第2章 典型發(fā)動機介紹和受力分析

1、第二章第二章 典型發(fā)動機介紹和受力分析典型發(fā)動機介紹和受力分析2.1 發(fā)動機的性能和設計參數2.2 典型發(fā)動機介紹2.3 發(fā)動機的受力分析2.12.1發(fā)動機的性能和設計參數發(fā)動機的性能和設計參數性能參數性能參數 ： 推力（功率），推重比（功重比），耗油率等推力（功率），推重比（功重比），耗油率等設計參數：設計參數： 增壓比，渦輪前燃氣溫度，涵道比等增壓比，渦輪前燃氣溫度，涵道比等 2.12.1發(fā)動機的性能和設計參數發(fā)動機的性能和設計參數性能參數性能參數 ： 1.1.推力（功率）推力（功率）F F N,daNN,daN，kwkw 空氣質量流量，空氣質量流量， 進氣速度，進氣速度， 排氣速度排氣速

2、度n增大增大F l增大空氣量增大空氣量 增大發(fā)動機尺寸和重量增大發(fā)動機尺寸和重量l增大排氣速度增大排氣速度提高發(fā)動機增壓比和燃氣前溫度提高發(fā)動機增壓比和燃氣前溫度n活塞式，渦槳，渦輪軸發(fā)動機用活塞式，渦槳，渦輪軸發(fā)動機用功率（功率（kw）)(12ccqFmmq2c1c2.12.1發(fā)動機的性能和設計參數發(fā)動機的性能和設計參數性能參數性能參數 ： 2.2.推重比（功重比）推重比（功重比） 無量綱（無量綱（kW/daNkW/daN） n發(fā)動機靜止條件下最大推力與發(fā)動機質量的重力之比。發(fā)動機靜止條件下最大推力與發(fā)動機質量的重力之比。n發(fā)動機重要性能指標之一，直接影響飛機性能和有效發(fā)動機重要性能指標之一

3、，直接影響飛機性能和有效載荷。載荷。n活塞式，渦槳，渦輪軸發(fā)動機用活塞式，渦槳，渦輪軸發(fā)動機用功重比（功重比（kw/daN） 3 3. .耗油率耗油率sfc sfc kg/(daN.h)kg/(daN.h)n發(fā)動機每小時的燃油質量流量與推力或功率之比發(fā)動機每小時的燃油質量流量與推力或功率之比n是影響飛機航程和經濟性的最主要因素是影響飛機航程和經濟性的最主要因素2.12.1發(fā)動機的性能和設計參數發(fā)動機的性能和設計參數設計參數設計參數 ： 4.4.增壓比增壓比 kn壓氣機出口總壓壓氣機出口總壓/進口總壓。進口總壓。 n對發(fā)動機的做工能力和效率有重要影響。對發(fā)動機的做工能力和效率有重要影響。n對于一

4、定的渦輪前燃氣溫度對于一定的渦輪前燃氣溫度最佳增壓比：產生最大做功能力最佳增壓比：產生最大做功能力最經濟增壓比最經濟增壓比 ：耗油率最低：耗油率最低 5.5.渦輪前燃氣溫度渦輪前燃氣溫度 T3T3 K Kn第第1 1級渦輪導向器進口截面處燃氣的總溫。級渦輪導向器進口截面處燃氣的總溫。n提高提高T3T3能增大發(fā)動機的做功能力，提高熱效率，降低能增大發(fā)動機的做功能力，提高熱效率，降低耗油率耗油率2.12.1發(fā)動機的性能和設計參數發(fā)動機的性能和設計參數設計參數設計參數 ： 6.6.涵道比涵道比n渦扇發(fā)動機外涵道和內涵到的空氣質量流量之比。渦扇發(fā)動機外涵道和內涵到的空氣質量流量之比。涵道比涵道比1 4

5、 4 大涵道比大涵道比11涵道比涵道比4 4 中涵道比中涵道比n涵道比是發(fā)動機的重要設計參數，它對發(fā)動機耗油率涵道比是發(fā)動機的重要設計參數，它對發(fā)動機耗油率和推重比有著很大的影響。和推重比有著很大的影響。 遠程運輸機，旅客機遠程運輸機，旅客機大涵道比大涵道比 戰(zhàn)斗機戰(zhàn)斗機小涵道比小涵道比2.22.2典型發(fā)動機介紹典型發(fā)動機介紹渦輪噴氣發(fā)動機（渦輪噴氣發(fā)動機（WP）渦輪風扇發(fā)動機（渦輪風扇發(fā)動機（WS）渦輪螺槳發(fā)動機（渦輪螺槳發(fā)動機（WJ）渦輪軸發(fā)動機渦輪軸發(fā)動機 （WZ）垂直垂直/短距起落發(fā)動機（短距起落發(fā)動機（VTOL/STOL)槳扇發(fā)動機槳扇發(fā)動機 （JS）其它類型發(fā)動機其它類型發(fā)動機2.

