航空发动机结构的设计.ppt

2006年3月 航空发动机结构设计 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 组成; 进气道、静子、转子、防喘/防冰系统。 分类： 轴流、离心、混合压气机。 气动特征，结构特征 第一节 概 述 第一节 概 述 第一节 概 述 第一节 概 述 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。 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 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 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。 CFM56-5C高压压气机 第二节 轴流压气机转子 1. 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. 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。 鼓式转子—斯贝MK-202 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 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。 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 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 2.压气机工作叶片结构 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 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 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 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 根部 (榫头) 2.压气机工作叶片结构 根部 (榫头) 2.压气机工作叶片结构 根部 (榫头) 2.压气机工作叶片结构 根部 (榫头) 2.压气机工作叶片结构 根部 (榫头) 2.压气机工作叶片结构 环型燕尾榫头 加工简单 安装方便 承受负荷小 零件数目减少 风扇叶片的槽向固定 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 （Blade+Disk＝Blisk） 整体叶环 （Blade+Ring＝Bling） 3.压气机轮盘结构 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 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 螺钉、螺栓 精密螺栓 自锁螺栓 螺栓的选取 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 叶片 叶型为亚音、有带冠、底座 2 外环、内环 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