民航发动机机构与系统解析

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1、第一章 绪论1. 简述航空发动机研究和发展工作的特点。1）技术难度大。涉及学科众多，零件数量庞大并且工作环境复杂、苛刻。然而对发动机的性能、重量、适用性、可靠性、耐久性、和环境特性等又有极高的要求。2）周期长，发动机的研制周期为915年3）费用高，航空业均衡发展的国家，发动机的研究和发展费用约占研究总费用的1/4，占发动机销售额的12%15%，远高于机械制造业3%4%的比例。2. 简述航空燃气涡轮发动机的基本类型及其特点。分为涡喷、涡桨、涡扇、涡轴、桨扇。涡喷：由于做功过程是连续的，又发动机本身就是推进器，没有像螺旋桨那样需要限制速度，所以推力较活塞发动机大得多，推力大、重量轻、能适应高空飞行

2、的优点，突破了音障。但由于发动机的推力是从高速排出的高温燃气获得的，所以涡喷存在耗油率高的缺点。涡桨：结构以涡喷为基础，将轴延长至进气道前，安装一个直径较大的螺旋桨。其排气能量损失小，推进效率高，所以耗油率低。由于有直径较大的螺旋桨，飞行速度受到限制，由于Ma=0.50.7.由于螺旋桨和减速器的限制，功率也不可能太大。涡扇：其是由推进喷管排出燃气和风扇加速空气共同产生推力的涡轮发动机，涡扇发动机具有喷气速度小、噪声低、耗油率小、推力大等优点，但由于具有涵道比，发动机的迎风面积大，喷气速度小，不适宜用于超音速飞机。涡轴：主要用于直升机，工作和构造上基本同于涡桨发动机，但燃气排出速度较低产生少量动

3、力，大部分的动力有螺旋桨提供。桨扇：兼具涡扇与涡桨的优点，比现有的涡扇更省油并接近涡桨发动机，又能以接近涡扇发动机的飞行马赫数巡航。由于发动机的转速较高产生较大的噪音。第三章 一、填空题1. 现代涡轮喷气发动机的结构由（ 进气道）、（压气机）、（ 燃烧室）、（涡轮）、（排气装置）五大部件和附件传动装置与附属系统所组成。2. 发动机工作时，在所有的零部件上都作用着各种负荷。根据这些负荷的性质可以分为（气体负荷）、（ 质量负荷 ）和（温度负荷 ）三种。3. 作用在发动机零部件上的气体轴向力可以分为（推力）和（阻力 ）两部分计算。4. 航空燃气涡轮发动机主轴承均采用滚动轴承，其中（滚棒轴承）仅承受径

4、向载荷，（ 滚珠轴承）可承受径向载荷与轴向载荷。5. 装于发动机转子上的轴承，一般称为发动机（ 主轴承），以与附件传动中采用的轴承相区别。6. 压气机转子轴和涡轮转子轴由（联轴器 ）连接形成发动机转子。7. 联轴器传递的负荷取决于转子支承方案，一般需能传递（扭矩 ）、（ 轴向力）和（径向力）。8. 在图3.12所示的转子支承方案中，压气机转子和涡轮转子各有自己的止推支点，其联轴器仅传递（ 扭矩 ）。9. 在只有一个止推支点的四支点支承方案中，联轴器不仅要传递（ 扭矩 ），而且还要传递（ 轴向力 ）。10. 在大多数的三支点支承方案中，联轴器不仅要传递（ 扭矩）和（ 轴向力 ），而且还要作为涡轮

5、转子的前支点，即要承受（ 径向力 ）。11. 联轴器分为（刚性 ）联轴器和（ 柔性 ）联轴器两大类，其中（柔性）联轴器允许涡轮转子相对压气机转子轴线有一定的偏斜角。12. 一个支点采用双排滚珠轴承的关键问题在于如何保证（ 两个轴承同时承受轴向负荷 ），而且（ 承荷均匀 ）。13. 发动机工作时，转子的不平衡力通过支承结构传给机匣，使发动机产生振动。减振结构一般有（挤压油膜轴承）和（ 弹性支座 ）。14. 将转子支点的负荷通过气流通道传至外机匣（承力壳体）的构件，称为承力框架。承力框架的结构有：（ 铸造或焊接机匣 ）、（利用静子叶片传力 ）、（ 利用涡轮导向器传力）和（ 涡轮后承力框架 ）。二、