6、22.2典型發(fā)動機介紹典型發(fā)動機介紹2.2.1 渦輪噴氣發(fā)動機（渦輪噴氣發(fā)動機（WP）1. 渦噴渦噴5 （WP5）2.22.2典型發(fā)動機介紹典型發(fā)動機介紹2.2.1 渦輪噴氣發(fā)動機（渦輪噴氣發(fā)動機（WP） 1. 渦噴渦噴5 （WP5）n第一代，米格第一代，米格1515比斯，米格比斯，米格1717，殲五，殲教五，轟五；，殲五，殲教五，轟五；n離心式壓氣機（單級），分管型燃燒室，單級反應式渦離心式壓氣機（單級），分管型燃燒室，單級反應式渦輪，加力燃燒室（殲五，殲教五），噴管（收斂性固定、輪，加力燃燒室（殲五，殲教五），噴管（收斂性固定、可調噴口），傳動機匣。可調噴口），傳動機匣。n燃油系統(tǒng)、滑油系

7、統(tǒng)、漏油系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、滅火裝置。燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、漏油系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、滅火裝置。n發(fā)動機轉子支承方案：三點式發(fā)動機轉子支承方案：三點式 ；n壓氣機和渦輪轉子由球形套齒聯軸器相互連接，傳遞扭壓氣機和渦輪轉子由球形套齒聯軸器相互連接，傳遞扭矩、軸向力和徑向力。矩、軸向力和徑向力。n最大推力最大推力2700daN,2700daN,增壓比增壓比4.364.36，推重比，推重比3.063.06，渦輪前燃，渦輪前燃氣溫度氣溫度900900C C。2.22.2典型發(fā)動機介紹典型發(fā)動機介紹2.2.1 渦輪噴氣發(fā)動機（渦輪噴氣發(fā)動機（WP） 2. 渦噴渦噴6 和渦噴和渦噴82.22.2典型發(fā)動機介紹典型發(fā)動

8、機介紹2.2.1 渦輪噴氣發(fā)動機（渦輪噴氣發(fā)動機（WP） 渦噴渦噴6 （WP6）n第二代，殲六，第二代，殲六，n單轉子軸流式壓氣機（單轉子軸流式壓氣機（9 9級），環(huán)管式燃燒室（級），環(huán)管式燃燒室（1010個），個），2 2級反應式渦輪，加力燃燒室，收斂型可調噴管，壓氣級反應式渦輪，加力燃燒室，收斂型可調噴管，壓氣機中間級放氣防喘機中間級放氣防喘nWP6WP6甲：可調導流葉片甲：可調導流葉片渦噴渦噴8n第二代，轟六第二代，轟六n同渦噴同渦噴6大致相同，不同：大致相同，不同：8級壓氣機，級壓氣機，環(huán)管式燃燒室環(huán)管式燃燒室（1414個），不帶加力，收斂型固定噴口，渦輪起動機個），不帶加力，收斂型固

9、定噴口，渦輪起動機2.22.2典型發(fā)動機介紹典型發(fā)動機介紹2.2.1 渦輪噴氣發(fā)動機（渦輪噴氣發(fā)動機（WP）3. 渦噴渦噴7 （WP7）和渦噴）和渦噴13（WP13）2.22.2典型發(fā)動機介紹典型發(fā)動機介紹2.2.1 渦輪噴氣發(fā)動機（渦輪噴氣發(fā)動機（WP） 渦噴渦噴7 （WP7）n第三代，殲第三代，殲7 7n雙轉子軸流式壓氣機（雙轉子軸流式壓氣機（3+33+3），環(huán)管型燃燒室，雙轉子），環(huán)管型燃燒室，雙轉子反應式渦輪，加力燃燒室，收斂型可調噴管，反應式渦輪，加力燃燒室，收斂型可調噴管，n低壓轉子支承方案：三點式低壓轉子支承方案：三點式 高壓轉子支承方案：兩點式高壓轉子支承方案：兩點式 渦噴渦噴

10、13（WP13）nWP7WP7的改進，高壓壓氣機改為的改進，高壓壓氣機改為5 5級；壓氣機上應用鈦合級；壓氣機上應用鈦合金；改進各部件各系統(tǒng)等金；改進各部件各系統(tǒng)等2.22.2典型發(fā)動機介紹典型發(fā)動機介紹2.2.2 渦輪風扇發(fā)動機（渦輪風扇發(fā)動機（WS） 1. 渦扇渦扇9 （WS9）“秦嶺秦嶺”發(fā)動機發(fā)動機, Spey MK202n第一代軍用，雙轉子小涵道比，軸流式壓氣機，環(huán)管第一代軍用，雙轉子小涵道比，軸流式壓氣機，環(huán)管型燃燒室，雙轉子渦輪，加力燃燒室，可調噴管，外型燃燒室，雙轉子渦輪，加力燃燒室，可調噴管，外涵道。涵道。n1717級壓氣機：風扇級壓氣機：風扇5 5級，高壓壓氣機級，高壓壓氣

