第2章-典型发动机介绍和受力分析.ppt

第二章第二章 典型发动机介绍和受力分析典型发动机介绍和受力分析2.1 发动机的性能和设计参数2.2 典型发动机介绍2.3 发动机的受力分析2021/6/312.12.1发动机的性能和设计参数发动机的性能和设计参数Ø性能参数性能参数 ：： 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Ø设计参数：设计参数： 增压比，涡轮前燃气温度，涵道比等增压比，涡轮前燃气温度，涵道比等 2021/6/322.12.1发动机的性能和设计参数发动机的性能和设计参数Ø性能参数性能参数 ：： 1.1.推力（功率）推力（功率）F F N,daNN,daN，，kwkw 空气质量流量，空气质量流量， 进气速度，进气速度， 排气速度排气速度n增大增大F l增大空气量增大空气量 ——增大发动机尺寸和重量增大发动机尺寸和重量l增大排气速度增大排气速度——提高发动机增压比和燃气前温度提高发动机增压比和燃气前温度n活塞式，涡桨，涡轮轴发动机用活塞式，涡桨，涡轮轴发动机用功率（功率（kw））2021/6/332.12.1发动机的性能和设计参数发动机的性能和设计参数Ø性能参数性能参数 ：： 2.2.推重比（功重比）推重比（功重比） 无量纲（无量纲（kW/daNkW/daN）） n发动机静止条件下最大推力与发动机质量的重力之比。

发动机静止条件下最大推力与发动机质量的重力之比n发动机重要性能指标之一，直接影响飞机性能和有效发动机重要性能指标之一，直接影响飞机性能和有效载荷n活塞式，涡桨，涡轮轴发动机用活塞式，涡桨，涡轮轴发动机用功重比（功重比（kw/daN）） 3 3. .耗油率耗油率sfc sfc kg/(daN.h)kg/(daN.h)n发动机每小时的燃油质量流量与推力或功率之比发动机每小时的燃油质量流量与推力或功率之比n是影响飞机航程和经济性的最主要因素是影响飞机航程和经济性的最主要因素2021/6/342.12.1发动机的性能和设计参数发动机的性能和设计参数Ø设计参数设计参数 ：： 4.4.增压比增压比 πkn压气机出口总压压气机出口总压/进口总压进口总压 n对发动机的做工能力和效率有重要影响对发动机的做工能力和效率有重要影响n对于一定的涡轮前燃气温度对于一定的涡轮前燃气温度ü最佳增压比：产生最大做功能力最佳增压比：产生最大做功能力ü最经济增压比最经济增压比 ：耗油率最低：耗油率最低 5.5.涡轮前燃气温度涡轮前燃气温度 T3T3 K Kn第第1 1级涡轮导向器进口截面处燃气的总温。

级涡轮导向器进口截面处燃气的总温n提高提高T3T3能增大发动机的做功能力，提高热效率，降低能增大发动机的做功能力，提高热效率，降低耗油率耗油率2021/6/352.12.1发动机的性能和设计参数发动机的性能和设计参数Ø设计参数设计参数 ：： 6.6.涵道比涵道比n涡扇发动机外涵道和内涵到的空气质量流量之比涡扇发动机外涵道和内涵到的空气质量流量之比涵道比涵道比<1 <1 小涵道比小涵道比涵道比涵道比>4 >4 大涵道比大涵道比1<1<涵道比涵道比<4 <4 中涵道比中涵道比n涵道比是发动机的重要设计参数，它对发动机耗油率涵道比是发动机的重要设计参数，它对发动机耗油率和推重比有着很大的影响和推重比有着很大的影响 远程运输机，旅客机远程运输机，旅客机————大涵道比大涵道比 战斗机战斗机————小涵道比小涵道比2021/6/362.22.2典型发动机介绍典型发动机介绍Ø涡轮喷气发动机（涡轮喷气发动机（WP））Ø涡轮风扇发动机（涡轮风扇发动机（WS））Ø涡轮螺桨发动机（涡轮螺桨发动机（WJ））Ø涡轮轴发动机涡轮轴发动机 （（WZ））Ø垂直垂直/短距起落发动机（短距起落发动机（VTOL/STOL)Ø桨扇发动机桨扇发动机 （（JS））Ø其它类型发动机其它类型发动机2021/6/372021/6/382021/6/392021/6/3102021/6/3112021/6/3122.22.2典型发动机介绍典型发动机介绍2.2.1 涡轮喷气发动机（涡轮喷气发动机（WP））1. 涡喷涡喷5 （（WP5））2021/6/3132.22.2典型发动机介绍典型发动机介绍2.2.1 涡轮喷气发动机（涡轮喷气发动机（WP）） 1. 涡喷涡喷5 （（WP5））n第一代，米格第一代，米格1515比斯，米格比斯，米格1717，歼五，歼教五，轰五；，歼五，歼教五，轰五；n离心式压气机（单级），分管型燃烧室，单级反应式涡离心式压气机（单级），分管型燃烧室，单级反应式涡轮，加力燃烧室（歼五，歼教五），喷管（收敛性固定、轮，加力燃烧室（歼五，歼教五），喷管（收敛性固定、可调喷口），传动机匣。

