航空发动机结构-第四章 压气机

CFM56-5C高压压气机
等内径气流通道设计
第二节 轴流压气机转子
转子的基本结构 2. 压气机工作叶片结构 3. 压气机轮盘结构 4. 转子平衡技术
1.
1. 转子的基本结构
一、结构分类
鼓式转子
结构简单弯曲刚性好 转速受到限制(低于200米/秒)。
大流量比发动机增压级多采用。
鼓加强盘：
盘的变形大于鼓的变形。
混合式转子
1. 转子的基本结构
二、转子的连结形式：
短螺栓连接
焊接的盘鼓混合式转子
销钉连接转子
长螺栓连接转子
短螺栓连接转子
二、转子的连结形式
发动机转子应力分布
焊接的盘鼓混合式转子
销钉连接 转子
长螺栓连接转子
长螺栓连接转子
AL-31F
2.压气机工作叶片结构
防冰涂层；
进气锥形状
3.防外来物打伤（FOD）
大涵道比风扇及涡轮轴发动机尤为重要
3.防外来物打伤（FOD）
防止外物打伤的措施：
叶片上加凸台，带冠；
小展弦比叶片
进气锥及增压级气路形状 中介机匣位置 防尘网 粒子分离器
3.防外来物打伤（FOD）
3.防外来物打伤（FOD）
承受负荷小
零件数目减少
风扇叶片的槽向固定
CFM56-5B 风扇连接
3.压气机轮盘结构
作用
固定叶片并使叶片对
气体作功。 负荷很大是重要零件。
剖面形状
外缘：视叶片尺寸定
内部：由强度而定。 中心：开孔大加厚。
3.压气机轮盘结构
盘～轴作成一体简化结构
盘～叶片做成一体
第一节 概 述
4.
气流通道形式
等外径设计 能充分提高叶片切向速度，加大加工量。 以减少压气机级数。 切向速度受到强度的限制。 多在压气机前面几级使用。
F404低压风扇
等外径气流通道设计
第一节 概 述
等内径设计 优点：提高末级叶片效率。 缺点：对气体加功量小，级数多。 等中径设计 介于两者之间，一般均混合采用。
航空发动机结构
第四章 风扇/压气机的结构
第四章 风扇/压气机结构
第一节
概述 第二节 转子系统 第三节 静子系统 第四节 辅助系统
防冰装置、防喘装置等
第一节 概 述
1.
组成及分类
进气道、静子、转子、防喘/防冰系统。
组成; 分类：
轴流、离心、混合压气机。 气动特征，结构特征
第一节 概 述
3.要求解决的问题
转子要有足够的刚性和强度； 基本原则是等强度，等刚度设计 抗外物打伤能力和包容能力强； 采用结构措施提高可靠性 防喘、减缓振动，避免共振； 效率提高、工作稳定可靠； 重量轻、寿命长、成本低。
转子在横向力作用下的变形
高压转子沿轴向弯曲刚性基本上为等刚度
间隙控制以提高压气机效率。
2. 压气机机匣
机匣间的连接 螺栓的选取
螺钉、螺栓 精密螺栓 自锁螺栓
机匣刚度 机匣气封性
2. 压气机机匣
高压压气机机匣
3.整流器
1 2
叶片 外环、内环
叶型为亚音、有带冠、底座
加强叶片强度，提高自振频率； 内环有封严装置防止级间漏气； 可无内环 外环与机匣连接： 焊接、机匣内开槽、螺母连接；
（Blade+Disk＝Blisk）
整体叶环
（Blade+Ring＝Bling）
3.压气机轮盘结构
整体叶盘结构 减少榫头的漏气量提 高效率 避免由榫头的磨蚀、 裂纹及锁片的损坏带 来的故障 要考虑叶片被外物打 伤后的维修问题 设计中要保证前缘具 有较小振动应力和较 高的抗外物打伤能力
PD－33发动机处理机匣
第一节 概 述
大涵道比涡轮风扇发动机
第一节 概 述
小涵道比涡轮风扇发动机
第一节 概 述
涡轮螺桨发动机
第一节 概 述
涡轮轴发动机
第一节 概 述
2.特
点
进口处： 外物易打伤、结冰、腐蚀。
转速高： 叶片根部、轮盘承受负荷极大，平衡要求高。
对空气做功： 要求效率高、叶型设计。 叶片高而薄： 易振动、高频疲劳。
风扇盘结构
4.转子平衡
静不平衡量：单位：牛顿
*米
4.转子平衡
动不平衡：单位：牛顿
* 米*米
第三节 轴流压气机静子
1. 风扇机匣结构 2. 压气机机匣结构
3. 整流器
1.风扇静子机匣
1.承力机匣框架：
铸焊组合
2.出口导向叶片：
距离---噪音
3.包容环：
防止叶片飞出
RB211-535E4ຫໍສະໝຸດ Baidu
GE90
3.防外来物打伤（FOD）
CFM56-2
CFM56-3
CFM56-5
CFM56-7
4. 防喘装置
1.喘振原因
进气畸变，吞烟，进气道堵塞。
2.防喘措施
放气机构 可调进口导向器叶片 可调静子叶片 处理机匣 多转子。
放气机构
可调静子叶片
处理机匣
第四节 防冰、防喘装置等
1.进气机匣 2.防冰系统 3.防外来物打
伤
1.进口导向器叶片

