǎn)子前、后端面與機(jī)匣間都存在著漏氣損失，嚴(yán)重影響著壓氣機(jī)的效率。

減少漏氣量的方法：

1、正確選擇合適的間隙

2、采用封氣裝置2023/6/938NPU--ZhaoMing防冰系統(tǒng)

原因：冰層會(huì)破壞發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。

（1）冰層會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣面積縮小，減小了通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流量，從而引起發(fā)動(dòng)機(jī)性能損失并可能使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障。

（2）由于發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)，冰層可能破裂，破裂的冰塊可能被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，打傷葉片，甚至使整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)破壞。

防冰系統(tǒng)必須保證在飛機(jī)飛行范圍內(nèi)有效地防止結(jié)冰。

2023/6/939NPU--ZhaoMing功能：渦輪是將高溫高壓燃?xì)獾哪芰哭D(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能和機(jī)械能的葉輪機(jī)械。氣流在渦輪中轉(zhuǎn)彎膨脹產(chǎn)生機(jī)械功從而帶動(dòng)壓氣機(jī)、風(fēng)扇、螺旋槳、直升機(jī)旋翼及附件傳動(dòng)系統(tǒng)等。2023/6/940NPU--ZhaoMing渦輪部件的基本構(gòu)成轉(zhuǎn)子部件轉(zhuǎn)子葉片渦輪盤(pán)渦輪軸軸承系統(tǒng)、封嚴(yán)系統(tǒng)的構(gòu)件。

靜子部件：導(dǎo)向葉片（又稱靜子葉片、簡(jiǎn)稱導(dǎo)葉）渦輪機(jī)匣軸承座承力機(jī)匣及各種靜子件；有葉片排的流道構(gòu)成了渦輪的主燃?xì)鈿饬髁鞯?；一排?dǎo)向葉片及緊跟其后的一排轉(zhuǎn)子葉片構(gòu)成一個(gè)渦輪級(jí)；多級(jí)渦輪是由多個(gè)渦輪級(jí)組成。含導(dǎo)向葉片排的組件稱為導(dǎo)向器；含轉(zhuǎn)子葉片的組件稱為工作輪。2023/6/941NPU--ZhaoMing軸流式渦輪和向心（徑向式）渦輪結(jié)構(gòu)類型：按燃?xì)饬鲃?dòng)的方向分為徑向式渦輪與軸流式渦輪。徑向式渦輪（又稱向心式渦輪）：燃?xì)馔ǔＳ赏鈬飨蛑行摹Ｌ攸c(diǎn)：級(jí)功率大，工作可靠性好。應(yīng)用：小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)、小型燃?xì)廨啓C(jī)等。軸流式渦輪特點(diǎn)：尺寸小，流量大，效率高。應(yīng)用：大型航空發(fā)動(dòng)機(jī)、大功率的動(dòng)力裝置等。

2023/6/942NPU--ZhaoMing渦噴6發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪部件組成：?jiǎn)无D(zhuǎn)子雙級(jí)軸流式渦輪，由轉(zhuǎn)子、靜子兩部分組成。渦輪轉(zhuǎn)子是懸臂不可拆卸的鼓盤(pán)式轉(zhuǎn)子，兩級(jí)轉(zhuǎn)子葉片借樅樹(shù)形榫頭安裝在相應(yīng)的輪盤(pán)上，并用鎖片固定。渦輪靜子由前后兩段組成，前段為能傳遞負(fù)荷的一級(jí)導(dǎo)向器，后段為具有雙層冷卻機(jī)匣的二級(jí)導(dǎo)向器。圖4-2渦噴6發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪部件2023/6/943NPU--ZhaoMing盤(pán)與軸連接的方式：不可拆式、可拆式

不可拆式：焊接、徑向銷(xiāo)釘、盤(pán)軸鍛制成整體件徑向銷(xiāo)釘優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便，強(qiáng)度、剛度均較滿意，具有一定的熱節(jié)流作用。應(yīng)用：WP6WP7

