航空发动机结构与原理概论

以航空发动机结构为例说明产品结构

前言

CFM56-7是目前客机发动机中最先进的发动机（图1）…

图1

航空发动机是飞机性能、可靠性和成本的决定性因素，发动机加燃油的重量占战斗机/轰炸机/运输机起飞总重量的40%~60%，其寿命期费用站整个飞机的20%~40%。特别是涡轮喷气发动机发明以后，推进技术的进展更是突飞猛进，是飞机的性能和任务能力取得了重大突破。

美国人对航空发动机技术如是评价：“T he aircraft engine is a technology intensive, making it difficult to enter a novice area, it needs adequate protection and use of the state results in the area, long-term data and experience, as well as national large in vestment. “United States” a joint vision for 2020 “in the proposed strategy for the future based on the composition of the nine U.S. advantage technology, aviation jet engines are listed in the second, on nuclear technology before, and now even the United States there are only two areas of government investment, one aerospace, and the other is the aircraft engine, the aircraft engine is a national strategic industry. ”

如今，航空发动机技术也是制约我国航空工业发展的瓶颈。

本文内容分为航空发动机基本类型、基本原理、基本结构和航空发动机共同工作三部分，并着重从概念介绍航空发动机的结构。

一、航空发动机基本类型

航空发动机类型结构示意图

双面进气单

级离心式涡轮

发动机

单面进气双级

离心式涡轮

螺旋桨发动机

双转子轴流式

涡轮轴发动机

单转子轴流式

涡轮

喷气发动机

双转子涡轮

轴发动机

小涵道比

双转子轴流式

涡扇发动机

大涵道比

三转子轴流式

涡扇发动机

二、航空发动机基本原理

通俗地讲，航空发动机通过燃烧燃料增加空气气流的内能，并把部分能量用于增加气流的动能，使气流出口速度大于进口速度。根据动量定理，可以明白发动机会受到一个气流的反作用力，从而产生向前的推力。

工作过程示意图：

热力循环过程为：

三、航空发动机基本结构

航空发动机的基本机构包括进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管。不同类型的航空发动机还具有以下结构：风扇，外涵道，加力燃烧室，推力转向装置以及矢量喷管等。下面将分别介绍压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管以及加力燃烧室，其中每部分将从部件工作规律和某种型号结构两个方面展开。

首先，以CFM56-2发动机为例说明发动机的支撑结构（见下图）和主要零件数目。

CFM56-2发动机主要零件数目表 发动机

型号

承力框架 轴承 风扇及增压级

叶片 高压压气机级数 高压压气机可调级 高压压气机叶片数 高压涡轮级数

高压涡轮叶片数 低压涡轮叶片数

叶片

总数

规定寿

命的旋

转件

CFM56-2 2 5 684 9

4 1380 1 198 **** **** 20

（1） 压气机

工作规律

1.定义：压气机是用来提高进入发动机内的空气压力，供给发动机工作时所需要的压缩空气，也可以为座舱增压、涡轮散热和其他发动机的起动提供压缩空气。

2.评定压气机性能的主要指标：增压比、效率、外廓尺寸和重量、工作可靠性、制造和维修费用。

3.压气机分类：

1)按燃气流动的方向分为：轴流式、离心式、混合式。特别地，CFM56-2系列的压气机均为轴流式。

2)按压力相对值分为：低压压气机（增压级）、高压压气机

3)按结构分为：转子部件、静子部件

转子部件包括风扇、低压和高压压气机的轴、盘以及叶片；

静子部件包括机匣和整流器。

某种型号压气机结构（以CFM56-2为例，包括风扇、低压压气机和高压压气机）

1.风扇

CFM56-2风扇叶片根部结构

如右图。

由于叶冠做成平行四边形，各个

叶片的叶冠相互抵住，单独拆换1片

叶片是不可能的；但是风扇叶片往往

会遭到外来物打伤，需在外场飞机上

更换叶片，为此，轮盘上固定叶片的

榫槽做得较深，叶片榫头下端与榫槽

槽底间留有一间隙，在此间隙中插入特别的垫块，当需拆换叶片时，先将垫块取出，再将叶片向下压，使叶冠与相邻叶片叶冠脱开，这样就能方便地将叶片单个取出。

在CFM56-2的风扇部件设计中有3处最为特别：

1)工作叶片带冠，这是目前所见到的唯一一种在风扇叶片上带冠的结构。

2)为防外来物的击伤与抗振，CFM56-2还利用在冠上还作有三道封严篦齿，用以封严，提高效率，这是比不带冠叶片优越之处。

3)但是，为减少带冠后带来的叶根强度问题，采取加多叶片数目，增加稠度，使叶冠面积减少的措施。

2.CFM56-2风扇机匣（包容机匣）

机匣除了有足够的强度，可靠承受各种载荷外，还要具有包容性，保证在叶片折断或轮盘破裂时不被击穿。结构如下图，

3.CFM56-2低压压气机（增压级）

1) CFM56-2低压压气机（增压级属