11、機1212級；級；2 2級渦輪級渦輪n低壓轉子：風扇和低壓渦輪用中介軸和聯軸器連接，低壓轉子：風扇和低壓渦輪用中介軸和聯軸器連接，4 4個支點個支點 高壓轉子：聯軸器連接，高壓轉子：聯軸器連接，3 3個支點個支點n涵道比涵道比0.620.622.22.2典型發(fā)動機介紹典型發(fā)動機介紹2.2.2 渦輪風扇發(fā)動機（渦輪風扇發(fā)動機（WS）2. 2.22.2典型發(fā)動機介紹典型發(fā)動機介紹2.2.2 渦輪風扇發(fā)動機（渦輪風扇發(fā)動機（WS） 2.2.22.2典型發(fā)動機介紹典型發(fā)動機介紹2.2.2 渦輪風扇發(fā)動機（渦輪風扇發(fā)動機（WS） 2.2.22.2典型發(fā)動機介紹典型發(fā)動機介紹2.2.2 渦輪風扇發(fā)動機（渦

12、輪風扇發(fā)動機（WS）3. CFM56發(fā)動機發(fā)動機 n雙轉子大涵道比，以美國雙轉子大涵道比，以美國F101F101軍用渦扇發(fā)動機的核心機為軍用渦扇發(fā)動機的核心機為基礎，匹配不同的低壓轉子，衍生出不同推力級別的發(fā)動基礎，匹配不同的低壓轉子，衍生出不同推力級別的發(fā)動機，機，CFM56-2CFM56-2，CFM56-3CFM56-3，CFM56-5CFM56-5，CMF56-7 CMF56-7 nCFM56-3CFM56-3是是B737B737系列飛機的發(fā)動機系列飛機的發(fā)動機n低壓轉子：低壓轉子：1 1級風扇級風扇+3+3級低壓壓氣機級低壓壓氣機+4+4級低壓渦輪，級低壓渦輪，5490r/min549

13、0r/minn高壓轉子：高壓轉子：9 9級高壓壓氣機級高壓壓氣機+1+1級高壓渦輪，級高壓渦輪，15183r/min15183r/minn收斂型固定噴口收斂型固定噴口n短環(huán)形燃燒室短環(huán)形燃燒室n新材料技術新材料技術 2.22.2典型發(fā)動機介紹典型發(fā)動機介紹2.2.2 渦輪風扇發(fā)動機（渦輪風扇發(fā)動機（WS）3. CFM56 2.22.2典型發(fā)動機介紹典型發(fā)動機介紹2.2.2渦輪風扇發(fā)動機（渦輪風扇發(fā)動機（WS）4. ALF502發(fā)動機發(fā)動機n小推力級別高涵道比雙轉子，支線客機的動力裝置小推力級別高涵道比雙轉子，支線客機的動力裝置n混合式壓氣機和回流式環(huán)形燃燒室?；旌鲜綁簹鈾C和回流式環(huán)形燃燒室。n

14、高壓壓氣機：高壓壓氣機：7級軸流級軸流+1級離心式，由級離心式，由2級軸流式渦輪級軸流式渦輪驅動驅動n低壓轉子：低壓轉子：1級風扇級風扇+2級軸流式渦輪級軸流式渦輪n收斂型固定噴管收斂型固定噴管 2.22.2典型發(fā)動機介紹典型發(fā)動機介紹2.2.2 渦輪風扇發(fā)動機（渦輪風扇發(fā)動機（WS）4. ALF502發(fā)動機發(fā)動機 2.22.2典型發(fā)動機介紹典型發(fā)動機介紹2.2.3 其他類型發(fā)動機其他類型發(fā)動機 1. 渦軸渦軸8發(fā)動機發(fā)動機(wz8)：自由渦輪式單轉子渦軸發(fā)動機：自由渦輪式單轉子渦軸發(fā)動機n 單轉子混合壓氣機，折流式環(huán)形燃燒室、單轉子混合壓氣機，折流式環(huán)形燃燒室、2級軸流反級軸流反應式渦輪、應