2023/6/944NPU--ZhaoMing組成：渦輪機(jī)匣（渦輪外環(huán)或渦輪殼體）、導(dǎo)向器、渦輪的支承及傳力系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求：(與壓氣機(jī)靜子相比)設(shè)計(jì)中要解決以下特殊矛盾(1)渦輪機(jī)匣除要求剛性均勻，不產(chǎn)生翹曲變形外，還要保證盡可能小的葉尖間隙，以提高渦輪部件的效率，又要保證工作時(shí)轉(zhuǎn)子與靜子不致碰壞。(2)導(dǎo)向器承受高溫燃?xì)鉀_擊，要處理好傳力和自由膨脹的問(wèn)題。(3)在結(jié)構(gòu)上不僅要滿足導(dǎo)向器排氣面積的變化,而且要考慮熱應(yīng)力、熱疲勞、熱變形以及熱沖擊等的影響。

2023/6/945NPU--ZhaoMing渦輪機(jī)匣大多采用整體式。為了裝配方便，采用軸向分段。近代發(fā)動(dòng)機(jī)采用單元體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，一般將高低壓渦輪劃分為兩個(gè)單元，因此渦輪機(jī)匣按高低壓段沿軸向劃為兩段。分段處采用圓柱面定心。有的發(fā)動(dòng)機(jī)在裝配時(shí)靠千萬(wàn)表調(diào)整所需的位置，再用精密螺栓固定（見(jiàn)圖4-32），有的發(fā)動(dòng)機(jī)靠安裝邊上的緊度銷(xiāo)釘來(lái)定心（見(jiàn)圖4-33）。2023/6/946NPU--ZhaoMing渦輪機(jī)匣結(jié)構(gòu)分析的兩個(gè)主要問(wèn)題：渦輪機(jī)匣與工作葉片之間的徑向間隙對(duì)渦輪效率影響很大。根據(jù)估計(jì)，一臺(tái)先進(jìn)的雙級(jí)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)若徑向間隙增加1mm，則渦輪效率降低約2.5%，將引起發(fā)動(dòng)機(jī)耗油率增加約2.5%，所以在進(jìn)行渦輪機(jī)匣分析時(shí)：1、要保證渦輪的徑向間隙沿圓周方向均勻分布；2、要盡量減小徑向間隙，又不使轉(zhuǎn)子與機(jī)匣發(fā)生碰撞事故。

2023/6/947NPU--ZhaoMing影響渦輪的徑向間隙的因素主要有：1、工作時(shí)由于離心力和熱膨脹引起葉片和輪盤(pán)的伸長(zhǎng)；2、工作時(shí)機(jī)匣受熱膨脹及不均勻變形；3、高溫工作帶來(lái)轉(zhuǎn)子的蠕變伸長(zhǎng)等4、轉(zhuǎn)子和靜子的偏心度（由于加工誤差、機(jī)匣剛性、支點(diǎn)徑向間隙、轉(zhuǎn)子重量造成下垂所引起）及橢圓和翹曲變形等；5、結(jié)構(gòu)型式帶來(lái)的工作中徑向間隙的變化。6、發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)。

徑向間隙還隨發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的變化而變化.特別是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)渡工作時(shí)，徑向間隙值取決于轉(zhuǎn)子對(duì)轉(zhuǎn)速和溫度變化的響應(yīng)及靜子機(jī)匣對(duì)溫度變化的響應(yīng)速度。2023/6/948NPU--ZhaoMing

