航空发动机设计考试重点

一、航空燃气涡轮发动机的主要性能参数有推力、推重比（功重比）和耗油率等；设计参数 主要有增压比、涡轮前燃气温度和涵道比等。

1、推力 （尾喷管完全膨胀和不计燃油质量流量）)(12v v q m F

-= 式中q m --空气质量流量；v 2--排气速度；v 1

--进气速度； 2、推重比（功重比）推重比是推力与重力之比。.对活塞式发动机、涡桨发动机和涡轴发动机用功重比，单位daN kW /。

3、耗油率 发动机每小时的燃油质量流量与推力或功率之比。

4、增压比 指压气机增压比，是压气机出口总压与进口总压之比。有最佳增压比（即产生最大做功能力的增压比）和最经济增压比（即耗油率最低的增压比），其他条件相同时，最佳增压比小于最经济增压比。

5、涡轮前燃气温度 是第一级涡轮导向器进口截面处的总温，也有不少发动机用涡轮转子进口截面处总温表示。提高涡轮前燃气温度能增大发动机做功能力，提高热效率，降低耗油率。

6、涵道比 涡扇发动机外涵道和内涵道空气质量流量之比，又称流量比。小于1为小涵道比，1~4为中涵道比，大于4为大涵道比。远程运输机和旅客机涵道比为4~8，战斗机小于1，可小到0.2~0.3。

二、思考题：根据总增压比、推重比、涡轮前燃气温度、耗油率、涵道比等重要性能指标，指出各代涡喷、涡扇、军用涡扇发动机的性能特征。

答：a.通过分析比较，涡喷发动机随着技术的更新，新一代的发动机比上一代的发动机拥有高的增压比，推重比，涡轮燃气温度也有较大幅度的提高，特别是第三代发动机，整体性能有了大幅度的提升。

b.民用涡扇发动机的涵道比进一步增大，涡轮燃气温度也进一步升高，在不影响整体性能的情况下，采用了一系列措施降低了耗油率。

c.军用涡轮风扇发动机每一代的性能提高十分迅速，增压比，推重比，涡轮前燃气温度都有大幅度提高，而涵道比降低，耗油率也有较明显的下降。对于军用发动机来说，推重比的大幅提高提高了战机的机动性能，耗油率降低也相应的增大了载弹量，这些性能的提高均有利于空中作战。

三、压气机结构设计基本要求：

1、满足发动机性能设计提出的各项要求，性能稳定，稳定工作范围宽；

2、有足够的强度、适宜的刚度和更小的振动；

3、结构简单，尺寸小重量轻；

4、工作可靠，寿命长；

5、维修性、检测性好，性能制造成本比高。

四、压气机类型：轴流式、离心式和混合式。根据转子数目分为单转子、双转子和三转子。

五、转子结构设计要解决的矛盾：在考虑到尺寸小、重量轻、结构简单、工艺性好的前提下，转子零、组件及其连接处应保证可靠的承受载荷和传力，具有良好的定心和平衡性、足够的刚性。

六、压气机转子的基本型式：鼓式、盘式和鼓盘式。

七、恰当半径：在鼓筒和轮盘做成一体后，有三种可能：一是在小半径处轮盘的自由变形大于鼓筒的自由变形；二是在大半径处，轮盘的自由变形小于鼓筒的自由变形；三是在某一中间半径处，两者自由变形相等。对于第三种情况，连成一体后相互没有约束，即没有力的作用，这个半径称为恰当半径。

八、可拆卸的鼓盘式转子有用拉杆联接、短螺栓联接和长轴螺栓联接等几种。

九、工作叶片 主要有叶身和榫头两部分组成，是轴流式压气机重要零件之一。工作叶片的

工作可靠性依赖于叶片本身和其与轮盘额联接有足够的强度、适宜的刚性和较小的应力集中。

十、叶身的构造特点为减轻重量，叶尖的弦长要比根部窄，厚度要比根部薄。在叶片较长的情况下为避免发生危险的共振或颤震，叶身中部常带一个减振凸台。装配好后，凸台连成一环状，彼此制约，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。

