第10次课 压气机 (3)

于是进入压气机的空气流量又超过了压气机后方所能排泄
的流量，压气机后方空间里的空气又“堆积”起来，反压 又急剧升高，造成压气机内气流的再次分离堵塞。
航空发动机原理和结构
喘振机理 通过压气机的气流反复堵塞又畅通，使的通过压气机 的流量大、流速高、可压缩的空气在本身惯量和压气机给 予的巨大能量作用下产生了周期行的震荡。
航空发动机原理和结构
航空发动机原理和结构 第六节 压气机附属装置
防冰系统
当飞机穿过含有冷水汽的云层，或在空气湿度较 高和气温接近零度的条件下工作时，发动机进口 部分，就会出现结冰现象。
防冰方法
对容易结冰的零件表面进行加温。
常用热源有：压气机热空气、电加热和滑油加热。
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3. 防冰系统
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解决方法：1、中间级放气
放气活门
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放气带
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WP—6放气窗口
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2、旋转一级或数级导流叶片（可调静子叶片） 进口可转的导流叶片或变弯度导流叶片
目的：当压气机在非设计状态工作时，通过改变叶片角度（或叶身 扭转）来使压气机进口预旋量相应改变，使第一级转子叶片进口气流 的攻角恢复到接近设计状态的数值，消除了叶背上的气流分离，避免 喘振。
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喘振机理 当多级轴流式压气机中的某些级产生旋转失速并进一 步发展时，压气机整个通道受阻，阻碍前方气流流入，使 气流拥塞在这些级的前方。与此同时，由于前方气流暂时 堵塞，出口反压不断下降，当出口反压比较低时，压气机 堵塞状况被解除，被拥塞的气流克服了气体惯性一拥而下，
航空发动机原理和结构 攻角：
压气机工作叶轮进口处的相对速度的方向与叶片 弦线之间的夹角。 压气机工作叶轮进口处相对速度的 方向与叶片弦线之间的夹角。 攻角的物理意义： 当正攻角过大时，会引起叶背处发生分离；此时，受
转子叶片移动速度的作用，分离有愈加恶化的趋势。负攻
角过大时，在叶盆处发生分离；此时，则不会越来越严重。 影响攻角的因素： 压气机转速、进气量、进气速度。
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一、压气机喘振
压气机喘振是气流沿压气机轴向发生的 低频率、高振幅的气流振荡现象，它产生 很大的激振力，导致强烈的机械振动，破 坏性很大。
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压气机喘振的主要特征
音调低而沉闷； 非常强烈的机械振动； 转速不稳定； 推力突然下降并大幅波动。 压气机出口总压和流量大幅度波动；
与低压涡轮联动形成低压转子，高压压气机与高压涡轮联
动形成高压转子。由于低压压气机和高压压气机分别装在 两个同心的传动轴上，当压气机的空气流量和转速前后矛 盾时，它们就可以自动调节，推迟了前面各级叶片上的气 流分离，从而增加了喘振裕度。
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4、双转子或三转子压气机
然而双转子结构的发动机也并不是完美的。在双转子 结构的涡扇发动机上，由于风扇通常和低压压气机联动， 风扇为了迁就压气机而必须在高转速下运行，高转速带来
和高压压气机都自成一个转子，各自都有各自的转速。
因此，设计师们就可以相对自由地设计发动机风扇转速、 风扇直径以及涵道比。而低压压气机的转速也就可以不 再受风扇的掣肘。
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4、双转子或三转wk.baidu.com压气机
为了解决压气机增压比和风扇转速的矛盾，人们很 自然的想到了三转子结构。所谓三转子就是在双转子发 动机上又多了一级风扇转子。这样，风扇、低压压气机
和高压压气机都自成一个转子，各自都有各自的转速。
因此，设计师们就可以相对自由地设计发动机风扇转速、 风扇直径以及涵道比。而低压压气机的转速也就可以不 再受风扇的掣肘。
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4、双转子或三转子压气机
但和双转子发动机相比，三转子发动机的结构进一 步变得复杂。三转子发动机有三个相互套在一起的共轴 转子，支撑结构更加复杂，轴承的润滑也更加困难。三
转子发动机比双转子发动机多了很多工程上的难题，可
是英国的罗尔斯·罗伊斯公司还是对它情有独钟。 罗·罗公司的RB-211涡扇发动机上用的就是三转子结构， 转子数量的增加带来了风扇、压气机和涡轮的优化。该 型发动机装备在许多型号的客机上。
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4、双转子或三转子压气机
为了千方百计提高压气机的喘振裕度，除了采用双 转子压气机外，中间级放气以及机匣处理等措施已逐渐 被广泛运用。在很多现代化的发动机上人们都保留了放

