航空发动机结构

桨扇由涡轮驱动，无涵 道外壳，装有减速器， 从这些来看它有一点象 螺旋桨；但是它的直径 比普通螺旋桨小，叶片 数目也多（一般有6-8 叶），叶片又薄又宽， 而且前缘后掠，这些又 有些类似于风扇叶片。
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使用最广泛的燃气涡轮发动机：
• 加力的涡喷发动机 • 加力的涡扇发动机 燃气涡轮发动机的共同特点：
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4、WZ发动机
主要部件：进气道、压气机、燃烧室、动力涡 轮、自由涡轮、尾喷管
特点：通常带有自由涡轮，而其他形式的涡轮 喷气发动机一般没有自由涡轮。
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5 桨扇发动机
螺桨风扇发动机是一种介于涡扇发动机和涡桨 发动机之间的一种发动机形式。它既可看作带除去 外涵道的大涵道比涡扇发动机，又可看作高速先进 螺桨的涡桨发动机，因而兼有前者飞行速度高和后 者耗油率低的优点。目前正处于研究和实验阶段。
桨扇发动机的概念研 究始于70年代中期。80年 代后半期已完成地面和飞 行验证试验，基本达到预 期目标。由于航空公司的 综合经济因素和公众接受 心理等种种原因，桨扇发 动机尚未进入实用阶段。
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桨扇发动机的关键部件是先进高速螺桨，它带有多个宽 弦、薄叶型的后掠桨叶，能在飞行马赫数0.8下保持较高的效 率，见图1－6。
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燃气涡轮发动机的工作循环
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压气机作用：
•用来提高进入发动机内的空气压力，供给发动机工 作时所需要的压缩空气。
•为座舱增压、涡轮散热和其它发动机的起动提供压 缩空气。
主要性能指标：
•增压比 •效率 •外廓尺寸和重量 •工作可靠性 •制造和维修费用
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军用发动机设计要求 A 性能要求，包括地面台架性能和空中飞行
性能（推力和耗油率）、起动性能、加减速性 能、引气量、功率提取和过载；
B 适用性要求，包括发动机在飞行包线内稳 定工作和油门杆使用不受限制，加力接通、切 断不受限制，飞行状态变化、极限机动状态等 时的发动机稳定工作；
转子结构设计的基本问题就是针对这些缺点而进行的。
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压气机转子上的负荷:见图3－5 转子结构设计所需要解决的基本矛盾：
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、 组件间其连接处应保证可靠的传力 （对结构设计起决定作用的负荷是叶 片和转子的离心力、弯矩和扭矩）， 良好的定心和平衡、足够的刚性。这
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燃气涡轮发动机的基本机理---喷气推进原理： 喷气推进是牛顿第三定律（作用在物体上的每一
个力都有一方向相反大小相等的反作用力）的实际应 用。
喷气式飞机飞行时，它向后高速喷出大量气体， 这表明发动机对喷出的气体作用了“力”。根据牛顿 第三定律（就飞机推进而言，“物体”是通过发动机 时受到加速的大气中的空气），该高速气体也必然会 给发动机一个大小相等方向相反的反作用力，使飞机 向前运动。高速喷出的气体给发动机的这一反作用力 ，就称为喷气发动机的推力，喷出的气体越多，速度 越大，所产生的推力也就越大。
动机）。
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航空燃气涡轮发动机的基本类型
按照做功方式分五种基本类型
•涡轮喷气发动机（涡喷）（WP） •涡轮螺浆发动机（涡浆）（WJ） •涡轮风扇发动机（涡扇）（WS） •涡轮轴发动机（涡轴）（WZ） •螺浆风扇发动机（浆扇）(JS)
生拉力。 发动机推力来自两个部分，一部分是由高速喷出的燃 气所产生的反作用力（10%），一部分涡轮带动螺浆 产生前进的拉力（90%）。
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3、WS 主要部件：风扇、外涵道、内涵道（压气机、燃烧室、
涡轮），尾喷管 特点：发动机的推力是内外涵道气流反作用力的总和。 涵道比（流量比）：外、内涵道空气流量之比。
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航空发动机的作用 •航空发动机是航空器飞行的动力，也是航空事 业发展的推动力； •航空发动机是飞机性能、可靠性和成本的决定 性因素； •航空发动机的发展对冶金、机械、电子、仪表 等行业的发展具有重要的带动和促进作用。
