航空发动机叶片

发动机叶片

一、 发动机与飞机 1. 发动机种类 1） 涡轮喷气发动机（WP ）WP5、WP6、WP7、……WP13 2） 涡轮螺桨发动机（WJ ）WJ5、WJ6、WJ7 3） 涡轮风扇发动机（WS ）WS9、WS10、WS11 4） 涡轮轴发动机（WZ ）WZ5、WZ6、WZ8、WZ9 5）

活塞发动机（HS ）HS5、HS6、HS9

2. 发动机的结构与组成

燃气涡轮发动机主要由压气机、燃烧和涡轮三大部件以及燃油系统、滑油系统、空气系统、电器系统、进排气边系统及轴承传力系统等组成。（发动机的整体构造如下图1）三大部件中除燃烧外的压气机与涡轮都是由转子和静子构成，静子由内、外机匣和导向（整流）叶片构成；转子由叶片盘、轴及轴承构成，其中叶片数量最多（见表1～5）

3. 发动机工作原理及热处理过程

风扇

高压压气机

燃烧室

高压涡轮 低压涡轮

加力燃烧室

喷管

发动机的整体结构

工作原理：发动机将大量的燃料燃烧产生的热能，势能给涡轮导向器斜切口膨胀产生大量的动能，其一部分转换成机械功驱动压气机和附件，剩余能由尾喷管膨胀加速产生推力。

热力过程：用p-υ或T-S图来表示发动机的热力过程：

图 1.发动机等压加热理想循环

4.飞机与发动机

发动机是飞机的动力，也是飞机的心脏，不同用途的飞机配备不同种类的发动机。如：

1）军民用运输机、轰炸机、客机、装用WJ、WS、WP类发动机。

2）强击机、歼击机、教练机、侦察机、装用WP、WS、HS 类发动机。

3）军民用直升机装用WZ类发动机。

二、叶片

在燃气涡轮发动机中叶片无论是压气机叶片还是涡轮叶片，它们的数量最多，而发动机就是依靠这众多的叶片完成对气体的

压缩和膨胀以及以最高的效率产生强大的动力来推动飞机前进的工作。叶片是一种特殊的零件，它的数量多，形状复杂，要求高，加工难度大，而且是故障多发的零件，一直以来各发动机厂的生产的关键，因此对其投入的人力、物力、财力都是比较大的，而且国内外发动机厂家正以最大的努力来提高叶片的性能，生产能力及质量满足需要。

1.叶片为什么一定要扭

在流道中，由于在不同的半径上，圆周速度是不同的，因此在不同的半径基元级中，气流的攻角相差极大，在叶尖、由于圆周速度最大，造成很大的正攻角，结果使叶型叶背产生严重的气流分离；在叶根，由于圆周速度最小，造成很大的负攻角，结果使叶型的叶盆产生严重的气流分离。因此，对于直叶片来说。除了最近中径处的一部分还能工作之外，其余部分都会产生严重的气流分离，也就是说，用直叶片工作的压气机或涡轮，其效率极其低劣的，甚至会达到根本无法运转的地步。

发动机叶片数量统计如下（以WJ6、WS11为例）表：

1.WJ6

压气机叶片数量见表1 表1

涡轮叶片数量见表2 表2

发动机叶片总数

1078+424=1502

1502×500=751000

按平均价格500元/片，总产值3.755亿2.WS11

压气机叶片总数见表3

表3

风扇叶片数量见表4

表4

涡轮叶片数量见表5

表5

叶片总数

1297+192+507=1996

按300台计

2000×300=600000片

按500元/片计价

共计产值3亿元。

2. 叶片的工作原理

1) 压气机叶片

顾名思义,压气机是用来“压气”地,把进口大气压P H=1的压力压到出口处的所需要的压力.我们下图来分析其压缩的原理：

图3 基元级叶栅通道

气体在图2中的流道内由于其容积越来越小而将气体的压力“憋”得越来越高。在图2中由于叶栅通道内的相对运动中截面积扩大，引

起速度下降，ω1＞ω2，气流的动能减少，减少的动能大部分转化为气流的压力能，从而使气流的压力提高P1＞P2。工作轮的任务不仅要提高压力，而且要不断给气流假如轮缘功L u使气流不断的被压缩。压气机叶片中有工作叶片和整流叶片之分，工作叶片是随着转子旋转的，而整流叶片是静止不动，给工作叶片进口或出口紊乱的气流进行整理使气流有序的流动减少流动损失。气流在整流叶片中同样是增压过程。

压气机的级数往往有很多级，这是因为它的级增压比不高，一般在1.2左右，要将气流压力提高到很高，则需很多级来完成。总压比与级压比的关系是πn*=πnIπKIIπKIII……πKn

压气机级数一般都是8级以上。

2）涡轮叶片

通过涡轮的流程通道和基元级叶片叶栅通道的结构型式来分析涡轮叶片的工作原理

图5.涡轮基元叶栅通道

从图3和图2可看出其气流进出口的状态正好相反。气流流过图3的流道时由于面积越来越大而压力越来越低。这是由于气流流过叶栅通道F1CA和F2PK膨胀过程中的压力下降很快所需要的容积。其原理为：

由于涡轮叶片进口面积F Z大于出口面积，同样工作叶片也是如此。从燃烧室中流出的燃气速度不高，约100m/s，进入涡轮叶片后由于叶栅通道是收敛的，燃气在出口处（F1CA）膨胀，使气流的温度、压力大弧度下降，使出口速度C1（ω2）大弧度上升可过600m/s，接近音速，从而走到和完成热能、压力能转换为动能，又由动能转换为机械能。涡轮总落压比与落压比的关系如下式：

π*T=πTⅠπTⅡ……πTn

涡轮级数比压气机少，有单级、双级，大发到6级

3.叶片的几何尺寸

图6压气机叶片叶栅

集合参数示意图

（1）.压气机叶片

i—进气攻角（β1K—β1）v—安装角

β1K—进气构造角t—栅距

β1—进气气流角C max—最大厚度

β2K—排气构造角R q—前缘圆半径

β2—排气气流角R n—后缘圆半径

δ—落后角θ—叶片弯角

S—轴向宽度b/t—叶片稠度

b—弦长

在设计中需重点控制的参数如下：

(a).C max应控制在叶尖为C max/b=0.04～0.06；而叶根则为：C max/b=0.1～0.12。

(b).i应控制前几级0～-2°，后几级为1～2°。

(c).R q、R n可按下曲线计算得出：