飞机发动机及控制—发动机部件发动机部件Ø五大部件（component） Ø 进气道（inlet duct） Ø 压气机（compressor） Ø 燃烧室（burner） Ø 涡轮（burbine） Ø 尾喷管（nozzle）涡轮导向叶片和转子叶片涡轮的分类 Ø 冲击式涡轮 Ø推动涡轮旋转的扭矩是由于气流方向改变而产生的 Ø冲击式涡轮的工作叶片的特征是前缘和后缘较薄, 而中间 较厚 Ø 反力式涡轮 Ø推动涡轮旋转的扭矩是由于气流速度的大小和方向的改变 而产生的 Ø反力式涡轮工作叶片的特征是前缘较厚, 而后缘较薄 Ø 冲击－反力式涡轮 Ø推动涡轮旋转的扭矩是由于气流速度的大小和方向的改变 而产生的 Ø目前燃气涡轮发动机中多采用冲击－反力式涡轮 涡轮部件的特性Ø温度：温度高、温度不均、工况变化； Ø转速：转速高-离心负荷大、平衡困难； Ø功率：叶片平均功率大、级数少技术要求Ø高效率 Ø尺寸小，结构紧凑 Ø足够的高温强度 Ø热定心好，热应力小 Ø良好的冷却系统 Ø适当选择材料涡轮的结构涡轮的组成 Ø静子—由导向器组成； 转子—由工作叶轮组成；Ø 导向器（涡轮喷嘴环）： 燃 气在涡轮喷嘴环内气流速度增 加, 压力下降, 并改变流动方向 , 来满足工作叶轮进口处对气 流方向的要求, 将压力位能和 热能转变为动能; 总压下降， 总温不变。
Ø 工作叶轮：工作叶片间的通道 是收敛形的, 燃气流过工作叶 轮叶片通道时, 相对速度增大, 方向改变, 压力降低, 温度降低 , 推动工作叶轮高速旋转, 向外 输出功, 使绝对速度减小将 热能转变为功总压，总温都 下降Ø涡轮叶片 Ø涡轮的工作叶片由叶身和榫头两部分组成 Ø涡轮叶片的叶身分为带冠和不带冠两种 Ø带冠涡轮叶片可以减小叶片尖部由叶盆向叶背的漏气,降低 二次损失,提高涡轮的效率; Ø相邻叶片的叶冠抵紧后可以减小叶片的扭曲变形和弯曲变 形,增强叶片的刚度, 提高叶片的振动频率; 当叶片产生振 动时, 相邻叶冠间产生摩擦, 可以吸收振动能量, 起到的 减振作用; Ø带冠涡轮叶片可以采用对气动有利的薄叶型且有利于叶 片与机匣之间的间隙的控制, 减少轴向漏气,更有效地提高 涡轮效率Ø枞树型榫头： Ø 优点: Ø重量轻: 由于叶片榫头呈楔形, 所以材 料利用合理, 接近等强度, 因而这种榫 头的重量轻 Ø强度大, 能承受大的载荷; Ø在高温下工作对应力集中不敏感: Ø 这种榫头有间隙地插入榫槽内, 允许 受热后自由膨胀, 因而, 减小了叶片和 轮缘联接处的应力, 同时可以利用榫头 的装配间隙, 通入冷却空气, 对榫头和 轮缘进行冷却。
装拆及更换叶片方便 Ø 缺点: Ø 加功精度要求高容易出现裂纹涡轮叶片的冷却Ø提高涡轮前燃气温度是提高燃气涡轮发动机 性能的有效措施然而提高涡轮前燃气温度 受到涡轮部件结构强度的限制, 为了解决这 个问题, 必需对涡轮叶片采取冷却 Ø涡轮叶片的冷却一般只有第一级涡轮叶片或 第一、第二级涡轮叶片需要冷却涡轮叶片的冷却Ø冷却涡轮叶片的冷空气 是从压气机出口处通过 管道引来, 冷却后的空 气随燃气一起流过涡轮 因此, 需要进行冷却 的叶片是空心的 Ø在这里冷却的方法有: 导热,冲击, 对流换热, 气膜冷却等20对流冷却21喷射式冷却(或称冲击式冷却)涡轮间隙Ø涡轮机匣与工作叶片叶尖之间的距离叫涡轮径向间 隙 Ø涡轮间隙对涡轮效率有很大的影响, 据估算, 涡轮 间隙若增加1 毫米, 涡轮效率下降2.5％,这将使发 动机耗油率增加2.5％, 所以为了减少损失, 提高效 率,应尽可能减小径向间隙 Ø为了减少损失、提高效率、应尽可能减小径向间隙 Ø控制涡轮间隙的方法是控制涡轮机匣的膨胀量，使 涡轮间隙保持为最佳值涡轮间隙Ø 涡轮间隙是随所用材料和发动机的工作状态及飞行条件的不 同而变化的 Ø 涡轮间隙变化 Ø无冷却式机匣 Ø装配间隙为2mm Ø起动间隙为7mm Ø高转速间隙5mm Ø停车时为0mm Ø冷却机匣 Ø装配间隙为2mm Ø起动间隙为3.2mm Ø高转速间隙1.2mm Ø停车时为0mmØ冷却式机匣可采用两种方式: 外部冷却式和内部冷 却式。
