第四代发动机先进结构
第四代军用航空发动机(F119和EJ2000)
第四代军用航空发动机（F119和EJ2000）
资料来源：西北工业大学
F119 ：
结构形式：双转子加力式涡轮风扇发动机
推力范围：加力 15568daN中间 9786daN
用途： F22
结构与系统：
风扇：3级轴流式，无进口导流叶片，宽弦设计
高压压气机：6级轴流式，整体叶盘结构
燃烧室：环型，浮壁结构
高压涡轮：单级轴流式，采用第三代单晶涡轮叶片材料，隔热涂层和先进冷却结构低压涡轮：单级轴流式，与高压涡轮对转
加力燃烧室：整体式，内外涵各设单圈喷油环
矢量喷管：二元矢量收敛－扩张喷管，俯仰方向可作-20度到 +20度的偏转
控制系统：第三代双余度FADEC
装备F119的F22
研制概况：
F119 是普惠公司为美国第四代战斗机研制的先进双转子加力式涡轮风扇发动机．其设计目标是：不加力超音速巡航，非常规机动和短距起落能力，隐身性能，寿命费用降低至 25% ，零件数减少 40%~60% ，推重比提高 20%, 耐久性提高两倍，零件寿命延长 50% ．F119 上采用的先进技术有：三维粘性叶轮机设计方法，整体叶盘结构，高紊流度强旋流主燃烧室头部，浮壁式燃烧室结构，高低压涡轮旋向相反，整体加力式燃烧室设计，二元矢量喷管和第三代双余度 FADEC 等 .
试车台上的F119
收敛－扩张型尾喷管
EJ2000 ：
结构形式：双转子加力式涡轮风扇发动机
推力范围：中间6000daN加力9000daN
用途：欧洲战斗机EF2000
结构与系统：
风扇：3级轴流式，采用三维跨音速宽弦叶片，无进口导流叶片．压比约为4.0
高压压气机：5级轴流式
涡桨发动机技术发展综述
涡桨发动机技术发展综述
摘要：本文概述了涡桨发动机的技术优势及其发展历程，基于目前的技术发
展情况，分析了涡桨发动机未来的发展趋势，指出研制出可靠性更高、全寿命期
成本更低的涡桨发动机是未来的发展趋势。
关键词：涡桨发动机；发展历程；未来趋势
引言
涡轮螺旋桨(简称涡桨)发动机是一种通过驱动螺旋桨产生拉力或推力的航空
发动机，其一般应用于飞行中低速飞行的飞机，由于其主要依靠螺旋桨对空气做
功产生推力或拉力，其不适用与高空高速飞机。相对于航空活塞式发动机，涡轮
螺旋桨发动机热力循环参数更高，其功重比更大，产生的振动更小、飞行速度更快；相对与涡喷和涡扇发动机，由于涡轮螺旋桨发动机螺旋桨的转速不宜过高，
其结构上增加了减速器用以降低螺旋桨转速，同时由于螺旋桨具有更高的推进效率，故其耗油率更低、起飞推力更大。正是由于涡轮螺旋桨发动机出色的经济性，其越来越受到各国的重视，是未来民用飞机、运输发动机及无人机的理想动力。
1发展历程
到目前为止，根据发动机的性能指标，涡桨发动机的发展历程可大致分为四代。第一代涡桨发动机是指上世纪70年代以前进行生产的，主要包括Dart、
PT6A系列涡桨发动机、TPE331系列的早期型号、NK-4以及AI-20等型号的涡桨
发动机；第二代涡桨发动机是指上世纪70年代末期到80年代初期研制生产的，
主要包括PW100系列早期型号、CT7-5和TPE331-14/15等型号的涡桨发动机；第
三代涡桨发动机是指上世纪90年代以后投入使用的涡桨发动机，主要包括
AE2100、TPE351-20和PW150A涡桨发动机；第四代涡桨发动机指2011年以后投
(完整版)整车动力选型匹配
电子 风扇
前围板
一、布置空间的要求
一、布置空间的要求
一、布置空间的要求
图示为D19柴油机在V22机舱中的布置空间
二、发动机的选型
❖ 1、发动机结构 ❖ 2、发动机的外特性
负荷特性、速度特性 ❖ 3、发动机的万有特性
1、发动机结构
❖ 发动机的基本结构型式 ❖ 发动机的基本参数 ❖ 发动机的先进技术
发动机选型匹配
❖ 整车性能对动力总成的要求 ❖ 动力总成布置空间 ❖ 发动机的选型 ❖ 发动机的特性匹配
整车性能
整车对发动机的性能要求： 1、动力特性
加速时间（0－100km/h） 爬坡性能 最高车速 2、经济性 油耗（百公里等速、综合工况） 3、噪声、排放 相应法规要求
整车匹配
一、布置空间的要求 二、发动机的选型 三、发动机特性匹配
万有特性曲线一般是以转速n为横坐标，以负荷(平均有效压力pme) 为纵坐标。在图上绘出若干条等油耗曲线和等功率曲线。两种类型 内燃机典型的万有特性如图所示。根据需要，还可在万有特性曲线 上绘出等节气门开度线、等排放线、等过量空气系数线等。
❖ 在万有特性图上，最内层的等燃油消耗率曲线相当于内燃 机运转的最经济区域，等值曲线越向外，经济性越差。
