发动机结构总结

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军用涡扇发动机—AL-31F
低压联轴器结构
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军用涡扇发动机—RD-33
高压转子转子连接形式有何特点？ 试分析在高低压涡轮结构设计中有何特点。
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核心机
F110-GE-129EFE核心机
高压转子转子连接形式有何特点？ 试分析在高低压涡轮结构设计中有何特点。
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承力框架设计－F100
离心载荷 温度载荷 气动载荷 机动载荷 连接结构 接触面间 微动磨损 不平衡量 附加 不平衡量 产生 大振动 稳态响应 分析 振动敏感 度分析
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连接结构问题
3）连接结构设计的基本要求 ——连接结构的稳定性
连接结构同心度的稳定性——机械 连接结构连接刚度的稳定性——力学 连接状态的稳定性——失效 接触应力的变化控制在安全范围
了解损坏件在工作中的真实工况，是否具有 普遍性，对重大事故应进行普查
7 进行结构分析
结构分析的重点是在综合各方面的信息
8 进行故障再现试验 9 总结并提出改进措施
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钛火
机理
两个钛制零件相互高速摩擦时，会产生大量摩擦热。 碰摩产生的火花，引起钛合金燃烧 钛合金着火后，在氧的作用下迅速燃烧 钛合金是否易于着火，与流过它周围空气的参数有关
弹性支座 作用: 降低转子支承刚性 使工作转速低于弯曲临界转速 形式: 折返式、鼠笼式、弹性环 油膜阻尼器 在限幅环中充以滑油，形成挤压油膜阻尼器
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2.4 支承结构与轴承—弹支与阻尼器
折返式弹性支承
鼠笼式弹性支承
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2.4 支承结构与轴承—弹支与阻尼器
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2.4 支承结构与轴承—弹支与阻尼器
一、结构振动抑制问题
1.1 风扇/压气机叶片振动抑制 1.2 涡轮叶片振动抑制 1.3 薄壁件的结构设计 1.4 颗粒阻尼
干摩擦阻尼片
二、风扇机匣降噪与包容问题
三、安装节设计问题
安装节－－发动机与飞机连接点， 并将发动机的负荷传到飞机 结构分析 力学分析 试验验证
四、防止低压轴断裂问题
承力框架
进气机匣 中介机匣 扩压器机匣 涡轮机匣
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第三讲 整机结构设计中的动力学问题
一、轴系刚性问题 二、连接结构问题 三、临界转速问题 四、动力响应问题
轴系刚性问题
对高低压转子wenku.baidu.com曲刚度分布的要求？ 如何保证轴的弯曲刚度合理分布？
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1、高压转子刚度—PW
PW4000高压涡轮转子
采用中介轴承与否要从发动机整机结构考虑
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2.2 高涵道比发动机承力系统
承力系统分类 风扇承力框架 压气机后承力框架 涡轮级间承力框架 涡轮后承力框架
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2.3 轴系刚度问题
主要内容 基本要求 高压转子轴 低压转子轴
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1）轴系刚性问题——基本要求
高压转子刚度要求
空气压力200kPa，空气流速50m/s 钛制静子叶片的高度不得小于 150mm
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谢谢！
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低涵道比（1950年）
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第二代商用涡扇发动机
中涵道比（1960-1969年）
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第三代商用涡扇发动机
高涵道比（1970-1980年）
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第四代商用涡扇发动机
高可靠性、高性能（1990年）
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未来商用涡扇发动机
PW8000
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基本概念—结构设计
内涵
结构设计 （Structure design）
普惠（PW）公司发动机支承方案特点
高压转子采用 1-1-0 转子短 4号轴承放在高压涡轮前 刚性好 效率高 低压转子后支点放置涡轮后（0－2－1） 转子跨度大 2号轴承，提高轴的刚性 动力特性差
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2）典型总体支承方案—GE公司
中介轴承的使用（GE公司）
中介轴承一般为滚棒轴承 。 减小转子长度。 节省一个承力框架，降低发动机重量。 轴承的供油、封严、安装困难。 转子间的动力影响较大。
航空发动机 结构设计与动力学分析
主 讲：洪 杰 教授
第一讲 高涵道比发动机发展
第一讲 高涵道比发动机发展
主要内容 发展背景 发展特点 发展途径 GEnx
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第一代大型运输机 /民用客机 所采用的动力装置 是涡喷发动机
新一代宽体客机 要求 所采用的动力装置 是高涵道比 涡扇动机
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第一代商用涡扇发动机
原因
钛叶片折断 轮盘破裂 轴承损坏 结构设计不当导致长时间工作后零件变形 装配不当使静子、转子间相互摩擦
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钛火
措施
钛机匣改为钢机匣 对转子叶片进行加强与调频 加强对发动机状态的监测 改进结构设计 不成对地采用钛合金 采用机匣处理措施 英国民航适航性要求规定，钛制静子零件的环境条件 不应超过：
工字形连接鼓筒 增加盘间刚性 轴承前置可减少 涡轮盘的角位移
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二、总体结构设计中
———连接结构问题
连接结构问题
1）连接结构的刚度含义
在静载荷作用下的变形（即静刚度） 在动载荷作用下的变形（即动刚度）
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连接结构问题
2）连接结构对转子振动响应影响
接触面接触应力会产生损伤 产生的附加不平衡量 严重时改变连接刚度、定心
RB211风扇轴断裂严重故障 图-154低压涡轮非包容破裂 防止低压轴断裂的结构措施
高推重比涡扇发动机 结构设计与动力学分析
主讲人：洪 杰 教授
主要内容
第一讲 高推重比发动机概述
发展历程 发展特点 发展途径
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主要内容
第二讲 总体结构设计
2.1 总体结构设计内容 2.2 典型总体支承方案 2.3 承力框架设计 2.4 中央传动齿轮设计 2.5 俄发动机结构分析
Machine design （机械设计） Structure Analysis（结构分析）
最终目的是实现发动机结构的完整性
－Integrality
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第二讲 总体结构设计
2.0 研究内容 2.1 支承方案 2.2 承力框架 2.3 轴系刚度 2.4 支承结构与轴承 2.5 间隙控制
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1）典型总体支承方案—PW公司
折 返 式 弹 性 支 承 带 限 位 环 滚 珠 、 滚 棒 并 用
CFM56-7
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2.5 间隙设计问题
主要影响因素 结构设计要求 典型设计方案
第三讲 高涵道比涡扇发动机结构
动力学分析
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主要内容
3.1 结构振动抑制问题 3.2 风扇机匣降噪与包容问题 3.3 安装节设计问题 3.4 防止低压轴断裂问题
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第三讲 航空发动机结构故障分析
洪 杰 教授
故障分析程序
1 收集残骸 2 孤立故障源，分清肇事者、被害者 3 分析失效形式，判断损伤机理
进行断口分析，判断性质 通过模拟试验、计算、分析、资料等确定
4 材质、工艺分析 5 强度校核
计算分析损坏件的应力状态
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故障分析程序
6 使用中发动机的情况调查
轴系具有高的弯曲刚度 刚度/质量轴向分布应尽量接近等截面梁 轴系在工作转速范围内无弯曲临界转速
低压转子刚度要求
风扇和低压涡轮部件应具有较高的局部刚性 应尽量减小风扇和涡轮处的变形 扰度和倾角
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2.4 支承结构与轴承
弹支与阻尼器 轴承与冷却润滑 封严结构
2.4 支承结构与轴承—弹支与阻尼器