航空发动机构造及强度复习题

栓与轴联接在一起；②采用长短螺栓混合使用的挑担式结构；③近代发动机，级数大于 3 的涡 轮中，盘盘联接广泛采用短螺栓连接。 23. 环形燃烧室的四种基本类型是什么？
①带单独头部的环形燃烧室；②全环形燃烧室；③折流式环形燃烧室；④回流式环形燃烧 室。 24. 燃烧室主要由哪几部分组成？
扩压器、燃烧室机匣（壳体）、火焰筒、燃油喷嘴、点火器。 25. 燃油喷嘴的功用是什么？主要有哪几种类型？
由不平衡力矩引起的不平衡称为动不平衡；动不平衡度是指动不平衡的程度，用 me 表示， 常用单位是 g ⋅ cm 。
4. 静不平衡与静不平衡度 由不平衡力引起的不平衡称为静不平衡；静不平衡度是指静不平衡的程度，用质量与偏心
矩的乘积 me 表示，常用单位为 g ⋅ cm 。
5. 挠轴转子与刚轴转子 轴的刚性相对于支承的刚度很小的转子系统称为挠性转子；转子的刚性相对于支承的刚性
14. 压气机叶片的安全系数 压气机叶片的安全系数是叶片材料的许用应力与计算得到的最大总应力之比。
ns
=
σs σ 总，max
(一般ns = 2.0 ~ 3.5)
15. 轮盘的破裂转速 随着转速的提高，轮盘负荷不断增加，在高应力区首先产生塑性变形并逐渐扩大，使应力
趋于均匀，直至整个轮盘都产生塑性变形，并导致轮盘破裂，此时对应的转速称为破裂转速。
35. 简述对支承结构的设计要求。 要求不仅保证转子的横向刚性和可靠地承受转子的负荷，还应使发动机结构简单、拆卸方
便。需要解决转子采用几个支承结构（支点）、支点形式、安排在何处等方案设计。 36. 涡轮附近的支承结构特点是是什么？
涡轮附近支承结构的主要问题是热影响较大。不但要注意在选择轴承的材料，而且在结构 上还要采用隔热措施，防止高温热源向轴承大量传热，同时要增加滑油供油量加强冷却，以避 免轴承工作恶化。例如 JT3D 高压涡轮前支承采用热节流措施，在轴承座外部还有含石棉夹层的 隔热罩。 37. 发动机的静子承力系统有哪几种典型方案？
离心式发动机优点是结构简单、工作可靠、稳定工作范围较宽、单级增压比高；缺点是迎 风面积大，难于获得更高的增压比；
轴流式发动机优点是具有增压比高、效率高、单位面积空气质量流量大、迎风阻力小；缺 点是单级增压比较小，当叶片高度很小时损失增大。 5. 列举整流叶片与机匣联接的三种基本方法。
①整流叶片可用各种形式的榫头直接固定在机匣内壁机械加工的特形环槽内； ②整流叶片可以通过焊接直接与机匣相连； ③间接固定。整流叶片安装在专门的整环或半环内、组成整流器或整流器半环，然后固定 在机匣内。 6. 压气机转子设计应遵循哪些基本原则？ 体积小；重量轻；结构简单；工艺性好；保证可靠传动，良好的定心和平衡；具有足够的 刚性。 7. 压气机防喘在结构设计方面有哪些措施？ 级间放气；进口可调（或可转）导流叶片；可调整流叶片；多转子；处理机匣。 8. 压气机转子有哪三种结构形式？各有何优缺点？ 有鼓式、盘式和鼓盘式三种。 鼓式转子的优点是抗弯刚性好、结构简单，但是承受离心载荷能力差； 盘式转子的优点是承受离心载荷能力强，但是抗弯刚性差； 鼓盘式转子优点是结构简单，工作可靠，加工方便；缺点是转子零件较多，制造偏差会影 响转子的定心和平衡。 9. 发动机转子轴向力减荷有哪三项措施？ ①将压气机转子与涡轮转子轴向联结，抵消一部分向前的轴向力； ②压气机后卸荷腔通大气； ③压气机前卸荷腔通高压气体。 10. 叶片颤振的必要条件是什么？说明颤振与共振的区别。 必要条件：相对攻角足够大；相对流速足够大。 区别： ①颤振是自激振动，共振是它激振动； ②颤振极少有高阶振型，共振可能有高阶振型。 11. 疲劳破坏有哪些基本特征？
4
21. 涡轮盘盘缘处的热应力在发动机工作中的变化规律是什么？涡轮转子链接的基本要求是什 么？
22. 可拆卸涡轮转子中，盘-轴、盘-盘的链接方法。 可拆式的盘轴联接是利用联接件将盘与轴联接起来，常用的连接件有长螺栓、短螺栓和套
齿等； 可拆式的盘与盘联接有①采用悬臂式转子，每级盘前后端面都有联接凸台，利用长、短螺