可调喷口），传动机匣n燃油系统、滑油系统、漏油系统、电气系统、灭火装置燃油系统、滑油系统、漏油系统、电气系统、灭火装置n发动机转子支承方案：三点式发动机转子支承方案：三点式 ；；n压气机和涡轮转子由球形套齿联轴器相互连接，传递扭压气机和涡轮转子由球形套齿联轴器相互连接，传递扭矩、轴向力和径向力矩、轴向力和径向力n最大推力最大推力2700daN,2700daN,增压比增压比4.364.36，推重比，推重比3.063.06，涡轮前燃，涡轮前燃气温度气温度900°C900°C2021/6/3142.22.2典型发动机介绍典型发动机介绍2.2.1 涡轮喷气发动机（涡轮喷气发动机（WP）） 2. 涡喷涡喷6 和涡喷和涡喷82021/6/3152.22.2典型发动机介绍典型发动机介绍2.2.1 涡轮喷气发动机（涡轮喷气发动机（WP）） 涡喷涡喷6 （（WP6））n第二代，歼六，第二代，歼六，n单转子轴流式压气机（单转子轴流式压气机（9 9级），环管式燃烧室（级），环管式燃烧室（1010个），个），2 2级反应式涡轮，加力燃烧室，收敛型可调喷管，压气级反应式涡轮，加力燃烧室，收敛型可调喷管，压气机中间级放气防喘机中间级放气防喘nWP6WP6甲：可调导流叶片甲：可调导流叶片涡喷涡喷8n第二代，轰六第二代，轰六n同涡喷同涡喷6大致相同，不同：大致相同，不同：8级压气机，级压气机，环管式燃烧室环管式燃烧室（（1414个），不带加力，收敛型固定喷口，涡轮起动机个），不带加力，收敛型固定喷口，涡轮起动机2021/6/3162.22.2典型发动机介绍典型发动机介绍2.2.1 涡轮喷气发动机（涡轮喷气发动机（WP））3. 涡喷涡喷7 （（WP7）和涡喷）和涡喷13（（WP13））2021/6/3172.22.2典型发动机介绍典型发动机介绍2.2.1 涡轮喷气发动机（涡轮喷气发动机（WP）） 涡喷涡喷7 （（WP7））n第三代，歼第三代，歼7 7n双转子轴流式压气机（双转子轴流式压气机（3+33+3），环管型燃烧室，双转子），环管型燃烧室，双转子反应式涡轮，加力燃烧室，收敛型可调喷管，反应式涡轮，加力燃烧室，收敛型可调喷管，n低压转子支承方案：三点式低压转子支承方案：三点式 高压转子支承方案：两点式高压转子支承方案：两点式 涡喷涡喷13（（WP13））nWP7WP7的改进，高压压气机改为的改进，高压压气机改为5 5级；压气机上应用钛合级；压气机上应用钛合金；改进各部件各系统等金；改进各部件各系统等2021/6/3182021/6/3192.22.2典型发动机介绍典型发动机介绍2.2.2 涡轮风扇发动机（涡轮风扇发动机（WS）） 1. 涡扇涡扇9 （（WS9））“秦岭秦岭”发动机发动机, Spey MK202n第一代军用，双转子小涵道比，轴流式压气机，环管第一代军用，双转子小涵道比，轴流式压气机，环管型燃烧室，双转子涡轮，加力燃烧室，可调喷管，外型燃烧室，双转子涡轮，加力燃烧室，可调喷管，外涵道。

