航空发动机构造标签版

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1、航空发动机构造教案 1 绪论 1.1 基本类型 1.1.1 活塞式+螺旋桨 汽油机 等容循环（OTTO 循环） 柴油机 等压循环（Disel 循环） 做功特点： (1)进气量小 (2)各冲(过)程在同一汽缸内按序完成（ “个体作业” ） 功率(生产 率)受限。 112 燃气涡轮机 做功特点： (1)进气量小 (2)各过程分别由专门部件连续完成(“流水作业”) 功率(生产率) 大。 五大基本部件(进气装置、压气机、燃烧室、涡轮和排气装置)； 三大核心部件(压气机、燃烧室、涡轮)核心机，燃气发生器 其它部件随用途(WP、WZ、WJ、WS)而异。如:加力燃烧室、减速器 （1）涡轮喷气发动机（WP）

2、结构简单 能量损失大、油耗高，加力耗油成倍增长 WP6:最大 sfc=0.99kg/daN.h;加力：1.63 加力燃烧室+可调喷管 p (2)涡轮螺旋桨发动机（WJ） 燃气发生器出来的能量绝大部分在动力涡轮中膨胀做功减速器 n 1000-2000rpm螺旋桨； 燃气剩下的能量一部分在尾喷管中继续膨胀，产生一小部分推力； 航空发动机构造教案 螺旋桨直径大，飞行速度受到限制，M=0.5-0.7； 排气能力损失少，推进效率高，油耗小； (3)涡轮轴发动机（WZ） 燃气发生器排出的燃气能量几乎全部在动力涡轮中膨胀做功， 由尾喷管排 出时，速度很低； 输出转速高，以减少由发动机传到直升机主减速器的传动

3、扭矩，使输出 轴的直径与重量较小。两种形式： A动力涡轮直接输出主减 B动力涡轮小减速器（体减）n6000-8000rpm主减 （直九为 B 型） 航机它用为 WZ 任何形式的航空发动机（WP、WS、WJ）均可以改型为地面及舰船用动力。 (4)涡轮风扇发动机(WS) 后风扇（未广泛使用） 方案简单； 浪费大（高温合金昂贵） 、加工困难； 风扇增压比受到限制。 前风扇（广泛使用） 油耗低、噪声小； 迎风面积比 WP 大，但比 WJ 小，小流量比可以高速飞行。 EX：民用大流量比发动机从前能够看透到后，即透过外函道。 (5)桨扇发动机（JS） 80 年代石油危机引起。 (6)冲压发动机（导弹上用）

4、 当 M 数为 3.54 时，压气机压比为 1，必须放弃压气机，而采用冲压发动 机。 12 航空发动机发展简史 121 发展简史 航空发展始于本世纪初，前四十年为活塞时代(继承于内燃机)，后六十年 为喷气时代。 综观航空喷气发展史： “竞争是动力，战备为先导，效益作基础，军用民用 交替发展，并正向齐头并进转化” 。 热战时期(二次大战末期)： 以军为主，出现“喷气” ； 冷战时期：以军作主导，军民交替发展。 (1)“军”突破“音障” ； “民”出现 WJ。 航空发动机构造教案 (2)“热障”(M3)出现并克服。 (3) 60 年前后 (苏) 57 年人造卫星上天，引发西方军备紧跟和扩充.从而“

5、导弹走俏，喷 气转民” ，民用型 WS (SPEY) 与 WZ (陆用) 悄然出现。 (4) 63 年苏联航空节 (苏) 军用型常规喷气飞机大出风头 (以 WP 为主)。 (美)“又一次面临喷气转向”. 此时 WS 由民转军，随之出现 V/S、远程 轰炸机。 (5)大动荡时期：70 年后逐渐向军民并进转化。 中东战争要求：飞机具有中空(H=6-8KM)、高速(M10,15560daN) 俄罗斯 Su27 A31-(AL31-F)(7.14,12258daN) 法 国 Rafale M88(9.0,7500daN) 欧 洲 EFA(欧洲战斗机)EJ200(10,9000daN) 中 国 F10