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航空发动机研究工作的特点
•技术难度大
一台发动机内有十几个部件和系统及数万个零件
研制一种新的发动机需要1万小时的整机试验和10万小
时的部件和系统试验。
•周期长
先进发动机的研制周期为9-15年，F119从1986年开始
到2005年投入使用，前后达19年。
•费用高
F119的研制费用超过20亿美元；发动机的研究和发展
费用占航空总费用的1/4。
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离心式压气机的特点: 结构简单、结实可靠，容易制造和发展，生存力强、 特性比较平稳、级增压比高等优点。 应用在小型发动机采用。主要用于教练机、导弹、 靶机上的小型动力装置和辅助动力装置。
在直升机的动力装置中采用混合式压气机。
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结构类型：
轴流式 离心式 混合式
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轴流式压气机的特点: 增压比高、效率高、单位空气流量大。
➢在相同迎风面积下，轴流式比离心式吸入的空气多 得多，产生的推力更大。 ➢通过增加级数就能增加增压比。 ➢高增压比有利于采用轴流式压气机，因为它改善了 效率，并进而改善了给定推力下的耗油率。 ➢在大、中推力发动机上，普遍采用轴流式压气机。
些就是压气机转子方案设计所应遵循 的基本原则，也是分析各种转子方案 的基本原则。
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压气机转子的基本结构型式 1 鼓式转子 2 盘式转子 3 盘鼓式（混合式）转子
压气机转子的基本型式
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转子叶片与轮盘的连接
转子叶片的组成：转子叶 片是轴流式压气机最重要 的零件之一。它主要由叶 身和榫头组成。在有些长 叶片上，或者在激振力比 较强的区域内工作的叶片 叶身上还带有阻尼台。
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航空发动机分类：
在过去的一个航空百年里，人类所使用的
主要的航空发动机，可分为两大类:
1、活塞式发动机
•冷却方式（液冷式、气冷式）。 •气缸排列方式(星形、V形、直列式、对列式、 X形)
2、空气喷气式发动机
•无压气机（冲压式发动机、脉动式发动机）。 •有压气机（涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机 、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机、浆扇发
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整流器机匣的结构方案 (1)整体式 (2)分半式(纵剖结构) (3)分段式(横剖结构)
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整流器安装在机匣内，位于两级转子之间，因此转 子和机匣的方案决定整流器的方案。在铸造的分半 机匣内，由于机匣壁较厚，整流叶片可以用不同形 式的榫头直接固定在机匣内壁的特制环槽内。
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NP、 压气机，燃烧室，燃气 涡轮，尾喷管,(加力燃 烧室) 特点： (1)涡轮只带动压气机 压缩空气。 (2)发动机的全部推力 来自高速喷出的燃气所 产生的反作用力。
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2、WJ 主要部件：压气机,燃烧室,燃气涡轮,尾喷管,减速器 特点： 涡轮不仅带动压气机压缩空气，还带动螺浆产
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轴流式压气机转子叶片榫头的型式 （1）销钉式榫头 结构简单、工艺简单；尺寸重量大，承载能力低 （2）燕尾形榫头 尺寸小、重量轻，承载能力强，加工方便，根部有 应力集中。 （3）枞树形榫头 尺寸重量小，承载能力最强。应力集中最严重，加 工精度高
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整流器机匣的负荷
静子的重量、惯性力 、内外空气压差、扭
矩、轴向力、弯矩、 热载荷、振动载荷。
它是发动机的主要承 力壳体之一，也是气 流通道的外壁。