汽车的驱动力，它与F0大小相等、 方向相反。如车轮半径为r，则汽
车的驱动力为
Ft
F0
美国F22飞机发动机F119的资料
牌号F119
用途军用涡扇发动机
类型涡轮风扇发动机
国家美国
厂商普拉特?惠特尼公司
生产现状研制中
装机对象F-22 。
研制情况
F119 是普?惠公司为美国第四代战斗机研制的先进双转子加力式涡轮风扇发动机，其设计目标是：不加力超音速巡航能力、非常规机动和短距起落能力、隐身能力（即低的红外和雷达信号特征）、寿命期费用降低至少25%、零件数量减少40〜60%、推重比提高20%、耐久性提高两倍、零件寿命延长50%。在8 0年代初确定的循环参数范围是：涵道比0.2〜0.3 ;总增压比23〜27 ;涡轮进口温度1649〜1760 °C;节
流比1.10〜1.15。
1983 年9 月，美国空军同时授予普?惠公司和通用电气公司金额各为 2 亿美元，为期50 个月的验证机
合同。普?惠公司的PW5000 是一种强调应用成熟技术的常规设计;而通用电气公司的GE37 则是一种新颖的变循环发动机，其涵道比可在0〜0.25之间变化。后来，这两种验证机分别编号为YF119和YF120 , 并于1986 年10 月和1987 年 5 月开始地面试验。经过广泛的地面试验和安装在YF-22 和YF-23 上的初步
飞行试验后，1991 年 4 月，F-22/F119 组合被选中。据美军方有关人士谈到选择F119 的原因时说，F120
技术复杂，尚未经实际验证，因而研制风险较大，而且变循环设计也增加了结构和控制系统的复杂性和重量，因而维修比较困难，寿命期费用较高。在选择时，风险和费用是主要考虑，技术先进性没有起到关键作用。在此之前，
先进航空发动机设计与制造技术综述.
先进航空发动机设计与制造技术综述进入21世纪,世界航空发动机技术取得了巨大进步,并呈现加速发展的趋势。美国推重比10一级涡扇发动机F119作为第四代战斗机F22的动力装备部队,是当今航空动力技术最具标志性的成就。在此基础上,美国持续实施了多个技术研究计划,正在推动世界航空发动机技术继续向前发展。本文从未来高性能航空发动机采用的高级负荷压缩系统、高温升燃烧室、高效冷却涡轮叶片、推力矢量等方面,对其先进设计和制造技术的发展方向和趋势进行初步的分析研究。高级负荷压缩系统
高压压气机技术发展的目标是单级压比高、级数少、推重比高、飞行性能好。对高级负荷的压缩系统,低展弦比设计、气动前掠设计、
整体叶盘、整体叶环、压气机稳定性主动控
制等技术是其中具有代表性的新技术。
1低展弦比叶片设计及制造
低展弦比叶片即宽弦叶片,它与窄弦叶
片相比,增宽了弦长,使压气机的长度缩短,
抗外物损伤能力、抗疲劳特性和失速裕度有
所提高。还可使压气机零件数减少,降低生
产和制造费用成本(图表1。
90年代以来,英国罗·罗(R·R公司、
美国普惠公司和GE 公司、法国SNECMA公
司不断研制和改进高压压气机钛合金宽弦叶片的气动和结构性能,广
泛应用于大涵道比涡扇发动机和高推重比小涵道涡扇发动机上。GE 公司TECH56技术计划的验证机和F119发动机、EJ200发动机都采用了这种宽弦叶片。
叶片的低展弦比设计,结合整体叶盘技术使得高压压气机在减少级数和提高叶片强度的同时,具有更好的气动稳定性。低展弦比叶片需要解决的关键技术问题是因重量增加而导致的轮盘与叶根结合处和轮盘本身的离心力增大问题。IHPTET计划在大型涡扇和涡喷发动机验证机上验证了该技术,该技术还将在F135和F136发动机上采用。
一、潍柴天然气发动机结构及工作原理(修订)
潍柴天然气发动机的应用领域
城市公交：潍柴天然气发动机具有高效、低噪音、低排放等特点适合城 市公交使用。
物流运输：潍柴天然气发动机适用于各种物流运输车辆如货车、客车等。
工业用途：潍柴天然气发动机也可用于工业用途如叉车、装载机等。
常见故障诊断和排除方法
发动机启动困难：检查点火系统、供油系统和气缸压力是否正常 发动机功率不足：检查空气滤清器、燃油喷射系统、点火系统等是否正常 发动机过热：检查冷却系统是否正常风扇、水泵等部件是否工作正常 发动机异响：检查发动机各部件是否有松动或损坏如气门、活塞等
发动机维修保养的注意事项
定期检查发动机机油、冷却液、油位和空气滤清器确保发动机正常运行。 定期清洁发动机进气系统保持空气滤清器清洁以防止灰尘和杂质进入发动机。 定期检查发动机的皮带和链条确保其张紧度适中如有需要及时更换。 定期检查发动机的排放系统确保其正常工作以减少对环境的污染。