6、WS10(10A) 民用：大流量比 WS Boeing777GE90 34.25-44.5 吨 流量比 9.0 增压比 45 风扇直径 3.124 米 PW4048 32.3-40.0 吨 流量比 7.0 增压比 36 风扇直径 2.844 米 湍达（Trent）882(R 且能改善启动性。 * (缺) 有能量损失，因此额定工况不用; 连续调节困难。 (1) 钢带式 (WP6、SPEY) * 放气均匀；结构简单；迎面积小。 * 密封性差 (注意 WP6 的材料差异影响)；放气量不可调；对机匣削弱较大 (故仅能用于一级)。 (2) 活门(活塞)式 优、缺点与上述相反(可调量有限) .可旋导叶与整

7、流静叶 * 连续可调、效率高、迎面积小。 航空发动机构造教案* 结构复杂，应注意： a.干涉性 (操纵环与叶片的轴线不同，其传动机构易干涉) b.密封性 (机匣开孔，且有相对运动) c.同步性 (同级与不同级间) .处理机匣 其能改善首级叶尖的分离，使由旋转失速与进气畸变引起的喘振得以缓和。 (见图) .封气装置 * 封严装置用于静转子间需封严的相对运动部位。 * 仅介绍气路系统中常用的非接触式结构 蓖齿封气装置。 .材料 普遍存在的问题：不太懂 不重视。 学 习 目 的：了解它 选用它。 .重要性 (1) 发动机性能提高受到材料发展的制约。 * “产业革命”重要标志之一是新材料的出现； *

8、钛、复合材料的出现，对压气机性能有着大幅度的提高。 (2) 经济性、工艺性以及结构设计都与材料的选用密切相关。 * 矿产资源、冶炼水平、成型技术； * 结构设计(包括表面保护和热处理、粘结、机械联接等技术 )受特定材料( 复合材料)的性能影响。 (3) 故障分析通常以材料分析(组织、元素与断口)为先导。 .选材原则与要求 (1) 原则 (2) 要求 .典型新材料 常用的有、铝、镁。可由图简介之，重点介绍如下： (1) 钛合金 * 比强大，储量多，阻尼性好。 * 温度介于钢、铝之间。 * 加工困难，冷加工与不锈钢相近(质粘、硬度不高，刀具磨损)。 热加工易吸氮、氢、氧而发脆。 冷压加工易开裂 (

9、SIGMA 0.2/SIGMA b0.80.9)。 对缺口敏感 (SIGMA -1/SIGMA b 较低)。 导磁率、导热系数低。 减磨性差、易着火。 (2) 复合材料 航空发动机构造教案* 比强特大(可达钛的 3.5 倍)，比刚度也大(频率)；减振性好(多层阻尼) ， 抗疲劳性好(多层复合)。 * 但温度低、抗冲击差(脱层)、质量不稳定(手工)。 * 碳-铝纤维复合材料用于风扇机匣、压气机叶片 (比强为钛合金 1.5 倍)。 航空发动机构造教案 燃烧室、加力燃烧室和排气装置 . 燃烧室 (本节应注意与燃烧课程的协调，避免重复) .概述 (1) 功用：将燃的化学能转换成气体的热能,并加热到涡轮

10、前允许的温度。 (2) 燃烧环境： (3) 设计要求 (简介组织燃烧) 1) 烧着： 2) 烧稳： 3) 烧好： 4) 寿命： 5) 维护方便。 . 基本类型：(从简) (1) 分管式 WP5 (2) 环管(联管)式 WP6、SPEY (3) 环形式(包括全环形的、带头部的以及短环形的) WJ6、RB199。 (4) 回流式 JT15D (5) 折流式 TM3C、J69。 . 基本构件 组成：扩压器、壳体、火焰筒、喷嘴与点火器。 . 扩压器 (1) 功用： 1) 降速增压，损失小。 2) 空气分配 (2) 从气路角度出发： 1) 一级扩压 SPEY、WP6 2) 二级扩压 JT3D 3) 突然