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整流器机匣的结构设计的基本要求 （1）重量轻，具有足够的强度，可靠承受各种载荷； （2）具有足够的刚度，保证在各种载荷作用下，机匣 的径向、横向变形在允许范围之内； （3）保证各段机匣之间的同心和机匣与转子的同心； （4）具有包容性，保证在叶片折断或轮盘破裂不被击 穿； （5）采取措施减少漏气损失和与转子之间的径向间隙， 提高压气机效率； （6）装配方便,工艺性好,维修性好,具有可检测性。
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压气机的主要特点:从结构设计的角度来讲，转速高，每分 钟达数千或数万转（如JT8D-9发动机高、低压转速分别为 12250、8600r/min）。 转速高的优点：可以使压气机在尺寸小重量轻的条件下，得 到所需的性能（即给定的空气流量和增压比），满足发动机 性能设计的最基本要求。 转速高的缺点：在高转速条件下，转子零件及其连接处要承 受巨大的惯性力、气体力、扭矩和复杂的振动负荷。若零件 型面和传力方案设计不当，工作时就有破坏损坏的危险。若 转子零、组件的定心方案不妥，转子装配不当，平衡不好， 横向刚性不足，当压气机高转速工作时，转子就会发生剧烈 振动而影响发动机正常工作。
航空发动机结构分析
目录
• 绪论 • 压气机 • 涡轮 • 燃烧室 • 尾喷管 • 总体结构 • 受力分析
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西北工业大学
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概论
发动机是飞机上的动力装置。自从人类尝试进行
有翼飞行器飞行以来，经历了无数次失败，只是在使 用了活塞式内燃机以后，才在20世纪初把第一架飞机 送上蓝天。
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静子部件的组成： 静子是压气机中不旋转的部分。整流器机匣，整流器 （由机匣和静子叶片组成）
机匣
静子叶片
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整流器机匣的结构
（1）是一个圆柱形或圆锥形的薄壁圆筒 （2）前后与其它机匣联接， （3）内壁上有固定整流叶片的各种型式的构槽， （4）发动机转子支承在机匣内，有些发动机的安 装节以及一些附件和导管还固定在机匣外壁上。
二战后,由于喷气发动机的迅速发展,活塞式发动 机逐渐被淘汰。
20世纪60年代，由于涡扇发动机的问世，大大降 低了耗油率，才有可能设计制造成大型喷气飞机，大 幅度提高载重量和航程。
燃气涡轮发动机大大提高了战斗机的性能，使其 飞行速度达到2倍以上的音速。直到现在还被广泛应 用于各种类型的飞机上。
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• 对单转子发动机来讲，就是指压气机、主燃烧 室的带动压气机的涡轮；
• 对双转子发动机来讲，就是指高压压气机、主 燃烧室和高压涡轮。
以核心机为基础，增添不同类型的部件 就可以发展成不同类型的发动机。
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燃气涡轮发动机的主要性能参数 推力 单位推力 推重比 单位迎面推力 单位燃油消耗率 增压比涡轮前燃气温度涵道比
C 结构和安装要求，包括安装节位置、外廓 尺寸、重量和重心位置；
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D 可靠性要求 包括发动机寿命和工作循环、 发动机各状态连续工作时间和平均故障时间；
E 维修性要求，包括发动机外场可更换件的 更换时间、每飞行小时的平均维修工时和更换 发动机时间等；
F 其他要求，如满足飞机隐身要求的红外信 号和雷达反射特性以及飞行控制的矢量推力。
• 获得高温高压燃气； • 利用着部分燃气产生推力或机械功（在
尾喷管内继续膨胀，高速喷出产生推力； 或者在后续涡轮内继续膨胀获得机械功， 带动风扇、螺浆或其它装置）
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核心发动机（燃气发生器）：
发生燃气的部件，即压气机、燃烧室和涡 轮称为燃气发生器。由于它处于发动机的核心 部位，故又称为核心发动机。
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轴流式压气机的构成：由转子和静子组成。
转子是一个高速旋转对气流作功的组合件， 包括轮盘、鼓筒、叶片等。从受力的角度分 析：转子都是在高速转速下工作，惯性负荷 （离心力很大，而气体力不大。
静子是静子组合件的总称，包括机匣和整流 器。静子所承受的负荷基本上是气体力和力 矩，以及周期性的惯性力。
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