时间变化，故称为“动波”。
19. 低循环疲劳
在整个使用期限之内结构所受应力交变次数在 10 2 ～ 10 5 次之间可能发生疲劳失效的
疲劳问题。这种疲劳问题的特点是循wenku.baidu.com应力幅值较高，导致疲劳破坏的应力循环周次较低，故
亦称低周疲劳问题
20. 轮盘的局部安全系数与总安全系数
局部安全系数是在轮盘工作温度与工作时数下材料的持久强度极限
三种形式：伞形、扇形和复合型。
15. 航空发动机燃烧室由哪些基本构件组成？ 扩压器、燃烧室机匣（壳体）、火焰筒、燃油喷嘴、点火器。
16. 排除叶片共振故障应从哪几个方面考虑？举例说明各方面的具体措施。 ①改变激振力频率和降低激振力，具体措施如改变静子叶片数和采用斜装叶片； ②改变叶片固有频率，如叶片修缘，改变叶片安装方式； ③增大阻尼，如减振凸台，带冠叶片。
5
32. 亚音速喷口和超音速喷口的截面分几种形状？加力燃烧室的喷管用哪种类型？ 超音速喷管类型主要有多鱼鳞片式、双鱼鳞片式、移动尾椎体式、气动调节式。
33. 对刚性联轴器的基本要求是什么？ 需将压气机轴与涡轮轴刚性地联成一体。
34. 对柔性联轴器的基本要求是什么？ 允许涡轮转子相对压气机转子轴线有一定的偏斜角。
3
13. 说明疲劳损伤的理论要点。 ①疲劳损伤是累积的结果，且满足线性叠加原理； ②循环比定义为 ni / N ，其中 ni为加载循环次数， N 为疲劳寿命； ③单级加载时，循环比=1，即出现破坏；
∑ ④多级加载时，总损伤等于各循环比总和， n ni = 1时破坏。
N i=1 14. 轮盘有几种振动形式，各举例画出一个振型图。
17. 什么是等温度盘，为什么采用等温度盘，其温度条件是什么？ 轮盘的温度沿径向不变称为等温度盘，即 t = t0 。
18. 涡轮相比的结构特点是什么？
19. 涡轮部件冷却的目的及对冷却气的要求是什么？在涡轮部件上采用的冷却、散热、隔热措施 有哪些？
20. 气冷式涡轮转子叶片的温度分布规律及危险截面位置是什么？
单转子发动机传力方案：内传力方案，外传力方案，内外混合传力方案，内外平行传力方 案。
双转子发动机传力方案： 38. 发动机强度计算的设计点是如何选取的？
在对转子叶片进行强度计算时，选取下列几种情况作为计算点： ①发动机设计点（即地面试车状态， H = 0,V = 0, n = nmax ），应作为基本计算点；
形和鼓的变形大小相等，使二者之间没有相互约束，此半径称为恰当半径。
13. 陀螺力矩 在实际转子中，由于设计上的要求，轮盘往往不一定安装在轴的中央，或者相对于两支点
不对称，轮盘的运动便不再仅仅作自转与横向的平面运动，而是还要产生摆动，使得它的各部 分质量在运动中产生的惯性力形成了一个使轮盘不断发生偏转的力矩，这种力矩称为陀螺力矩。
②低温低空高速飞行状态，这时发动机空气流量最大，取 H = 0,V = Vmax , n = nmax ， t = 233 K 进行计算；
③高空低速飞行状态，这时发动机空气流量最小，取 H = Hmax ,V = Vmin , n = nmax ， t = tH 进行 计算。 39. 大涵道比风扇发动机叶片，在风扇叶身的中上部设计两个凸台，有何作用？
2. 航空发动机工作叶片受到哪些负荷？ 气动负荷；振动负荷；热负荷；离心力负荷。
2
3. 风扇叶片叶尖凸台的作用是什么？ 为了避免发生危险的共振或颤震，叶身中部常常带一个减振凸台。用以增加刚性，改变叶
片的固有频率，降低叶片根部的弯曲扭转应力，还可起阻尼减振作用。 4. 航空燃气涡轮发动机中，两种基本类型发动机的优缺点有哪些？
航空发动机构造及强度复习
一、 基本概念
1. 转子叶片的弯矩补偿 适当地设计叶片各截面重心的连线，即改变离心力弯矩，使其与气体力弯矩方向相反，互
相抵消，使合成弯矩适当减小，甚至为零，称为弯矩补偿。 2. 转子的自位作用
转子在超临界状态下工作时，其挠度与偏心距是反向的，即轮盘质心位于轴挠曲线的内侧， 不平衡离心力相应减小，使轴挠度急剧减小，并逐渐趋于偏心距 e ，称为“自位”作用。 3. 动不平衡与动不平衡度