模块化设计：通过模块化设计简化天然气发动机的制造和维修过程降低成本和提高可 靠性。
Prt Three
潍柴天然气发动机 结构
气缸盖结构
组成：气缸盖 是发动机的重 要部件由缸盖、 缸垫、气门座 圈、气门导管
等组成
功能：气缸盖 的作用是封闭 气缸上部与活 塞顶部和气缸 壁一起构成燃
锡柴国四发动机介绍
最大亮点
低成本/免维护
注：其中绿色部分为明显的技术优势
销售公司
SCR技术 中/低硫柴油,可接受
500PPM 一般要求 柴油机高排放 低加速烟度 低温排放性能差 不需要 需要 经济性好
两种系统的技术和应用成本分析
销售公司
燃油经济性比较 相对于国三发动机，SCR国四发动机可节约燃油MAX<3%，同时消耗 尿素3%左右；到国五阶段，SCR发动机尿素消耗增加到4-6%，但是 燃油消耗可进一步减少到5%。 而EGR+DPF国四发动机燃油基本不变。而到国五阶段，EGR技术路 线的尾气后处理装置需要进行主动再生，燃油消耗将进一步增加， 预计比国三发动机增加2% ；
销售公司
CA6DM2系列
柴油机型号 型式 气缸直径×活塞行程（mm） 气门数/缸 总排量（L） 额定功率/转速（kW/r/min） 净功率/转速（kW/r/min）
最大扭矩/转速（Nm/r/min）
全负荷最低燃油耗率（g/kW·h） 全负荷烟度（m-1） 噪声dB(A) 技术路线 排放指标（TAS） 净质量（kg） 长×宽×高（mm）
z ◆噪声低、振动小
z ◆ 温室气体排放少（CO源自文库的排量 z ◆ PM排放量是柴油
比汽油机低30%～40%）
机的1/30～1/50
z ◆ CO、HC的排放量只有汽油机 的1/10
尼桑阳光发动机结构
尼桑阳光发动机结构
尼桑阳光发动机结构是一种先进的发动机设计，它采用了高效的燃烧技术和先
进的材料，为车辆提供强大而可靠的动力。
尼桑阳光发动机结构的核心是其燃烧室和气缸结构。燃烧室采用了创新的设计，能够提高燃烧效率并减少排放物的产生。燃烧室内的燃料喷射系统十分精确，能够确保燃料的充分燃烧，从而提供更高的功率输出和更低的燃油消耗。
此外，尼桑阳光发动机结构还采用了轻量化设计，使用先进的材料和制造工艺，减轻了整个发动机的重量。这不仅可以提高车辆的燃油经济性，还能增加车辆的操控性和加速性能。同时，轻量化设计还有助于减少碳排放，符合环保标准。
尼桑阳光发动机结构具有出色的可靠性和耐久性。它经过严格的测试和验证，
能够在各种恶劣的环境条件下运行稳定。发动机的关键部件采用高质量材料制造，确保其寿命长久，减少维修和更换成本。
总的来说，尼桑阳光发动机结构是一种先进、高效、可靠的发动机设计。它为
车辆提供强大的动力，同时满足排放标准，减少油耗，为驾驶者带来更好的驾驶体验。
航空发动机结构
常见故障及排除
燃油系统故障
如燃油供应不足、燃油泵故障等，需要检查燃油管路、燃 油泵、燃油滤清器等部件，确保燃油系统正常工作。
滑油系统故障
如滑油泄漏、滑油压力异常等，需要检查滑油箱、滑油滤 清器、密封件等部件，确保滑油系统正常工作。
冷却系统故障
如冷却液温度过高、散热器堵塞等，需要检查冷却液循环 系统、散热器、水泵等部件，确保冷却系统正常工作。
利用先进的控制和自动化技术，实现发动机性能 的优化和智能化管理，提高飞行安全性和经济性。
3
多电飞机推进系统
研究和发展多电飞机推进系统，以取代传统的机 械传动系统，提高能源利用效率和系统可靠性。
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产生旋转动力。
涡轮机的效率直接影响到发动 机的功率和燃油消耗率，因此 其设计和制造要求非常高。
涡轮机在运行过程中需要承受 高温、高压和高转速的恶劣环 境，因此对其材料和制造工艺 的要求也非常高。
尾喷管
尾喷管是航空发动机中的排气管路部件，其主要功能是将燃烧室产生的 高温高压气体排出发动机外部。
尾喷管通常由耐高温合金材料制成，内部结构复杂，包括收敛段、扩张 段和喷口等。
尾喷管的设计和制造要求非常高，需要保证高温高压气体的顺畅排出， 同时还要控制喷口的形状和尺寸，以实现发动机的性能和稳定性要求。
03 工作原理
汽车发动机新技术新结构
• FSI发动机的工作原理基于分层进气原理。FSI 发动机采用类似于柴油机的供油技术，通过一 个活塞泵提供所需的油压，将汽油输送到位于 气缸内的电磁喷油器。喷油器将喷射时间控制 在千分之一秒内，将燃料在最合适的时刻喷入 气缸，通过燃烧室的特殊形状，使气体产生较 强的涡流，在火花塞周围的混合气较浓，其它 区域混合气相对较稀，保证了可靠点火的情况 下实现混合气的稀薄燃烧。