11、扩张 RB199、TM3C (3) 从结构角度出发： * 要求 保证型面；可靠传力强度、刚性要好(“热”矛盾较缓和)。 1) 承力支柱(板) 呈流线化 JT3D 2) 末级静叶承力 WP6、WP7、WP8 3) 气路中管道安排。 航空发动机构造教案 . 壳体 (内、外机匣) (1) 外机匣 内压薄壁件 (2) 内机匣 外压薄壁件 . 火焰筒 * 组成：涡流器、本体及传焰管。 (1) 涡流器 * 功用 引入一股流，并形成回流区，保证烧着、烧稳。 1) 叶片式 (通常用于非蒸发式喷咀)。 2) 无叶片式 (2) 本体 1) 头部 其与涡流器、喷咀密切配合。 2) 筒体 (3) 传焰管 * 功用 传

12、焰、均压。 (4) 火焰筒固定形式呈“静定” * 简支式 喷咀铰支，后端定位 WP6、WP7、WP8 * 悬臂式 JT3D、J57 利用向前的轴向力而使火焰筒顶死在六个喷咀上。 WJ6、JT9D、WP5 在前段利用径(斜)向销钉固定之。 . 喷咀 (1) 功用将燃油雾化、汽化，并形成一定浓度场的混气（注意煤油与柴 油、汽油的区别)。 (2) 设计要求： 1) 混气要求具有稳定燃烧的浓度场雾化方法必须与回流区相适应。 2) 在满足雾化条件下，油泵压力应尽可能低，以简化燃油系统。 3) 起动性要好因为此时油泵无法建立正常油压。 (3) 结构特点： 1) 离心喷咀 2) 气动喷咀 3) 蒸发喷咀 4

13、) 甩油喷咀 . 点火器 (1) 功用在结构简单的条件下,保证各种状态可靠点燃。 (2) 点火方式 1)间接式 * 先点燃特制的微型燃烧室(点火器)，形成小火炬，再作引燃用。 航空发动机构造教案 * 固定形式要注意密封、漏油和膨胀自由等因素。 点火器与机匣为固持、与火焰筒为活铰。 * 点火能量大,高空性能较好。 对安装位置(相对于主燃区)不太敏感通常与联焰管联合使用。 * 要注意其引气(点火用)与冷却(点火器不工作时不形成死区)；重、复杂。 2)直接式 * 常用高能低压电咀可防止导通时电压骤降，而影响电能输出。 * 简单、轻。 * 对安装位置要求严因点火能量受限，故必须位于高温区。 易污染或烧

14、蚀 (通常置于火焰筒头部)。 (3) 周向布局的影响因素： 上半部清洁 中 部传焰路线最短。 下半部贫油熄火后再起动容易，但点火器易污染。 . 排污与控污 . 污染物生成 * 正常燃烧产物为二氧化碳和水蒸汽。 1) CO供氧不足而成无味、有毒慢车时雾化不好所致。 2) UHC(U-未燃) 燃料燃烧不完全臭味、致癌 3) SO2燃料杂物(受油质、产地影响)引起对环境和金属均有害。 4) NOX(大气污染物-NO、NO2)高温时两种离子直接结合所致有毒( 形 成 亚硝酸和硝酸) 起飞时大功率状态温高所致。 5) 微粒子(炭粒与冒烟) 局部高温富油区燃烧不完全所致污染环境和 降 低能见度。 . 主要

15、控污措施 * 由于工况不同，生成的污染物也不同，因此相互间有矛盾，容易顾此失 彼。 低功率时生成 CO、UHC 与冒烟，高功率时生成 NOX。 (1) 排气冒烟污染控制技术 1)低功率污染在于使火焰筒头部的局部富油区得以减弱或减小。 2)高功率污染在于使燃区降温提前引入二股气流较有效。 (2) 低污染燃烧室研制 #通常按分级(串、并级)处理之，即分为预燃级和主燃级。 #前者以改善雾化为主，后者以降温为主。 航空发动机构造教案 . 材料与涂层 . 要求 热强、热安定性、耐蚀性、热苄钣材)与可焊性。 . 主要材料 低温区不锈钢 1Cr18Ni9TiA、结构钢 30CrMoSiA、碳钢 10#。 高温区镍基 GH30、GH39、GH44。 . 表面涂层 * 功用防腐、隔热提高热强。 * 类别： 1)高温珐琅涂层厚度 0.040.10 MM，烧结而成自身脆， 且母材性能 下降。 2)热扩散涂层渗铝，防氧化母材性能受影响。 3)热喷镀涂层要有起粘结作用的