涵道n1717级压气机：风扇级压气机：风扇5 5级，高压压气机级，高压压气机1212级；级；2 2级涡轮级涡轮n低压转子：风扇和低压涡轮用中介轴和联轴器连接，低压转子：风扇和低压涡轮用中介轴和联轴器连接，4 4个支点个支点 高压转子：联轴器连接，高压转子：联轴器连接，3 3个支点个支点n涵道比涵道比0.620.622021/6/3202.22.2典型发动机介绍典型发动机介绍2.2.2 涡轮风扇发动机（涡轮风扇发动机（WS））2. 2021/6/3212.22.2典型发动机介绍典型发动机介绍2.2.2 涡轮风扇发动机（涡轮风扇发动机（WS）） 2.2021/6/3222.22.2典型发动机介绍典型发动机介绍2.2.2 涡轮风扇发动机（涡轮风扇发动机（WS）） 2.2021/6/3232.22.2典型发动机介绍典型发动机介绍2.2.2 涡轮风扇发动机（涡轮风扇发动机（WS））3. CFM56发动机发动机 n双转子大涵道比，以美国双转子大涵道比，以美国F101F101军用涡扇发动机的核心机为军用涡扇发动机的核心机为基础，匹配不同的低压转子，衍生出不同推力级别的发动基础，匹配不同的低压转子，衍生出不同推力级别的发动机，机，CFM56-2CFM56-2，，CFM56-3CFM56-3，，CFM56-5CFM56-5，，CMF56-7 CMF56-7 nCFM56-3CFM56-3是是B737B737系列飞机的发动机系列飞机的发动机n低压转子：低压转子：1 1级风扇级风扇+3+3级低压压气机级低压压气机+4+4级低压涡轮，级低压涡轮，5490r/min5490r/minn高压转子：高压转子：9 9级高压压气机级高压压气机+1+1级高压涡轮，级高压涡轮，15183r/min15183r/minn收敛型固定喷口收敛型固定喷口n短环形燃烧室短环形燃烧室n新材料技术新材料技术 2021/6/3242.22.2典型发动机介绍典型发动机介绍2.2.2 涡轮风扇发动机（涡轮风扇发动机（WS））3. CFM56 2021/6/3252.22.2典型发动机介绍典型发动机介绍2.2.2涡轮风扇发动机（涡轮风扇发动机（WS））4. ALF502发动机发动机n小推力级别高涵道比双转子，支线客机的动力装置小推力级别高涵道比双转子，支线客机的动力装置n混合式压气机和回流式环形燃烧室。

混合式压气机和回流式环形燃烧室n高压压气机：高压压气机：7级轴流级轴流+1级离心式，由级离心式，由2级轴流式涡轮级轴流式涡轮驱动驱动n低压转子：低压转子：1级风扇级风扇+2级轴流式涡轮级轴流式涡轮n收敛型固定喷管收敛型固定喷管 2021/6/3262.22.2典型发动机介绍典型发动机介绍2.2.2 涡轮风扇发动机（涡轮风扇发动机（WS））4. ALF502发动机发动机 2021/6/3272021/6/3282.22.2典型发动机介绍典型发动机介绍2.2.3 其他类型发动机其他类型发动机 1. 涡轴涡轴8发动机发动机(wz8)：自由涡轮式单转子涡轴发动机：自由涡轮式单转子涡轴发动机n 单转子混合压气机，折流式环形燃烧室、单转子混合压气机，折流式环形燃烧室、2级轴流反级轴流反应式涡轮、应式涡轮、1级轴流式自由涡轮、减速器和简单扩张式级轴流式自由涡轮、减速器和简单扩张式排气装置五大部件组成排气装置五大部件组成2.PW127发动机发动机 3.涡桨涡桨6发动机发动机 2021/6/3292.22.2典型发动机介绍典型发动机介绍2.2.3 其他类型发动机其他类型发动机 涡轴涡轴8发动机发动机(wz8)：自由涡轮式单转子涡轴发动机：自由涡轮式单转子涡轴发动机 2021/6/3302.22.2典型发动机介绍典型发动机介绍2.2.4 发动机的新技术发动机的新技术Ø单元体设计单元体设计Ø整体叶盘或叶环结构整体叶盘或叶环结构Ø复合材料：金属基复合材料复合材料：金属基复合材料Ø 非金属基复合材料非金属基复合材料Ø对转发动机对转发动机Ø高效低污染燃烧室高效低污染燃烧室Ø粉末冶金粉末冶金Ø单晶、定向结晶、真空重熔再结晶技术单晶、定向结晶、真空重熔再结晶技术Ø包容性设计包容性设计2021/6/3312021/6/3322021/6/3332021/6/3342021/6/3352021/6/3362.32.3 航空航空发动机的受力分析发动机的受力分析Ø作用在发动机零组件上的负荷作用在发动机零组件上的负荷n气体力气体力：（轴向、径向）：（轴向、径向）力，力矩（扭矩）力，力矩（扭矩）n惯性力：离心惯性力，变速或曲线运动惯性力与力矩惯性力：离心惯性力，变速或曲线运动惯性力与力矩n热应力：受热不均，热膨胀不一致或受约束热应力：受热不均，热膨胀不一致或受约束n振动应力：疲劳破坏振动应力：疲劳破坏Ø负荷分类负荷分类n内力（平衡力系不外传）：轮盘离心应力、热应力内力（平衡力系不外传）：轮盘离心应力、热应力n外传力：轴向力、扭矩外传力：轴向力、扭矩 惯性力与惯性力矩惯性力与惯性力矩2021/6/3372.32.3 航空航空发动机的受力分析发动机的受力分析2.3.1 气体力的计算气体力的计算 发动机气流通道表壁作用有气体力发动机气流通道表壁作用有气体力,除了通道外，与气除了通道外，与气体相接触的表面上也都作用有气体力，因此在分析组合件体相接触的表面上也都作用有气体力，因此在分析组合件或零件上的气体力时，必须全面考虑，或零件上的气体力时，必须全面考虑，分别计算出在组合分别计算出在组合件或零件的各个表面上的气体力，再求出总的气体力。