1.3 丰田汽车公司VVT-i技术 • 丰田汽车公司VVT-i（Vatiable Valve Timing intelligent）称为智能可变气门正时系统。 （1）VVT-i的结构。VVT-i系统由VVT-i控制器、凸轮轴 正时机油控制阀和传感器三部分组成。
• VVT-i控制器的结构：
（2）工作原理。
12.2 HEMI发动机MDS系统结构和工作原理
• MDS是英文Multi Displacement System的 简称，即多段式排气量调节系统。
MDS系统使发动机 工作汽缸在8缸和4 缸之间切换，它最 大的好处就是提高 了发动机的燃油经 济性。
13 发动机管理系统 13.1 发动机管理系统概述 • 汽车发动机管理系统（Engine Management System，简称EMS） 1.国外发动机管理系统制造商。 （1）德国博世有限公司。 （2）西门子威迪欧公司。 （3）德尔福公司。 （4）摩托罗拉公司。 （5）日本电装株式会社。
LEAP发动机的研制与设计特点
LEAP发动机的研制与设计特点
1.发展综述
LEAP发动机以前称LEAP-X发动机，是GE公司与SNECMA公司（法国赛峰集团下属公司）合资组成的CFM国际公司（CFMI）作为CFM56系列发动机的后继发动机，为下一代先进的双发单通道旅客机研制的、能满足21世纪“绿色航空”要求的先进发动机。
早在2004年，CFMI公司决定发展CFM56系列发动机的后继发动机，为此，在2005年，启动了一项“LEAP（Leading Edge Aviation Propulsion）56先进研究与技术”计划，要求新研制的发动机与CFM56-7B相比，燃油效率提高15%、噪声水平降低75%、NO X排放值比CAEP/6标准低50%以及维修费用与CFM56相当。该项目开发和验证的技术包括：铝、钛和复合材料风扇机匣等轻质结构，先进的复合材料风扇叶片，高效率与高增压比的高压压气机，双环预混旋流器TAPS低排放燃烧室，三维气动设计的涡轮，革新的发电装置设计等发动机基本设计技术，低使用成本的外部硬件，先进轻质齿轮箱，下一代控制装置等发动机系统部件设计技术。
2008年7月正式启动了LEAP发动机的研制工作。LEAP发动机由1级风扇、3级增压压气机、10级高压压气机、第二代TAPS贫油燃烧室、2级高压涡轮与7级低压涡轮组成，涵道比为10，总压比为50①，这两个循环参数几乎是CFM56系列发动机的一倍多。罗.罗公司用于B787的遄达1000总压比为52.1，是当今总压比最高的发动机，LEAP的总压比仅比遄达1000的低一点，高于GEnx的45，是当今总压比次高的发动机。发动机的推力为89kN-146.3kN。
汽车发动机解剖结构原理图集
汽车发动机解剖结构原理图集(2012-06-03 21:32:07)
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空愁居
旅游
汽车
图片
汽油发动机的目的在于将汽油转换为运动，以便汽车能够开动。目前将汽油变成运动的最简单方法是在发动机中燃烧汽油。因此，汽车发动机是一种“内燃发动机”——燃烧发生在内部。需要注意两件事情：
有多种不同的内燃发动机。柴油发动机是一种，燃气轮机是另外一种。参见有关HEMI发动机、转子发动机和二冲程发动机的文章。每种发动机都有自己的优缺点。
还有一种外燃发动机。老式火车和蒸汽轮船中的蒸汽机是外燃发动机。在蒸汽机中，燃料（煤、木柴、石油等）在发动机外部燃烧并产生蒸汽，由蒸汽在发动机内部形成运动。内燃机的效率比外燃机高出许多（每公里消耗的燃料更少），而且内燃发动机比同等功率的外燃发动机要小巧很多。福特和通用这些公司之所以不使用蒸汽机，原因也在于此。
当前几乎所有汽车都使用往复式内燃发动机，因为这种发动机具有以下优点：
相对高效（与外燃发动机相比）
相对廉价（与燃气轮机相比）
相对来说易于加注燃料（与电动汽车相比）
这些优点使得其成为驱动汽车的首选技术。
为了了解往复式内燃发动机的工作原理，对“内部燃烧”的工作方式有一个直观的认识十分有帮助。加农炮是一个很好的例子。您可能在电影里看到过它们，士兵们向炮中填入火药和炮弹，然后点着它。这就是我们说的内部燃烧，但是很难想象发动机是如何完成这些过程的。
下面是一个更为形象的例子：假如有一大段塑料的下水道管子，它的直径为8厘米，长度为90厘米，然后在它的一端安上一个盖子。接着，在管子中喷洒了一点WD-40，或者放了几滴汽油。然后，在管子里塞进一个土豆。就像这样：