15、式渦輪、1級軸流式自由渦輪、減速器和簡單擴張式級軸流式自由渦輪、減速器和簡單擴張式排氣裝置五大部件組成。排氣裝置五大部件組成。2.PW127發(fā)動機發(fā)動機 3.渦槳渦槳6發(fā)動機發(fā)動機 2.22.2典型發(fā)動機介紹典型發(fā)動機介紹2.2.3 其他類型發(fā)動機其他類型發(fā)動機 渦軸渦軸8發(fā)動機發(fā)動機(wz8)：自由渦輪式單轉子渦軸發(fā)動機：自由渦輪式單轉子渦軸發(fā)動機 2.22.2典型發(fā)動機介紹典型發(fā)動機介紹2.2.4 發(fā)動機的新技術發(fā)動機的新技術單元體設計單元體設計整體葉盤或葉環(huán)結構整體葉盤或葉環(huán)結構復合材料：金屬基復合材料復合材料：金屬基復合材料 非金屬基復合材料非金屬基復合材料對轉發(fā)動機對轉發(fā)動機高效低污

16、染燃燒室高效低污染燃燒室粉末冶金粉末冶金單晶、定向結晶、真空重熔再結晶技術單晶、定向結晶、真空重熔再結晶技術包容性設計包容性設計2.32.3 航空航空發(fā)動機的受力分析發(fā)動機的受力分析作用在發(fā)動機零組件上的負荷作用在發(fā)動機零組件上的負荷n氣體力氣體力：（軸向、徑向）：（軸向、徑向）力，力矩（扭矩）力，力矩（扭矩）n慣性力：離心慣性力，變速或曲線運動慣性力與力矩慣性力：離心慣性力，變速或曲線運動慣性力與力矩n熱應力：受熱不均，熱膨脹不一致或受約束熱應力：受熱不均，熱膨脹不一致或受約束n振動應力：疲勞破壞振動應力：疲勞破壞負荷分類負荷分類n內力（平衡力系不外傳）：輪盤離心應力、熱應力內力（平衡力系不

17、外傳）：輪盤離心應力、熱應力n外傳力：軸向力、扭矩外傳力：軸向力、扭矩 慣性力與慣性力矩慣性力與慣性力矩2.32.3 航空航空發(fā)動機的受力分析發(fā)動機的受力分析2.3.1 氣體力的計算氣體力的計算 發(fā)動機氣流通道表壁作用有氣體力發(fā)動機氣流通道表壁作用有氣體力,除了通道外，與除了通道外，與氣體相接觸的表面上也都作用有氣體力，因此在分析組合氣體相接觸的表面上也都作用有氣體力，因此在分析組合件或零件上的氣體力時，必須全面考慮，件或零件上的氣體力時，必須全面考慮，分別計算出在組分別計算出在組合件或零件的各個表面上的氣體力，再求出總的氣體力。合件或零件的各個表面上的氣體力，再求出總的氣體力。2.32.3

18、航空航空發(fā)動機的受力分析發(fā)動機的受力分析2.3.1 氣體力的計算氣體力的計算1. 進氣裝置上氣體軸向力的計算進氣裝置上氣體軸向力的計算進口截面進口截面0- 0，氣體壓，氣體壓力力p0，軸向流速，軸向流速c0出口截面出口截面1-1 ，氣體，氣體壓力壓力p1，軸向流速，軸向流速c14.34.3 航空航空發(fā)動機的受力分析發(fā)動機的受力分析2.3.1 氣體力的計算氣體力的計算1. 進氣裝置上氣體軸向力的計算進氣裝置上氣體軸向力的計算氣流在進氣裝置通道內壁上的作用力氣流在進氣裝置通道內壁上的作用力直管道：總氣體力為進、出口截面氣體力的代數和直管道：總氣體力為進、出口截面氣體力的代數和彎管道：總氣體力為進、

19、出口截面氣體力的向量和，方向指向彎管道：總氣體力為進、出口截面氣體力的向量和，方向指向管道的離心方向管道的離心方向以推力方向（向前）方向為正以推力方向（向前）方向為正001101)(ApApccmF)()(000111ApmcApmc出口動壓出口動壓出口靜壓出口靜壓進口動壓進口動壓進口靜壓進口靜壓2.3.1氣體力的計算氣體力的計算1. 進氣裝置上氣體軸向力的計算進氣裝置上氣體軸向力的計算進氣裝置外表面上的空氣壓力進氣裝置外表面上的空氣壓力Pa0所造成的軸向力為所造成的軸向力為F0,擴散通道上的作用力向前擴散通道上的作用力向前收斂通道上的作用力向后收斂通道上的作用力向后整個進氣裝置部件上的氣體力為整個進氣裝置部件上的氣體力為2.32.3 航空航空發(fā)動機的受力分析發(fā)動機的受力分析0FFF進)(4202100DDpFa2.3.1 氣體力的計算