放气系统（起动放气，程序放气，打开反推放气） 可变静子叶片系统
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第六节 压气机附属装置
1、 封气装置 2 、间隙控制装置 3 、防冰系统
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1、 封气装置
目的：避免压气机转子和静子之间的级间漏 气损失，提高压气机效率。 有效措施：减少漏气面积和减少压力差 密封装置分类 接触式：涨圈式密封 非接触式：
航空发动机原理和结构 3、 压气机防喘系统
防喘措施： 1、放气机构 2、旋转一级或数级导流叶片 3、机匣处理 4、采用双轴或三轴结构
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防喘措施 1、放气机构——从压气机某一个或数个中间截面放气




目的：避免气流堵塞，增加前几级压气机的空气流量，避免前几级 因攻角过大而产生气流分离。 放气机构类型： 放气活门——双转子发动机，WP7 放气带——WP6，WP8 放气窗——大涵道比涡扇发动机，低压压气机出口放气 使用注意点：在发动机起动和低转速范围内打开，接近发动机设 计状态时关闭；放气孔的位置和排出空气的数量需要根据具体情况 经过试验进行选择； 优缺点：比较简单、效果好。 使用中不经济，需要把已经压缩过（10～25%）的空气放 到周围大气中去，损失了压缩这部分空气的机械功。不经 济。
压气机容易发生喘振的工作状态和外部条件 起动及低功率状态 发动机转速（推力）下降过程 民用飞机打开反推 军机打开加力 歼击机作大过载机动飞行 使用操作不当 措施：中间级放气，双转子，进口可调导流叶片和多级 可调整流叶片并用——气流控制系统
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第五节 压气机气流控制系统 一般组成：