BYJ发动机结构特点
BYJ发动机结构特点：
该发动机是前期中外合资生产的较为先进的缸内直喷式1.8T汽油发动机。该机是双进、双排、带有电控可变配气相位调节装置，顶置双凸轮驱动。
一、基本参数如下所示：凸轮轴调节范围0o-42o曲轴转角；压缩比：10.5；功率118KW，缸径：82.5mm，行程84.2mm。
二、可变配气相位调节装置：
1、结构及工作原理：该发动机主要是由ECU根据发动机转速变化及工况变化的情况，通过控制凸轮轴电磁阀的工作来控制进入进气凸轮轴转角调节器的机内压力，从而达到调节凸轮轴的转角来实现改变配气相位，使进气门早开、排气门关闭，提高进气效率及排气效率，也就相应提高了发动的功率。
2、该发动机压缩比为10.5，比同类汽油发动机较高，缸盖上的气门与活塞的距离很小，如果配气相位错乱，就很容易发生气门与活塞相碰，这就要求可变进气相位调节装置控制要求相当精确，误差稍大，就非常容易发生故障。
三、配气驱动机构特点：
该发动机采用齿轮及链条传递动力，利用油压自调式链条张紧器，工作的安全性极高，只要润滑系统不出故障，一般情况不会出问题。
四、装配注意事项：
1、安装凸轮轴后的30分钟内不允许启动发动机，液压平衡补偿元件必须就位（否则气门会顶在活塞上）、操作气门机构后旋转发动机至少两圈，以确保启动时气门正常入位。
2、气缸盖罩下部和气缸盖上部的平面不允许加工，凸轮轴轴承集成在气缸盖中或气缸罩中，在拆气缸盖罩之前，必须先松开凸轮轴正时链条。
3、进气凸轮轴调节器不得随意拆装，必须严格按标记装配，确保配气相位正确。
航空发动机装配与维修-第一节
航空发动机零件修理的主要方法有如下方法：
①钳修：主要用于对零件的打磨、锉修、抛光、钻孔、 开槽、切片等。由于故障部位、形状、尺寸的不规则， 大都采用手工操作。
②机械加工
③电弧焊、气焊和钎焊
④金属喷涂
⑤电镀
⑥喷丸
⑦粘接修补
42
航空发动机装配
现代燃气涡轮发动机是由数以千计的零件以及由这些零件组成的 组件、部件、单元体和成品件、附件构成。
解
试
总
试
装
车
油封 包装
2021/6/24
工艺流程
l、入厂验收 部队送到工厂来进行修理的发动机的交接工
作，叫入厂验收。入厂验收的目的是查清发动机 的机种、现状，并作好记录
24
入厂验收的主要工作内容有：
入厂验收的主要工作内容有： 1.检查发动机的油标包装是否完好，附件是否齐全。如果
由于某种原因而缺件、串件，则需附带说明书、详细说明缺件 原因。
发动机整机
单元体1
单元体2
部件 1
组件1
部件2
… …
部件n
… 组件2 … 组件n
零件1
零件2
… …
零件n
单元体3
单元体4
附件1 组件1
附件2
… …
附件n
… 组件2 … 组件n
零件1
零件2
先进航空发动机关键制造技术发展现状与趋势
先进航空发动机关键制造技术发展现状与趋势
一、轻量化、整体化新型冷却结构件制造技术1 整体叶盘制造技术整体叶盘是新一代航空发动机实现结构创新与
技术跨越的关键部件，通过将传统结构的叶片和轮盘设计成整体结构，省去传统连接方式采用的榫头、榫槽和锁紧装置，结构重量减轻、零件数减少，避免了榫头的气流损失，使发动机整体结构大为简化，推重比和可靠性明显提高。在第四代战斗机的动力装置推重比10 发动机F119 和EJ200上，风扇、压气机和涡轮采用整体叶盘结构，使发动机重量减轻20%~30%，效率提高5%~10%，零件数量减少50% 以上。目前，整体叶盘的制造方法主要有：电子束焊接法；扩散连接法；线性摩擦焊接法；五坐标数控铣削加工或电解加工法；锻接法；热等静压法等。在未来推重比15~20 的高性能发动机上，如欧洲未来推重比15~20 的发动机和美国的IHPTET 计划中的推重比20的发动机，将采用效果更好的SiC 陶瓷基复合材料或抗氧化的C/C 复合材料制造整体涡轮叶盘。2 整体叶环（无盘转子）制造技术如果将整体叶盘中的轮盘部分去掉，就成为整体叶环，零件的重量将进一步降低。在推重比15~20 高性能发动机上的压气机拟采用整体叶环，由于采用密度较小的复合材料制造，叶片减轻，可以直接固定在承力环上，从而取消了轮盘，使结构质量减轻70%。目前正在研制的整体叶环是用连续单根碳化硅长纤维增强的钛基