十一、榫头的构造工作叶片通过榫头与轮盘额联接。对榫头的主要设计要求是:1、在尺寸小，重量轻的条件下，将叶身所受负荷可靠地传递给轮盘；2、保证工作叶片的准确定位和可靠固定；3、应有足够的强度、适宜的刚度及合理的受力状态，尽量避免应力集中；4、结构简单，拆装方便。

十二、轴流式压气机转子叶片榫头形式有燕尾式、销钉式和枞树式三种。

十三、防喘振装置：放气机构、压气机进口可变弯度导流叶片或可转导流叶片、可转整流叶片、双转子或多转子压气机和机匣处理。

十四、压气机静子与转子叶片的材料，通常是相同的。

十五、燃气涡轮可分为轴流式涡轮与径向式涡轮两类。

十六、航空燃气涡轮的特点是功率大、燃气温度高、转速高、负荷大。涡轮是发动机中动力负荷和热负荷最大的部件，其工作条件恶劣，是发动机使用中故障较多的部件之一。

十七、涡轮结构设计特殊问题1、零件材料及选用；2、零组件的结构设计；3、零组件的降温。

十八、枞树形榫头的优点1、叶根与轮缘部分的材料利用合理，承载面积多，承拉截面接近等强，因此这种榫头重量较轻；2、榫头在轮缘所占额周向尺寸较小，因此在轮盘上可安装较多叶片；3、可有间隙地插入榫槽，允许榫头与轮缘受热后自由膨胀；4、可利用榫头的装配间隙，通入冷却空气，对榫头和轮缘进行冷却；5、装拆及更换叶片方便。

十九、减小叶尖间隙的措施1、尽量减小机匣在各种状态下的变形量；2、在机匣内表面采用易磨的封严材料与结构；3、采用主动间隙控制技术。

二十、涡轮部件冷却的目的1、提高涡轮前燃气温度；2、降低零件工作温度到允许范围内；

3、使零件温度分布均匀；

4、提高零件工作表面的耐蚀性；

5、有可能采用廉价的耐热材料。二十一、涡轮叶片冷却方式1、对流冷却；2、喷射式冷却、3、气模冷却；4、发散冷却。二十二、燃烧室壳体和扩压器是发动机主要承力件。燃烧室的零组件主要是薄壁件，工作时常出现翘曲、变形、裂纹、积碳、过热、烧穿等故障。

二十三、燃烧室的故障可分为受高温热应力引起的故障、机械振动引起的故障、积碳和热腐蚀引起的故障、燃烧过程组织不善引起的故障等。

二十四、燃烧室基本类型有分管（单管）、环管和环形三种。

二十五、燃烧室基本构件有扩压器、壳体、火焰筒、燃油喷嘴和点火器。

二十六、燃油喷嘴有离心喷嘴、气动喷嘴、蒸发喷嘴（又称蒸发管）和甩油盘式喷嘴等。

二十七、最为广泛的加力方法是在涡轮和尾喷管之间安装加力燃烧室，进行复燃加力。凡是带有加力燃烧室的发动机都必须有面积可调节的尾喷管配合工作。

二十八、喷气发动机的噪声源主要有三个：压气机、涡轮和排气流。噪声分为内部噪声和外部噪声两大类。

二十九、为表示转子支点数目型式和位置，常用两条横线和三个数字表示，如a-b-c。前、后两条横线分别表示压气机转子和涡轮转子，两条横线前后及中间的数字表示支点数目。

三十、转子支承方案的特点:1、转子支承方案的设计与各部件的结构型式有关；2、为了使结构简单重量轻，力求减少支点数目；3、支点的配置方案也取决于转子的刚性；4、单个转子的支承方案必须而且只能有一个止推支点；5、应考虑发动机的装配和转子额平衡；6、设计双转子或多转子的支承方案时，可在分别考虑各个单独的转子支承方案的基础上，注意各个转子之间的相互关系，尽量少采用或不采用中介支点，注意减少支点和承力构件的数目。