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，人為地控制機(jī)匣和轉(zhuǎn)子的膨脹量，使轉(zhuǎn)子與靜子的熱響應(yīng)達(dá)到較好的匹配，以保證徑向間隙最小，這叫做主動(dòng)間隙控制技術(shù)，主動(dòng)間隙控制技術(shù)的兩種形式：閉式回路、開(kāi)式回路閉式回路：感受間隙、調(diào)節(jié)間隙開(kāi)式回路：間隙按照預(yù)先給定的程序進(jìn)行調(diào)整，調(diào)節(jié)的精度取決于預(yù)先給定的指令與具體結(jié)構(gòu)的措施。主動(dòng)間隙控制裝置：氣動(dòng)式、機(jī)械式氣動(dòng)式：通過(guò)環(huán)繞在機(jī)匣外面的幾根導(dǎo)管向機(jī)匣噴射冷卻空氣，以控制機(jī)匣的膨脹。機(jī)械式：為RB211發(fā)動(dòng)機(jī)可移動(dòng)式葉尖間隙控制環(huán)，其特點(diǎn)是利用通道外壁的擴(kuò)散形，通過(guò)一個(gè)搖臂使動(dòng)葉外環(huán)做軸向移動(dòng)，以調(diào)整葉尖間隙。2023/6/949NPU--ZhaoMing渦輪導(dǎo)向器功能：導(dǎo)向器的功用是使氣流的部分熱能變成動(dòng)能，并以一定的方向流出，推動(dòng)工作輪做功。組成：它是由內(nèi)、外環(huán)和一組導(dǎo)向葉片組成的環(huán)形靜止葉柵主要問(wèn)題：高溫燃?xì)庾饔孟?，不作為承力件熱變形不協(xié)調(diào)，自由熱補(bǔ)償交變溫度、熱沖擊、熱疲勞、加溫冷卻設(shè)計(jì)要求足夠的強(qiáng)度與剛性；減小熱應(yīng)力；導(dǎo)向葉片不作傳力件；可分解的、便于制造和更換。材料：高溫合金結(jié)構(gòu)：實(shí)心葉片（鑄造方便、但葉片內(nèi)熱應(yīng)力較大）空心葉片(精鑄工藝復(fù)雜，但葉片的工作溫度較低、熱應(yīng)力較小)2023/6/950NPU--ZhaoMing第一級(jí)導(dǎo)向器設(shè)計(jì)要求：1、采用有效的冷卻措施：因?yàn)榈谝患?jí)導(dǎo)向器緊接在燃燒室的出口，工作溫度最高，溫度最不均勻，通常都采用有效的冷卻措施；2、支承形式：為了保證葉片具有足夠的剛性，采用了兩端與機(jī)匣（即雙支點(diǎn)）的結(jié)構(gòu)；3、可調(diào)排氣面積：第一級(jí)導(dǎo)向器的排氣面積對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能影響較大，因此要求較嚴(yán)、結(jié)構(gòu)上通常允許調(diào)整。導(dǎo)向葉片的聯(lián)接方式1、兩端自鉸支2、一端固定、一端鉸支3、葉片組：由兩片或更多片導(dǎo)向葉片固接在一起形成葉片組。2023/6/951NPU--ZhaoMing

渦輪是發(fā)動(dòng)機(jī)中熱負(fù)荷和動(dòng)力負(fù)荷最大的部件。隨著推重比的逐年提高，渦輪前進(jìn)口燃?xì)鉁囟纫仓鹉晏岣?，不僅由于高溫材料性能的改進(jìn)，更重要的是冷卻技術(shù)的提高。為了研究有效的冷卻技術(shù)，必須了解渦輪零件的溫度分布與熱應(yīng)力，以及它們與冷卻措施間的關(guān)系。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，渦輪前溫度平均每年升高大約25℃，其中15℃左右是依靠冷卻技術(shù)的進(jìn)步取得的。圖4-4-1燃?xì)鉁囟鹊闹鹉晏岣咔闆r2023/6/952NPU--ZhaoMing典型零件的溫度分布與熱應(yīng)力

渦輪零件的工作溫度及其分布是確定零件熱應(yīng)力大小、高溫零件危險(xiǎn)斷面位置和安全系數(shù)、高溫材料選用等的重要依據(jù)。

確定零件溫度分布的方法有兩種：計(jì)算法和試驗(yàn)法。轉(zhuǎn)子葉片的溫度分布

由圖可見(jiàn)（當(dāng)燃?xì)鉁囟妊貜较虿蛔儠r(shí)），沿大部分葉高，溫度都是不變的，只有從距葉根1/3處開(kāi)始，溫度才向葉根按立方規(guī)律下降。葉根溫度同輪盤(pán)的冷卻方式有關(guān)。2023/6/953NPU--ZhaoMing渦輪盤(pán)溫度的分布