复合材料制造的。推重比15~20 高性能发动机，如美国XTX16/1A 变循环发动机的核心机第3、4 级压气机为整体叶环转子结构。该整体叶环转子及其间的隔环采用TiMC 金属基复合材料制造。英、法、德研制了TiMMC 叶环，用于改进EJ200的3级风扇、高压压气机和涡轮。3 大小叶片转子制造技术大小叶片转子技术是整体叶盘的特例，即在整体叶盘全弦长叶片通道后部中间增加一组分流小叶片，此分流小叶片具有大大提高轴流压气机叶片级增压比和减少气流引起的振动等特点，是使轴流压气机级增压比达到3 或3 以上的有发展潜力的技术。4 发动机机匣制造技术在新一代航空发动机上有很多机匣，如进气道机匣、外涵机匣、风扇机匣、压气机机匣、燃烧室机匣、涡轮机匣等，由于各机匣在发动机上的部位不同，其工作温度差别很大，各机匣的选材也不同，分别为树脂基复合材料、铁合金、高温合金。树脂基复合材料已广泛用于高性能发动机的低温部件，如F119 发动机的进气道机匣、外涵道筒体、中介机匣。至今成功应用的树脂基复合材料有PMR-15（热固性聚酰亚胺）及其发展型、Avimid（热固性聚酰亚胺）AFR700 等，最高耐热温度为290℃~371℃，2020 年前的目标是研制出在425℃温度下仍具有热稳定性的新型树脂基复合材料。树脂基复合材料构件的制造技术是集自动铺带技术（ATL）、自动纤维铺放技术（AFP）、激光定位、自动剪裁技术、模压成形、树脂传
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轴流压气机的喘振及防喘措施
防喘措施3：可调整流叶片
可调整流叶片
轴流压气机的喘振及防喘措施
防喘措施3：可调整流叶片
11级压气机 4级可调
PW4000涡扇发动机
轴流压气机的喘振及防喘措施
防喘措施3：可调整流叶片
轴流压气机的喘振及防喘措施
防喘措施4：多转子
涡喷7
轴流压气机的喘振及防喘措施
防喘措施4：多转子
垂直/短距起降发动机
垂直/短距起降发动机
F-35闪电II 联合攻击战斗机
垂直/短距起降发动机
F-35闪电II 联合攻击战斗机
尾喷管技术
F135发动机的三轴承矢量喷管
F-35战斗机
垂直/短距起降发动机
三类垂直/短距起降飞机：
英国的鹞式战斗机、俄罗斯的雅克-38、美国的F-35
鹞式战斗机
罗尔斯-罗伊斯公司的 “飞马”发动 机
典型第四代航空发动机之一 F119
F-22
F119
典型第四代航空发动机之二 F135
F-35
F135
典型第四代航空发动机之三 AL-41F
T-50
AL-41F
典型第四代航空发动机之四 EJ200
欧洲战机 EF2000 ―台风”
EJ200
典型的第四代战斗机
F-22
两台F119-PW-100
T-50
5. EJ200涡扇发动机（欧洲发动机公司）
1. 航空燃气涡轮发动机简介 航空燃气涡轮发动机的作用及力学原理
波音747-400 （发动机： PW 4056
GE CF6-80C2B5F RR RB211-524H ） 空载重量：179 吨，最大加油量：170 吨，载客量：416 座，最大起飞重量：397 吨 单台发动机的最大起飞推力：27 吨 （ RR RB211-524H ）
压气机减重
Compressor Weight Reduction
Conventional disk & blades
Blisk - up to 30% weight saving
Bling - Ti MMC - up to 70% weight saving
金属基复合材料
Metal Matrix Composites
轴流压气机的喘振及防喘措施
防喘措施5：处理机匣
俄罗斯的PD-33发动机
昆仑发动机（涡喷14）
F119涡扇发动机 环形燃烧室
• 气动喷嘴
• 三维高紊流度 的高旋流头部
• 浮壁式火焰筒
燃烧室
三种结构形式剖面相同
分管燃烧室
环管燃烧室 环形燃烧室
气动喷嘴
普通环形火焰筒
浮壁式环形火焰筒
Cold supporting wall
三转子遄达发动机 – 推力423kN
IP System 8 compressor stages 1 Turbine stage > 7,500 rpm
LP System HP System 1 Fan stage 6 compressor stages 5 Turbine stages 1 Turbine stage > 3,000 rpm > 10,000 rpm
Tiles reduce wall cooling air requirements making more air available for NOx reduction A significant cost reduction relative to conventional machined combustors is also achieved