件或零件的各个表面上的气体力，再求出总的气体力2021/6/3382.32.3 航空航空发动机的受力分析发动机的受力分析2.3.1 气体力的计算气体力的计算1. 进气装置上气体轴向力的计算进气装置上气体轴向力的计算进口截面进口截面0- 0，气体压，气体压力力p0，轴向流速，轴向流速c0出口截面出口截面1-1 ，气体，气体压力压力p1，轴向流速，轴向流速c12021/6/3394.34.3 航空航空发动机的受力分析发动机的受力分析2.3.1 气体力的计算气体力的计算1. 进气装置上气体轴向力的计算进气装置上气体轴向力的计算Ø气流在进气装置通道内壁上的作用力气流在进气装置通道内壁上的作用力Ø直管道：总气体力为进、出口截面气体力的代数和直管道：总气体力为进、出口截面气体力的代数和Ø弯管道：总气体力为进、出口截面气体力的向量和，方向指向弯管道：总气体力为进、出口截面气体力的向量和，方向指向管道的离心方向管道的离心方向Ø以推力方向（向前）方向为正以推力方向（向前）方向为正出口动压出口动压出口静压出口静压进口动压进口动压进口静压进口静压2021/6/3402.3.1气体力的计算气体力的计算1. 进气装置上气体轴向力的计算进气装置上气体轴向力的计算Ø进气装置外表面上的空气压力进气装置外表面上的空气压力Pa0所造成的轴向力为所造成的轴向力为F0,Ø扩散通道上的作用力向前扩散通道上的作用力向前Ø收敛通道上的作用力向后收敛通道上的作用力向后Ø整个进气装置部件上的气体力为整个进气装置部件上的气体力为2.32.3 航空航空发动机的受力分析发动机的受力分析2021/6/3412.3.1 气体力的计算气体力的计算 2. 涡轮转子上的气体轴向力的计算涡轮转子上的气体轴向力的计算（（1）叶片上的气体力）叶片上的气体力F1（（2）盘前密封齿以外部分的气体力）盘前密封齿以外部分的气体力F2（（3）盘前密封齿以内部分的气体力）盘前密封齿以内部分的气体力F3（（4）盘后端面的气体力）盘后端面的气体力F4Ø单级涡轮转子总的气体轴向力为单级涡轮转子总的气体轴向力为4.34.3 航空航空发动机的受力分析发动机的受力分析一般为负值，表示它与一般为负值，表示它与推力方向相反，即作用推力方向相反，即作用的方向向后的方向向后2021/6/3422.32.3 航空航空发动机的受力分析发动机的受力分析2.3.1气体力的计算气体力的计算3、典型发动机各部件上气体轴向力的分布、典型发动机各部件上气体轴向力的分布2021/6/343Ø发动机各部件上气体轴向力2021/6/344Ø发动机推力：发动机所有零部件上气体轴向力的合力发动机推力：发动机所有零部件上气体轴向力的合力Ø发动机转子卸荷措施：发动机转子卸荷措施：Ø压气机转子与涡轮转子联接，抵消一部分轴向力压气机转子与涡轮转子联接，抵消一部分轴向力Ø设置前卸荷腔设置前卸荷腔Ø设置后卸荷腔设置后卸荷腔Ø注意事项：转子卸荷不能卸到零注意事项：转子卸荷不能卸到零2021/6/3452.32.3 航空航空发动机的受力分析发动机的受力分析2.3.2 气体力作用于组合件上的扭矩气体力作用于组合件上的扭矩Ø涡喷发动机涡喷发动机Ø涡桨发动机涡桨发动机2021/6/346部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！。