6、简答题1. 简述涡喷发动机五大部件的功用。2. 为什么要对发动机转子轴向力减荷？经常采用的转子轴向力减荷措施有哪些？3. 何为发动机转子支承方案？转子支承方案的表示方法有哪些？在发动机中，转子采用几个支撑结构，安排在何处，称为转子支撑方案。1) 转子支点的数目与位置，常用转子支撑方案代号来表示。两条前后排列的横线分别代表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的数目。2) 在研究转子支撑方案是，均将复杂的转子简化成能表征其特点的转子支撑方案简图，在简图中小圆圈表示滚珠轴承，小方块表示滚棒轴承。4. 在转子支承方案中，止推支点在转子中的位置安排一般有哪些考虑？1) 转子上的止推支点

7、除 承受转子的轴向负荷、径向负荷，还决定了转子相对于机匣的轴向位置，因此，每个转子只能有一个止推支点。由于此支点所承受的负荷较大，一般应置于温度较低的地方。2) 应尽量使转子相对机匣的轴向膨胀量分配在压气机与涡轮两端，使两端的轴向错移量较小。5. 写出图3.12和图3-15转子支承方案的代号，并比较二者的特点。1-3-0 与1-2-06. 图3.51给出了RB211涡轮风扇发动机的转子与承力系统，分析该发动机的承力系统包括了哪几种承力框架？并在图上标出。第四章一、填空题1. 根据压气机的结构形式和气流的流动特点，压气机可分为（离心式压气机 ）和（轴流式压气机）两种。2. 轴流式压气机由（转子（

8、旋转部分）和（静子（固定部分）两部分组成。3. 轴流式压气机转子一般由（叶片）、（ 轮盘）、（ 轴 ）和一些连接件所组成。4. 轴流式压气机转子的基本结构类型有（ 鼓式）、（ 盘式 ）和（ 鼓盘混合式 ）三种。5. 在鼓盘混合式转子中，盘、鼓和轴的连接类型可分为（ 不可拆卸式 ）和（可拆卸式 ）两种。6. 工作叶片主要由（ 叶身）和（ 榫头 ）两部分组成。7. 轴流式压气机转子叶片的榫头分为（销钉式）、（燕尾形 ）和（ 枞树形 ）三种类型。8. 轴流式压气机静子是压气机中不转动的部分，由（ 机匣 ）和（静子叶片）组成。9. 压气机的中机匣有（整体式）和（ 分半式 ）两种结构。10. 静子叶片的

9、安装包括（间接固定 ）和（直接固定）两种方案。11. 轴流式压气机的防喘方法有：（ 压气机中间级放气 ）、（ 可调进口导流叶片和静子叶片 ）、（ 可变弯度的进口导流叶片）、（ 进气处理机匣 ）和（ 多转子发动机 ）。12. 轴流式压气机设计成双转子或三转子的主要目的是（ 发动机稳定工作（防喘）。二、简答题1. 轴流式压气机和离心式压气机比较，各自的优缺点是什么？离心式：优点:单击增压比高，可达4: 15：1、稳定工作范围宽、机构简单可靠、重量轻、所需起动功率小。缺点：流动损失大，效率低、级数少，总增压比低、流通能力低、迎风面积大，阻力大轴流式：优点:总增压比大、效率高、单位空气流量大、推力大、

10、耗油率低。缺点：单级增压比小、结构复杂、轴向长度长。2. 轴流式压气机转子的基本结构类型有哪些？各有什么特点？鼓式、盘式、鼓盘混合式 鼓式：结构简单、零件数目少、加工方便、有较高的抗弯刚度。由于强度限制，目前应用于低压压气机。 盘式：强度好，但抗弯性差，并容易发生振动。目前应用于单盘或小流量的压气机上。 鼓盘式：兼具鼓式转子抗弯性好，盘式转子的强度高的优点，在发动机中广泛应用。3. 轴流式压气机转子叶片的榫头分为哪几种类型？各有什么特点？ 销钉式：工作时允许叶片绕销钉摆动，有减振和消除连接处附加应力的作用。不需要专门的设备加工，可以改变销钉的直径或者销子和销孔的配合间隙来改变叶片的自振频率，但

11、这种榫头的承载能力有限，尺寸和重量大，因此现在很少使用。 燕尾形榫头：工作叶片借叶根处燕尾形榫头安装在盘上相应的槽内，依靠槽的侧面定位和传力。燕尾形榫头分为纵向和周向两种形式。由于叶片安装角的要求很严格，因而要求榫头、榫槽尺寸精度高。工装复杂，制造成本高，但拉削加工生产率高。优点：尺寸较小、重量较轻、能承受较大的负荷、加工方便、生产率高、拆装方便。缺点：榫槽内有较大的应力集中。 纵树形榫头：重量轻，由于靠多对榫齿传力，应力集中严重，工艺性较差，低温下对应力集中更加敏感，而压气机工作叶片离心力较小，只有在负荷较大的前几级使用。 4. 压气机的中机匣有哪两种结构？各有什么特点？（整体式）和（ 分半