燃?xì)庵械臒崃坑赊D(zhuǎn)子葉片經(jīng)過(guò)榫頭傳到渦輪盤(pán)，因此輪盤(pán)邊緣溫度高、中心溫度低。當(dāng)燃?xì)鉁囟?820-900度，采用徑向吹風(fēng)冷卻的輪盤(pán)，輪緣溫度為500-600度，輪心溫度為200-400度，溫度隨半徑的變化規(guī)律大致按二次拋物線規(guī)律變化。輪緣處的溫度由葉片根部的溫度和榫頭中的溫降決定。2023/6/954NPU--ZhaoMing渦輪部件冷卻的目的1、提高渦輪前的溫度，進(jìn)而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能2、降低零件工作溫度3、使零件溫度分布均勻，減小熱應(yīng)力渦輪部件冷卻原則1、需要冷卻的部件（根據(jù)材料和工作環(huán)境決定，一般情況下，第一級(jí)導(dǎo)向器葉片必須冷卻，輪盤(pán)一般不需要冷卻，榫頭處必須冷卻（榫頭吹風(fēng)，熱節(jié)流），軸承必須冷卻）；2、從什么地方引入冷卻空氣；3、冷卻空氣最后的排出。下面對(duì)渦輪部件的冷卻系統(tǒng)、渦輪盤(pán)與葉片的冷卻方式分別進(jìn)行分析。2023/6/955NPU--ZhaoMing渦輪部件的空氣冷卻系統(tǒng)主要冷卻對(duì)象是榫頭、輪盤(pán)、承力環(huán)、第一級(jí)導(dǎo)向葉片、渦輪外環(huán)。根據(jù)被冷卻零件的工作溫度和冷卻系統(tǒng)的流動(dòng)阻力確定從哪里引入冷卻空氣；根據(jù)冷卻后空氣的壓力和排氣系統(tǒng)的阻力確定如何排出。

盡管對(duì)渦輪部件采取了各種冷卻和結(jié)構(gòu)措施，但在高溫大負(fù)荷下，渦輪部件還出現(xiàn)較多的故障，如燒毀葉身、葉身因蠕變過(guò)大形成縮頸，葉身進(jìn)、排氣邊緣裂紋等現(xiàn)象。

2023/6/956NPU--ZhaoMing引用冷卻空氣應(yīng)考慮的因素壓力：冷卻空氣通常是從壓氣機(jī)引出，不同級(jí)的空氣壓力是不同的。壓力的選定不僅要考慮“流阻”的影響，而且要考慮排放冷卻空氣處的空氣壓力。流量：冷卻空氣的流量由冷卻的要求決定。溫度：冷卻空氣溫度應(yīng)該低于冷卻對(duì)象的工作溫度。清潔：冷卻空氣必須是干凈的。整個(gè)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求：1、冷卻的有效性；2、對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的主流道的流動(dòng)影響盡可能??；3、構(gòu)造簡(jiǎn)單、工作可靠；4、轉(zhuǎn)子軸向力的調(diào)整。