组成：
内外环 进口导向器叶片

进口导流叶片
正预旋 反预旋
2.防冰系统
2.防冰系统


防冰条件：
水分和温度。

措施：
热空气； 热滑油；
结冰后果：
进气流量降低 涡轮前温度提高 冰脱落打伤叶片
根部
(榫头)
销钉连接
2.压气机工作叶片结构
根部
(榫头)
锁片槽向固定
2.压气机工作叶片结构
根部
(榫头) 锁片、销钉槽向固定
2.压气机工作叶片结构
根部
(榫头) 凸台、钢丝槽向固定
2.压气机工作叶片结构
根部
(榫头)
卡环槽向固定
2.压气机工作叶片结构

环型燕尾榫头
加工简单 安装方便
4.吸音衬套：
声学衬套。
风扇机匣的包容性
2. 压气机机匣
分类
使用材料: 镁合金、铝合金、钛合金、合金钢.
加工工艺: 铸造、锻造、板料焊接、轧等.
2. 压气机机匣
形状
分半机匣 简单易安装、刚性不均。 分段整环机匣 刚性好、不易安装。 双层机匣
机匣受力和保持气流通道机匣分开，可便于
2.压气机工作叶片结构
2.压气机工作叶片结构
根部
(榫头)
叶片和盘的连接部分并将叶片的离心力均匀加在
盘缘上。 轴向燕尾型--广泛采用于风扇、压气机中。 环形燕尾槽--用于高压后几级中。 榫树型榫头--在压气机中较少使用。
叶片在轮盘槽内的固定
卡圈、锁片、锁板、销钉
2.压气机工作叶片结构
鼓式转子—斯贝MK-202
鼓式转子
鼓式转子—CFM56
1. 转子的基本结构
一、结构分类

盘式转子
盘的强度好
弯曲刚性差 盘易产生振动
盘式转子—PW4000
加强盘式转子
• SPEY 低压压气机转子
混合式转子
恰当半径：
盘的变形等于鼓的变形。
盘加强鼓：
盘的变形小于鼓的变形。

叶身
叶型：
亚音、超音
叶尖切速：
决定叶片的加功量
宽弦：
提高抗外物打伤能力，减振
2.压气机工作叶片结构
端弯叶片
2.压气机工作叶片结构
带凸肩叶片 宽弦叶片
2.压气机工作叶片结构
2.压气机工作叶片结构
2.压气机工作叶片结构
带蜂窝结构
带波纹片结构
RR公司的空心叶片设计