σ
t T
，与计算轮盘应力中
最大周向应力或径向应力之比值。 K
=
σ
t T
/ σ max
≥ 1.5 ~ 2.0
总安全系数是由轮盘在工作条件下达到破裂或变形达到不允许的程度时的转速 nc ，与工作
的最大转速 nmax 之比值。 Kd = nc / nmax
二、 基本问题
1. 航空燃气涡轮发动机有哪几种基本类型？ 涡喷、涡扇、涡轴、涡桨、供垂直/短距起落飞机用的发动机。
16. 应力比
应力循环的特征以应力比 R 来表示，应力比 R 也称为循环特征， R = Smin / Smax ； R = 0 为脉
动循环， R = −1为对称循环。
17. 动刚度
结构在动载荷下抵抗变形的能力
18. 动波 振动时，两个余弦波的节线（波形）以大小相等，方向相反的角速度在盘上旋转，波形随
燃油喷嘴的功用是将燃油雾化（或汽化），加速混合气形成，保证稳定燃烧和提高燃烧效率。 ①离心喷嘴；②气动喷嘴；③蒸发喷嘴（蒸发管）；④甩油盘式喷嘴。 26. 列举扩压器的三种结构形式及其优缺点。 一级扩压的扩压器；二级扩压的扩压器；突然扩张的扩压器。 27. 加力燃烧室有哪些基本构件组成？ 加力燃烧室由扩压器、火焰稳定器、输油圈及燃油喷嘴、点火装置、加力燃烧室壳体等部 分组成，在双涵道发动机中还包括混合器。 28. 火焰稳定器有哪几种类型？ ①机器式火焰稳定器。包括：V 型槽式环形的稳定器，V 型槽式的径向稳定器；蒸发式火 焰稳定器；沙丘驻涡火焰稳定器； ②气动式火焰稳定器。 29. 涡扇发动机加力燃烧室常采用哪几种预燃方式，为什么？ 涡扇发动机加力燃烧室的压力脉动会通过外涵传至风扇，引起风扇甚至整个压气机喘振。 为此，在喷油和点火方面采用以下措施： ①采用值班火焰稳定器，实行软点火，即现在稳定器内部供油点火，然后再在整个加力燃 烧室分区起动； ②采用分区、分压供油，保证供油量均匀变化，避免压力脉动，并可使发动机推力连续可 调； ③为了防止点火未成前就大量供油，在有些发动机上采用了点火检测器和喷口随动机构。 30. 为什么加力燃烧室的输油圈有主副之分？ 为了满足不同加力状态供应燃油的要求，保证供油质量。 31. 加力燃烧室的喷嘴有哪几种类型？ 离心式喷嘴、射流式喷嘴。
规定一个足够的循环次数 N L ，以确定 N L 下的“持久疲劳极限”，称为“持久条件疲劳极限”。
11. 尾流激振 气流通过发动机内流道时，在内部障碍物后（如燃烧室后）造成气流周向不均匀，从而对
后面转子叶片形成激振。
1
12. 恰当半径 当盘与鼓做成一体时，由于盘和鼓筒受到应力的作用而产生变形，而在某半径处，盘的变
①交变应力小于 σ b 下可能破坏（小应力特征）；②脆断特征；③累积损伤特征；④局部特征；
⑤宏观和微观特征。 12. 燕尾形榫头与枞树形榫头有哪些主要特点？
燕尾形榫头：①榫头尺寸小，重量轻，加工方便；②能承受较大负荷；③榫槽应力集中。 枞树形榫头：①承拉截面接近等强度；②周向尺寸小，可安装较多叶片；③可有间隙插入， 可自由膨胀；④便于通冷却空气；⑤装拆及更换叶片更方便；⑥应力集中严重，加工精度高。
很大的转子称为刚性转子。 6. 转子叶片的静频与动频
静止着的叶片的自振频率称为静频； 旋转着的叶片的自振频率称为动频；由于离心力的作用，叶片弯曲刚度增加，自振频率较 静频高。 7. 转子的临界转速 转子在转速增加到某些特定转速时，转子的挠度会明显增大，当转速超过该转速时，挠度 又明显减小，这种特定的转速称为转子的临界转速，是转子的固有特性。 8. 转子的同步正涡动与同步反涡动 自转角速度与进动角速度大小与转向均相同的涡动称为同步正涡动；自转角速度与进动角 速度大小相等，但转向相反的涡动称为同步反涡动； 9. 转子的同步正进动与同步反进动 自转角速度与进动角速度大小与转向均相同的涡动称为同步正涡动，对应的进动称为协调 正进动；自转角速度与进动角速度大小相等，但转向相反的涡动称为同步反涡动，对应的进动 称为协调反进动。 10. 持久条件疲劳极限