2023/6/957NPU--ZhaoMingWP6發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪部件冷卻系統(tǒng)圖冷卻渦輪的空氣由燃燒室兩股氣流中分兩路引來(lái)。一路由后機(jī)匣（即燃燒室外殼）及第一級(jí)導(dǎo)向器外環(huán)前安裝邊上的180個(gè)小孔A引入，一部分空氣去冷卻第一級(jí)導(dǎo)向器葉片及其內(nèi)腔的拉桿襯筒，另一部分空氣冷卻渦輪外環(huán)，并對(duì)其起隔熱作用；2.另一路從軸承機(jī)匣及隔熱筒之間引入，經(jīng)承力腹板及導(dǎo)氣盆上的通氣孔去冷卻第一、二級(jí)輪盤(pán)及第一、第二級(jí)葉片榫頭。冷卻后的空氣進(jìn)入燃?xì)饬髦小?023/6/958NPU--ZhaoMing渦輪盤(pán)的冷卻渦輪盤(pán)的受熱主要來(lái)自燃?xì)夂娃D(zhuǎn)子葉片的熱量，由輪緣傳向輪轂。常用的冷卻方式為：1）空氣沿輪盤(pán)側(cè)面徑向吹風(fēng)（氣流的流動(dòng)方向可分為由里向外、由外向里兩種）。2）空氣吹過(guò)葉片根部或榫頭的裝配間隙。2023/6/959NPU--ZhaoMingWP7渦輪盤(pán)冷卻氣流圖冷卻空氣沿輪盤(pán)的前面由里向外徑向吹風(fēng)，但前后端面的冷卻空氣是串聯(lián)的，因此冷氣產(chǎn)生較大溫升，冷卻效果減弱。P29渦輪盤(pán)冷卻氣流圖。在P29發(fā)動(dòng)機(jī)中輪盤(pán)前后端均采用由外向里的空氣冷卻流路，形成兩股并聯(lián)的流路。這樣可以減小輪緣與輪轂之間以及盤(pán)孔前后端面之間的溫差。

2023/6/960NPU--ZhaoMing2023/6/961NPU--ZhaoMing渦輪葉片的冷卻

渦輪葉片的冷卻按冷卻空氣在葉片內(nèi)部的流動(dòng)狀況與流出方式的不同加以區(qū)分，通常有下列幾種方式；對(duì)流冷卻：冷卻空氣從葉片內(nèi)若干專門(mén)的通道流過(guò)，通過(guò)與壁面的熱交換，將熱量帶走，從而使葉片溫度降低。噴射式冷卻：使一股或多股冷卻氣流射流正對(duì)著被冷卻的表面，強(qiáng)化局部的換熱能力，增強(qiáng)冷卻效果，實(shí)質(zhì)上還屬于對(duì)流冷卻。氣膜冷卻：在葉片表面形成一層氣膜，將葉片表面與高溫燃?xì)飧糸_(kāi)。發(fā)散冷卻：冷卻空氣從葉片內(nèi)腔通過(guò)葉片壁面上無(wú)數(shù)微孔滲出，一方面從壁面上帶走熱量，另一方面在葉片表面上形成一層氣膜，將葉片與燃?xì)飧糸_(kāi)達(dá)到冷卻目的。（兼有對(duì)流冷卻和氣膜冷卻的效果）

2023/6/962NPU--ZhaoMing主燃燒室的功能：用來(lái)將燃油中化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，將壓氣機(jī)增壓后的高壓空氣加熱到渦輪前允許溫度，以便進(jìn)入渦輪和排氣裝置內(nèi)膨脹做功。燃燒室的設(shè)計(jì)要求1、在發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作狀態(tài)下，保證混合氣穩(wěn)定而完全地燃燒；2、出口的燃?xì)鉁囟葓?chǎng)沿圓周要均勻，沿葉高應(yīng)保證按渦輪要求的規(guī)律分布；3、足夠的強(qiáng)度與剛性，良好的冷卻，可靠的熱補(bǔ)償；4、外殼尺寸和重量要小，有著高的容熱強(qiáng)度；5、結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，有良好的使用性能；6、在任何飛行條件下，應(yīng)能迅速和可靠地起動(dòng)點(diǎn)火。2023/6/963NPU--ZhaoMing工作條件：(非常惡劣)燃燒是在高速氣流及貧油混合氣的條件下進(jìn)行的；燃燒室的主要組件是在高溫大負(fù)荷燃?xì)饬髦泄ぷ鞯?。如何保證燃燒室工作穩(wěn)定且燃燒完全呢？1、采用“空氣分股”或“火焰筒分區(qū)”的措施來(lái)解決穩(wěn)定燃燒和渦輪前允許溫度對(duì)混合氣成分要求不一致的矛盾。即在燃燒室局部區(qū)域（火焰筒前段燃燒區(qū)）內(nèi)造成適宜于穩(wěn)定燃燒的條件。2、采用“擴(kuò)壓減速”和“反向回流”的措施來(lái)解決穩(wěn)定燃燒和外廓對(duì)氣流速度要求不一致的矛盾，(在流速普遍大的區(qū)域內(nèi)，造成局部的低速區(qū)，以保證穩(wěn)定燃燒)。3、在燃燒室內(nèi)形成非均一的混合氣，以適應(yīng)飛行條件和工作狀態(tài)的變化。2023/6/964NPU--ZhaoMing燃燒室的組成：進(jìn)氣裝置（擴(kuò)壓器)殼體火焰筒燃油噴嘴點(diǎn)火器等燃燒室的基本類型：分管（單管）環(huán)管環(huán)形燃燒室2023/6/965NPU--ZhaoMing2023/6/966NPU--ZhaoMing2023/6/967NPU--ZhaoMing排氣裝置：指渦輪或加力燃燒室以后組織排氣的構(gòu)件，其組成和結(jié)構(gòu)方案取決于發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)的類別及用途。組成：尾噴管（發(fā)動(dòng)機(jī)必不可少的一個(gè)部件），反推力裝置、消音裝置（根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)和飛機(jī)的特殊需求而設(shè)置）。對(duì)于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)有兩種排氣裝置：分別排氣、混合排氣。內(nèi)、外函分別排氣裝置又分長(zhǎng)函道和短函道。采用混合排氣一般可使風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的耗油率和噪音降低。2023/6/968NPU--ZhaoMing