又叫被动冷却式和主动冷却式 Ø外部冷却式机匣： Ø 利用飞行中外界大气的速度头通过进口流入空气收集器内, 并经过内壁上沿周向均匀分布的许多孔去冷却涡轮外环, Ø 然后再冷却尾喷管并排入 大气 Ø 这种冷却方法构造简单, 加工方便, 重量较轻, 但 冷却效果较差涡轮间隙控制 Ø 涡轮间隙控制—内部冷却式机匣,靠从压空机出口引入空气到 涡轮机匣外套内，控制机匣的膨胀量 主动间隙控制Ø根据发动机的工作状 态，人为控制机匣的 膨胀量，以保证涡轮 径向间隙最小 Ø通常是在涡轮机匣外 面加上数圈冷气管。
Ø按预定调节规律改变 冷却空气的供应量 和温度例如：CFM56-3发动机Ø它的高压涡轮机匣外面罩一个集气环形成集 气室 Ø在不同的工作状态下，引入不同温度的冷却 空气 Ø在慢车和起飞时,引高压9级后的空气； Ø爬高时引高压9级和5级的混合后的空气； Ø巡航时,引高压5级的空气 Ø采用主动控制间隙增加了冷却空气的消耗量,造成 发动机推力下降, 同时还会使发动机的结构复杂, 重量增加基元级速度三角形Ø涡轮的轮缘功： Ø在亚音速压气机中, 压气机功约在40kj/kg以内, 而涡轮 的轮缘功则在200－300kj/kg之间 Ø由于涡轮通道是收敛的, 燃气在其中是加速降压, 存在负 压力梯度, 所以附面层中的气体微团就不容易分离, 气流 的转折角可以较大, 也就是说涡轮叶片比压气机叶片弯曲 的程度要大, 燃气膨胀的程度大, 输出的轮缘功就大 Ø其次是涡轮燃气的温度高 Ø目前流量大的一级涡轮可以输出一两万千瓦的功率, 这些 功率被压气机吸收, 可以带动5－7级或更多级压气机, 因 此, 在同一台发动机中, 涡轮的级数要比轴流式压气机的 级数少得多。
涡轮叶片的特点Ø(1).涡轮叶片比压气机叶片要厚 Ø其原因有两个: Ø一个是涡轮叶片受热严重, 金属材料的强度随 着温度的升高而降低, 为了保证叶片的强度, 所以涡轮叶片较厚 Ø另一个原因是涡轮叶片需要冷却, 所以涡轮叶 片是空心的, 以便通冷却空气 Ø(2).涡轮叶片比压气机叶片弯曲的程度要大 涡轮主要参数—涡轮落压比Ø涡轮落压比是涡轮进口处的总压 与涡轮出口处 的总压 之比, 即Ø涡轮落压比随转速的变化规律 Ø 1.当涡轮导向器最小截面处处于临界或超临界状态时，涡轮的落压比 为常数； Ø 2.当涡轮导向器最小截面处处于临界或超临界状态, 而喷管处于亚临 界状态时,随着转速下降, 涡轮的落压比下降; 这时涡轮落压比的变 化是由最后一级涡轮落压比的变化造成的, 而其它各级涡轮的落压比 不随转速而变化 Ø 3.当涡轮和喷管均处于亚临界状态时,随着转速减小, 涡轮的落压比 减小各级落压比都减小, 而且越靠后的级落压比减小得越多涡轮主要参数—绝热涡轮功Ø1kg燃气通过绝热的过程从 膨胀到 所输 出的功称为绝热涡轮功 Ø流动损失:包括“叶型损失”和“二次损失”Ø叶型损失有: 附面层内的摩擦损失；尾迹损失； 尾迹和主流的掺混损失；附面层中的分离损失； 波阻损失。
Ø二次损失有: 发生在叶尖和机匣内壁间径向间隙 处的漏气损失; Ø发生在叶尖处由叶盆向叶背流动的潜流损失等涡轮常见故障 Ø涡轮常见故障： Ø涡轮常见故障是裂纹，其原因是热应力 Ø整台发动机受热最严重的部件是第一级涡轮导向 器 Ø涡轮叶片出现裂纹具有下述特征： Ø裂纹常出现在或横穿过叶片的前缘与后缘，而且裂纹的 方向与叶片的长度相“垂直”Ø在维护过程中使用强光源和放大镜对涡轮叶片进行仔细 地检查。