F119涡扇发动机
高、低压转子对转
对转的好处：提高效率、减轻重量、陀螺力矩、中介轴承
对转后风扇（由对转自由动力涡轮驱动）
对转后风扇（由对转自由动力涡轮驱动）
对转桨扇（由自由动力涡轮驱动）
F119涡扇发动机
二元收括俯仰矢量喷管
喷管上、下的收 扩式调节片可单 独控制喉道与出 口面积, 当上、 下调节片同时向 上或向下摆动时, 改变了排气流的 方向, 即改变推 力的方向。排气 方向能上下偏转 正负20度, 从正 20度到负20度只 需1秒钟。
轴流压气机的喘振及防喘措施
什么叫喘振？ 防喘措施：
1. 2. 3. 4. 5. 级间放气 可调进口导流叶片 可调整流叶片 多转子 处理机匣
轴流压气机的喘振及防喘措施
防喘措施1：级间放气
A
A-A
放气带 A 放气口
涡喷6发动机的压气机
压气机机匣
打开放气带
轴流压气机的喘振及防喘措施
防喘措施2：可调进口导流叶片
Cooling air Thermal Barrier Coating
Single pass
Multi-pass
涡轮叶片与轮盘的枞树榫头联接
枞树
单晶涡轮转子叶片
Equiaxed Crystal Structure
Directionally Solidified Structure
Single Crystal
F135以F119 发动 机核心机为基础,重 新设计了风扇和低 压涡轮,改进了加力 燃烧室和喷管。
• 风扇截面面积增加 了10% ～20 • 低压涡轮增加到2 级,以适应增大的 风扇 • 加力燃烧室平衡了 推力性能和隐身性 • 喷管由二元俯仰矢 量喷管改为轴对称 喷管
F135
F119
F135发动机实物照片
Specific Strength
Titanium Metal Matrix Composite
Titanium Alloy
Nickel Superalloy
Temperature (degrees C)
F119涡扇发动机
6级高压压气机
• 高负荷实心宽 弦转子叶片
• 整体叶盘结构 压气机转子
• 三级可调静子 叶片 • 高强度阻燃钛 合金静子叶片
Cast tile
Thermal barrier coating
Large primary zone volume for altitude re-light Small total volume for NOx control
Large airspray injectors for improved mixing and smoke control
雅克-38舰载战斗机垂直起降原理示意图
5. EJ200涡扇发动机（欧洲发动机公司）
欧洲战机 EF2000 ―台风”
风扇
燃烧室
高压涡轮
喷管
高压压气机
低压涡轮
加力燃烧室
EJ200涡轮风扇发动机（欧洲发动机公司）
垂直/短距起降发动机
用于短距起飞垂直降落飞机的发动机
——可转向升力喷管+轴驱动升力风扇
P&W F119
F-35闪电II
改型发动机 发动机喷管 （水平推力位置）
ALLISON/ ROLLS-ROYCE
升力风扇
ROLLS-ROYCE
滚转控制引气管
发动机喷管 （垂直推力位置）
ROLLS-ROYCE
3轴承转向喷管
作用：为飞机提供推力 原理：作用反作用原理
燃气涡轮发动机的工作原理
涡轮喷气发动机与活塞发动机工作循环的对比
航空燃气涡轮发动机的分类
涡轮喷气发动机 涡轮风扇发动机 涡轮螺旋桨发动机 航空燃气涡轮发动机 涡轴轮发动机
桨扇发动机
垂直/短距起降 发动机
航空燃气涡轮航空发动机的四种基本类型
Fan
Nozzle Turbojet
双转子轴流双涵道涡轮风扇发动机（大涵道比）
2. 四代航空发动机的划分（战斗机的燃气涡轮发动机）
第一代：单转子亚音速喷气发动机（推重比3～4） 20 世纪30～40 年代研制。 代表机种：美国的J47。 第二代：超声速涡喷发动机（推重比5～6） 大都在50 年代研制。 代表机种：美国的J79。 第三代：超声速涡扇发动机（推重比7～8，有的达到9左右） 研制始于 60 年代，用于高性能超音速战斗机。 代表机种：美国的F404、F100、前苏联的AL-31F、 英国的RB199 和法国的M88-2。 第四代：先进技术涡扇发动机（推重比达到10） 从 80 年代中期开始发展，代表机种有：美国的 F119、F135、俄罗斯的AL-41F 和欧洲四国联合研制 的EJ200。
F119涡扇发动机
二元矢量喷管
