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1、航空燃气涡轮发动机结构 Structure of Aircraft Gas Turbine Engines 参考资料 之 发动机的力学问题及解决 5/17/2014 8:56:12 PM 北京航空航天大学 能源与动力工程学院 航空推进系 1 叶片结构与强度 1.1 叶片的静强度 1.2 叶片的振动 1.3 叶片的疲劳 1.4 叶片的冲击损伤 5/17/2014 8:56:12 PM School of Energy and Power Engineering 2 1.1 叶片静强度 理论分析相关 离心拉伸应力计算 例题：叶片切线速度500m/s，密度8000kg/m3，估算根部拉 伸应力。 离
2、心力弯矩计算 气动力计算 气动力弯矩计算 合成弯矩及弯曲应力计算 5/17/2014 8:56:12 PM School of Energy and Power Engineering 3 1.1 叶片静强度 重要概念 弯矩补偿 罩量 安全系数 5/17/2014 8:56:12 PM School of Energy and Power Engineering 4 叶片静强度-结构设计 离心力、离心力矩 气动力、气动力矩 热应力 5/17/2014 8:56:12 PM School of Energy and Power Engineering 5 叶片静强度-结构设计 5/17/2014
3、 8:56:12 PM School of Energy and Power Engineering 6 1.2 叶片的振动 理论分析相关 等截面叶片的弯曲振动 微分方程的建立 频率的求解 振型及应力分布 振型逼近法（数值积分） 能量法（瑞利、里兹，哪个可计算高阶？） 5/17/2014 8:56:12 PM School of Energy and Power Engineering 7 1.2 叶片的振动 重要概念 叶片固有频率 静频 动频 二者之间的关系 共振、谐共振 坎贝尔图的含义 叶片振动频率的影响因素 5/17/2014 8:56:12 PM School of Energy an
4、d Power Engineering 8 1.2 叶片的振动 振动频率总结 悬臂梁（等截面叶片）弯曲振动 悬臂梁（等截面叶片）扭转振动 5/17/2014 8:56:12 PM School of Energy and Power Engineering 9 前三阶频率：1:6.3:17.5 前三阶频率：1:3:5 叶片的振动-结构设计 阻尼 叶冠 凸肩 箍环 伸根阻尼 榫头阻尼 调频 切角 5/17/2014 8:56:12 PM School of Energy and Power Engineering 10 1.3 叶片的疲劳 压气机叶片的低循环疲劳 机械疲劳 涡轮叶片的低循环疲劳
5、热机械疲劳 蠕变疲劳 5/17/2014 8:56:12 PM School of Energy and Power Engineering 11 1.4 叶片的冲击损伤 外物打伤 飞鸟 沙石 5/17/2014 8:56:12 PM School of Energy and Power Engineering 12 叶片的冲击损伤-结构设计 叶尖带冠 叶身凸肩 小展弦比叶片 宽弦复合材料叶片 包容环 5/17/2014 8:56:12 PM School of Energy and Power Engineering 13 5/17/2014 8:56:12 PM 北京航空航天大学 能源与动
6、力工程学院 航空推进系 14 压气机工作叶片结构的发展 CFM56-2 CFM56-5 CFM56-7 2 轮盘结构与强度 2.1 轮盘静强度 2.2 轮盘振动 2.3 轮盘疲劳 5/17/2014 8:56:12 PM School of Energy and Power Engineering 15 2.1 轮盘静强度 理论分析相关 轮盘承受的主要载荷 轮盘强度计算的基本假设 轮盘应力计算公式的推导 等温等厚实心盘的计算公式（重点） 等温等厚空心盘的计算公式（重点） 非均温 非等厚 例题：实心均温等厚轮盘，轮缘半径0.3m，密度7800kg/m3， 泊松比0.3，许用应力900MPa，工作