WP5發(fā)動(dòng)機(jī)的尾噴管為不可調(diào)節(jié)的收斂型尾噴管中介管殼體4、整流錐5、和噴口主體11都用1mm厚的1Cr18Ni9Ti鋼板焊成。外殼前段有一層夾壁，形成空氣加溫套6。

2023/6/969NPU--ZhaoMing航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)是指發(fā)動(dòng)機(jī)各大部件所受負(fù)荷的傳遞方案及具體結(jié)構(gòu)。主要討論發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的支承和連接，以及靜子承力系統(tǒng)和承力機(jī)匣及承力構(gòu)件，具體來(lái)講就是：轉(zhuǎn)子支承方案轉(zhuǎn)子之間的連接——聯(lián)軸器靜子承力系統(tǒng)及承力構(gòu)件發(fā)動(dòng)機(jī)在飛機(jī)上的固定發(fā)動(dòng)機(jī)總體設(shè)計(jì)的主要要求：要保證各大部件承受負(fù)荷的方式和傳遞負(fù)荷的路線合理；在保證轉(zhuǎn)子具有足夠的剛度和強(qiáng)度的條件下，重量輕、尺寸??；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝配方便；單元體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2023/6/970NPU--ZhaoMing發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子：由壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子、渦輪轉(zhuǎn)子和聯(lián)接這些轉(zhuǎn)子的零件（聯(lián)接件）所組成。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上所受負(fù)荷（如氣體軸向力、重力、慣性力及慣性力矩等）都由支點(diǎn)承受，并經(jīng)過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)匣傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝節(jié)。轉(zhuǎn)子支承方案要解決的主要問(wèn)題轉(zhuǎn)子需要幾個(gè)支點(diǎn)；支點(diǎn)如何配置；支點(diǎn)形式如何確定轉(zhuǎn)子支承方案的設(shè)計(jì)要求保證轉(zhuǎn)子的橫向剛性；可靠地承受轉(zhuǎn)子負(fù)荷；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝拆方便單轉(zhuǎn)子支承方案：四支點(diǎn)三支點(diǎn)兩個(gè)支點(diǎn)2023/6/971NPU--ZhaoMing單轉(zhuǎn)子支承方案——四支點(diǎn)

1—3—0轉(zhuǎn)子支承方案（J47）轉(zhuǎn)子支承方案的表達(dá)方式:a—b—c1—3—0四支點(diǎn)支承方案2023/6/972NPU--ZhaoMing單轉(zhuǎn)子支承方案——三支點(diǎn)1-2-0(WP6)2023/6/973NPU--ZhaoMing單轉(zhuǎn)子支承方案二支點(diǎn)（1—