F119涡扇发动机
二元矢量喷管
F119涡扇发动机
二元矢量喷管
F119涡扇发动机
二元矢量喷管
பைடு நூலகம்
F119二元矢量喷管
Two-directional Nozzle
4. F135双转子加力式涡扇发动机（普惠）
联合攻击战斗机F-35的发动机
F-35 联合攻击战斗机
F135与F119的比较
2nd generation: 1995
Honeycomb construction
DB/SPF construction
风扇叶片横截面
Fan Section
Super plastically formed Diffusion bonded Super clean environment Joints of similar property
第四代航空发动机先进结构
Advanced Structures of the 4th Generation Aeroengines
王克明
本次讲座的主要内容
1. 航空燃气涡轮发动机简介
2. 四代航空发动机的划分
（战斗机的燃气涡轮发动机）
3. F119双转子加力式涡扇发动机（普惠）
4. F135双转子加力式涡扇发动机（普惠）
F119涡扇发动机
高、低压涡轮
• 高低压涡轮反转， 有导向器
• 多通道对流冷却和 气膜冷却
• 单晶叶片 • 粉末冶金轮盘
F119涡扇发动机
多通道对流冷却和气膜冷却
F119涡扇发动机
多通道对流冷却和气膜冷却
F119涡扇发动机
多通道对流冷却和气膜冷却
涡轮叶片冷却
Turbine Blade Cooling
常规起降型
F135发动机试车
常规起降型
F135发动机试车
常规起降型
F135发动机试车
常规起降型
F135发动机 短距起飞垂直降落型
F-35闪电II 联合攻击战斗机
罗罗升力系统+P&W F135发动机（短距起飞垂直降落型） 为洛克希德马丁公司研制的F-35闪电II联合攻击战斗机 提供短距起飞垂直降落能力
作用：为飞机提供推力 原理：作用反作用原理
航空燃气涡轮发动机的作用及力学原理
波音747-400 （发动机： PW 4056
GE CF6-80C2B5F RR RB211-524H ） 巡航高度：10670 m, 巡航马赫数 M=0.85，飞机尺寸：70.7m X 68.6 m X 19.4 m 单台发动机的巡航推力：5.36 吨 （ RR RB211-524H ）
两台AL-41F
F-35
一台F135
4S: Stealth Supersonic cruise Super maneuverability Superior Avionics
3. F119双转子加力式涡扇发动机（普惠）
设计目标：（与F100相比）
• 不加力超音速巡航能力 • 非常规机动和短距起落能力 • 隐身能力(低红外和雷达信号特征) • 寿命期费用降低至少25% • 零件数量减少40～60% • 推重比提高20% • 耐久性提高两倍 • 零件寿命延长50%
PT Propeller G/ B GG Start here PT G/ B Turboshaft PT Turboprop Turbofan
燃气涡轮发动机的工作循环和气流
典型单转子涡轮喷气发动机的气流参数变化规律
燃气涡轮发动机的工作循环和气流
流过小涵道比和大涵道比涡轮风扇发动机的气流
双转子轴流双涵道涡轮风扇发动机（小涵道比）
F119 与 F100 的结构比较 （支承和涡轮）
F119
F100
F119双转子加力式涡扇发动机（普惠）
结构特点:
• • • • • • 3级风扇 6级压气机 环形浮动壁燃烧室 单级高、低压涡轮 加力燃烧室 二元推力矢量喷管 • • • • 结构简单可靠 耐久性好 维护性好 保障性好
F119涡扇发动机
3级风扇
• 非定常有粘设计的转子叶片 • 无中间凸台的空心宽弦叶片 • 扩散粘接/线性摩擦焊整体叶盘
风扇叶片技术
Fan Blade Technology
Clappered
+ 4% efficiency
Wide-chord fan
宽弦风扇叶片技术
1st generation: 1984
Wide-chord Fan Technology
垂直/短距起降发动机
“飞马”涡轮风扇发动机结构
垂直/短距起降发动机
鹞式战斗机
最大垂直起飞重量8165千克
最大短距起飞重量10433千克
垂直/短距起降发动机
“鹞式”飞机垂直起飞时的姿态控制
垂直/短距起降发动机
雅克-38
舰载战斗机
图曼斯基 R-27V-300 双转子涡轮喷气发动机
垂直/短距起降发动机