7、转速10000r/min，轮缘 300MPa外载。1）轮盘能否安全工作？2）盘心开孔后，能否 安全工作，若不能，有何措施？ 5/17/2014 8:56:12 PM School of Energy and Power Engineering 16 2.1 轮盘静强度 重要概念 等厚圆环法的基本思路和求解过程 轮盘的安全系数 比较应力法确定安全系数 局部安全系数 总安全系数 5/17/2014 8:56:12 PM School of Energy and Power Engineering 17 2.2 轮盘振动 理论分析相关 等厚圆盘自振频率 行波振动分析 重要概念 节圆、节径、描述方法
8、前行波、后行波、驻波 轮盘自振频率影响因素 5/17/2014 8:56:12 PM School of Energy and Power Engineering 18 2.3 轮盘疲劳 压气机轮盘的低循环疲劳 机械疲劳 涡轮盘的低循环疲劳 热机械疲劳 蠕变疲劳 5/17/2014 8:56:12 PM School of Energy and Power Engineering 19 轮盘静/疲劳强度-结构设计 盘心加厚 5/17/2014 8:56:12 PM School of Energy and Power Engineering 20 高压涡轮 低压涡轮 PW4000 轮盘静/疲劳
9、强度-结构设计 轮盘结构的发展趋势 双性能盘 整体叶盘 整体叶环 5/17/2014 8:56:12 PM School of Energy and Power Engineering 21 3 转子系统结构与临界转速 3.1 转子临界转速的计算 3.2 避开临界转速的工程措施 5/17/2014 8:56:12 PM School of Energy and Power Engineering 22 3.1 转子临界转速的计算 理论分析相关 单盘无重轴临界转速的求解 计及轴质量时轴的临界转速 计及轴质量的单盘转子临界转速 考虑陀螺力矩时的转子临界转速 考虑支承弹性时的转子临界转速 双刚支 一
10、刚一弹 双弹支 复杂转子系统临界转速的求解 传递矩阵法步骤 单元传递矩阵 5/17/2014 8:56:12 PM School of Energy and Power Engineering 23 3.1 转子临界转速的计算 临界转速对比 等截面均值轴，两端刚支 等截面均值轴，两端弹支 等截面均值轴，一刚一弹 5/17/2014 8:56:12 PM School of Energy and Power Engineering 24 前三阶临界转速：1:4:9 前三阶临界转速：1:1.67:2.33 前三阶临界转速：1:1.8:2.6 3.1 转子临界转速的计算 重要概念 转子的重心转向、自
11、动定心 幅频特性、相频特性 刚轴、柔轴 刚轴临界转速、柔轴临界转速 例题：转速9000r/min，转子两端刚性简支，等截面轴长度0.4m， 惯性矩2X10-8m4，弹性模量200GPa，不计轴质量，盘3kg，1） 位于轴中间，转子能否安全工作？ 2）改变盘位置，一端0.1m，另一端0.3m，临界转速如何变化， 原因？3）不改变盘位置，采用弹支，临界转速如何变化（不及 轴质量）？4）计及轴质量，临界转速如何变化？ 5/17/2014 8:56:12 PM School of Energy and Power Engineering 25 3.2 避开临界转速的工程措施 改变转子刚性 改变支承刚性
12、 转子平衡 5/17/2014 8:56:12 PM School of Energy and Power Engineering 26 4 整机振动和转子平衡 重要概念 整机振动产生的原因、表达式、含义 过荷系数 静不平衡、动不平衡 不平衡度、单位 本机平衡 三矢平衡法步骤 三圆平衡法步骤 5/17/2014 8:56:12 PM School of Energy and Power Engineering 27 5 疲劳 重要概念 疲劳的定义、条件、过程、类型 疲劳极限、S-N曲线 疲劳损伤、线性损伤理论、指数损伤理论 高循环疲劳及低循环疲劳的定义、区别 疲劳载荷特征参数 P-S-N曲线 等寿命曲线的表达方式 Goodman曲线和修正的Goodman曲线 5/17/2014 8:56:12 PM School of Energy and Power Engineering 28