12、式 ） 分半式：优点:刚性好，装和拆机匣时不需要分解转子，因此不会破坏转子的平衡，只需要拆掉一半机匣就可以检查或更换静子及工作叶片，装配维修性好。 缺点:机匣壁面较厚，为保证纵向和轴向结合面的连接刚性和密封性，需要采用较厚的安装边及较多的螺栓，机匣的周向刚性较差。由于其装配维修性好的突出优点，目前多采用分半式机匣。整体式中机匣：优点：机匣重量轻、加工量少、周向刚性均匀、加工方便。 缺点：装配维修性差，要求转子是可拆卸式的，但多次拆卸会影响转子的平衡性第五章 燃烧室一、填空题1. 燃烧室位于压气机和涡轮之间，其功用是使高压空气与燃油混合、燃烧，将（化学 ）能转变为（热）能，形成高温高压的燃气。2

13、. 燃气涡轮发动机的燃烧室有（分管燃烧室 ）、（联管燃烧室）和（环形燃烧室 ）三种基本结构形式。3. 扩压器安装在压气机和燃烧室之间，其通道是（ 扩张）形的。它的功用是使气流速度（降低 ），为燃烧室内的稳定燃烧创造条件。4. 燃烧室火焰筒筒壁目前都采用（ 气膜 ）冷却方式。5. 旋流器装在火焰筒的前端，其作用是使高温燃气在火焰筒头部产生（低速回流区 ），以稳定火焰。6. 喷油嘴的功用是将燃油（雾化）或（ 汽化），加速混合气的形成，保证稳定燃烧和提高燃烧效率。7. 燃气涡轮发动机的喷油嘴有（ 离心式喷油嘴 ）、（ 蒸发管式喷油嘴）、（甩油喷嘴 ）和（ 气动式喷油嘴）等。8. 发动机的点火装置可分

14、为（直接点火 ）和（ 间接点火 ）两种。二、简答题1. 燃烧室组织燃烧过程的特点是什么？保证燃烧室稳定完全燃烧的措施有哪些？1) 燃烧过程是在高速气流中和贫油混合气条件下进行的2) 燃烧室的零件是在高温、高负荷下工作，承受着有气动力、惯性力产生的静负荷和由气流脉动产生的交变负荷、振动负荷等，还受到热应力和热腐蚀的作用3) 燃烧室壳体是发动机的承力部件，承受着很大的负荷4) 燃烧室的零组件主要是薄壁结构件，工作中容易出现翘曲、变形、裂纹、掉块、积碳、过热、烧穿等故障。措施：采用分股进气、反向回流、在燃烧室形成非均一的混合气。2. 燃气涡轮发动机燃烧室的基本结构形式有哪些？各有什么特点？机构形式：

15、分管燃烧室、环管燃烧室和环形燃烧室。分管燃烧室：实验和修正比较容易，维修、检查和更换比较方便，不需要分解整台发动机。缺点：环形面积利用率低、总压损失大、高空起动性能差、火焰筒壁面气膜冷却所需空气量较多、燃烧室出口温度不均匀、燃烧室较重、只能内传力。现在不再使用环管燃烧室：比分管燃烧室的外廓尺寸小，环形面积利用率较高，实验、维修与拆装燃烧室都比较方便，实验使用气量较少、火焰筒刚性较好。但由于机构复杂，重量也比较大，现在很少使用这种燃烧室。环形燃烧室：采用新型燃烧组织方案，建立理想的预混环境，取得低且均匀的出口温度，达到较高的燃烧效率、降低NOx的排放，明显延长下游部件的寿命。空气又头部进入该燃烧室，无需再火焰筒上开孔稀释，避免了应力破坏，延长了火焰筒的寿命。3. 图5.33是JT3D发动机的旋流器，旋流器的作用是什么？图中折流环的作用是什么？旋流器的作用：使高温燃气在火焰筒头部产生低速的回流区，以稳定火焰，使空气与燃油很好掺混，点燃后续混合气，提高燃烧效率。折流环的作用：将旋流器出口的一部分空气引向喷嘴附近，使靠近喷嘴的周围形成贫油区。带有折流环的旋流器可以减小发动机的冒烟和对大气的污染。4. 燃气涡轮发动机的喷油嘴有哪几种？各有什么特点？喷油嘴种类：离