篦齿封严 蜂窝封严 石墨＋篦齿 刷式封严
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1、 封气装置
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1 、 封气装置
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各种不同的典型密封装置
1. 封 气 装 置
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1. 封 气 装 置
各种不同的典型密封装置
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蜂窝封严和刷式封严
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不需要采用防冰措施
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第七节
离心压气机
离心式压气机由导风轮、叶轮、扩压器等组成(下图)。
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第七节
离心压气机
空气由进气道进入压气机、经过与叶轮一起旋转的
导风轮的导引进入叶轮。在高速旋转叶轮作用下，空气
由叶轮中心被离心力甩向叶轮外缘，压力也逐渐提高， 由叶轮流出的空气进入扩压器后速度降低，压力再次提 高，最后由出气管流出压气机。
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航空发动机核心机
压 气 机
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主要内容
第一节 概述
第二节 压气机工作原理
第三节 压气机构造 第四节 压气机防喘措施 第五节 压气机气流控制系统 第六节 压气机附属装置 第七节 离心式压气机
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第四节 压气机防喘措施
压气机喘振的定义 产生喘振的机理 防喘措施
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二、喘振的产生
喘振的根本原因是由于气流攻角过大，在叶背处发生分 离，而且这种气流分离扩展到整个叶栅通道。此时压气机叶 栅完全失去扩压能力，不能将气流推向后方，克服后面较强 的反压，于是流量急剧下降。由于动叶叶栅失去扩压能力， 后面的高压气体倒流至前面，造成压气机后面的反压降的很 低，整个压气机流路瞬间变得通畅；由于压气机仍保持原来 的转速，大量的气流被重新吸入压气机，流入动叶的气流负 攻角很快增加到设计值，压气机后面也建立起高压气流，这 时喘振过程中气流重新吸入状态。然而发生喘振的流动条件 没有改变，随着压气机后面的反压不断升高，压气机流量又 开始减小，喘振再次发生，如此反复。
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功 角: i 1k 1
＞1正 功 角
1k
＜1负 功 角
1k
1零 功 角
1k
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w1 -i w1
+i w1
u
i 1c 1
当流量减小时： i 1c 1产 生 正 攻 角 ， 叶 背 分 离 当流量增大时： i 1c 1产 生 负 攻 角 ， 叶 盆 分 离
常用防冰方法 对零件表面加温 热空气防冰——WS9，WP6，WP7 热滑油防冰 电加热防冰 WJ 组合防冰 减小零件表面水的附着力 在零件表面涂憎水剂—WP7整流罩
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需要进行防冰的部位
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热 空 气 防 冰
热空气、滑油和电加热混合型防冰
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的巨大离心力就要求风扇的叶片长度不能太大，涵道比自
然也上不去，而涵道比越高的发动机越省油。低压压气机 为了迁就风扇也不得不降低转速和单级增压比，单级增压 比降低的后果就是不得不增加压气机的级数来保持一定的 总增压比。这样一来压气机的重量就难以下降。
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4、双转子或三转子压气机
为了解决压气机增压比和风扇转速的矛盾，人们很 自然的想到了三转子结构。所谓三转子就是在双转子发 动机上又多了一级风扇转子。这样，风扇、低压压气机
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航空发动机原理和结构
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二、喘振的产生
喘振是发动机的一种不正常的工作状态，是由压气
机内的空气流量和压气机转速偏离设计状态过多而引
发的。喘振是发动机的致命故障，严重时可能导致发
动机空中停车甚至发动机损坏。衡量发动机喘振性能 的指标叫做"喘振裕度"，就是说发动机的进气口流量 变化多少会引发喘振，这个值一般都要求达到15％甚 至 20％以上。
2 、 间隙控制装置
目的：减少叶尖漏气，进一步提高发动机的性能和效率。 分类： 主动间隙控制： 高压压气机后段采用双层机匣，外层承力件，内 层是压气机气流通道外廓，双层间形成环形腔。在发 动机不同状态下，向环形腔内通以不同温度和压力的 空气，与转子内腔配合，使机匣与转子的径向变形协 调一致，从而保证较小的间隙值。 被动间隙控制： 双层机匣采用特殊结构（悬臂式机匣，环形顶板 缓冲器） 隔热材料和隔热罩

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2、旋转一级或数级导流叶片（可调静子叶片） 进口可转的导流叶片或变弯度导流叶片
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2、旋转一级或数级导流叶片（可调静子叶片） 多级可调静子叶片
可以使第一级后面的若干级转子叶片进口气流的攻角也接近 设计状态的数值。
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3、机匣处理
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机 匣 处 理
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航空发动机原理和结构
4、双转子或三转子压气机
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航空发动机原理和结构 4、采用双轴或三轴结构

将压气机分成两个或三个转子，分别由各自的涡轮来带动，使 得一台高增压比的压气机成为两个或三个低增压比的压气机。
航空发动机原理和结构
4、双转子或三转子压气机
为了提高压气机的工作效率并增加发动机喘振裕度， 人们想到了用双转子来解决问题，即让发动机的低压压气 机和高压压气机工作在不同的转速之下，这样低压压气机
气活门以备不时之需。比如在JT9D涡扇发动机上，普拉
特·惠特尼公司就分别在高、低压压气机的第4、9、15 级上保留了三个放气活门。"昆仑"发动机也采用了先进 的机匣处理措施，以及数字式防喘控制系统。
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航空发动机原理和结构
4、双转子或三转子压气机
航空发动机原理和结构
第五节 压气机气流控制系统


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航空发动机原理和结构
第七节
离心压气机
航空发动机原理和结构
第七节
离心压气机
离心式压气机的空气流量为数公斤至数十公斤每秒。
亚音速离心式压气机的增压比约为4.5,超音速离心式压气
机可达8～10，效率约为0.78。
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第七节

离心压气机
离心式压气机的特点及应用


与轴流压气机相比具有迎风面积尺寸大、效率低的特点 不宜用于高速飞行的大推力发动机上 具有特性平缓、结构简单、工艺性好等优点 在早期中小推力发动机以及近期小型发动机上得到了应 用 早期离心式压气机单级增压比为3.0-4.5，效率为0.75-0.78 60年代借助于数值流场计算技术使增压比达到6-8 组合压气机（前面加上1-2级超跨音速轴流压气机），应用 于性能良好的小型风扇发动机