航空发动机叶片.docx

发动机叶片一、 发动机与飞机1. 发动机种类1） 涡轮喷气发动机（WP）WP五、WP六、WP7 WP132） 涡轮螺桨发动机（WJ）WJ五、WJ六、WJ73） 涡轮风扇发动机（WS）WS九 WS10、WS114） 涡轮轴发动机（WZ）WZ五、WZ六、WZ八、WZ95） 活塞发动机（HS）HS五、HS6、HS92. 发动机的结构与组成燃气涡轮发动机要紧由压气机、燃烧和涡轮三大部件和燃油系统、滑油系统、 空气系统、电器系统、进排气边系统及轴承传力系统等组成发动机的整体构造 如下图1）三大部件中除燃烧外的压气机与涡轮都是由转子和静子组成，静子由 内、外机匣和导向（整流）叶片组成；转子由叶片盘、轴及轴承组成，其中叶片 数量最多（见表1~5）发动机的整体结构3. 发动机工作原理及热处置进程工作原理：发动机将大量的燃料燃烧产生的热能，势能给涡轮导向器斜切口膨胀产生大量的动能，其一部份转换成机械功驱动压气机和附件，剩余能由尾喷管膨胀加速产生推力热力进程：用P-U或T-S图来表示发动机的热力进程:Pd cb图1.发动机等压加热理想循环4. 飞机与发动机发动机是飞机的动力，也是飞机的心脏，不同用途的飞机配备不同种类的发动 机。

如：1) 军民用运输机、轰炸机、客机、装用WJ、WS、WP类发动机2) 强击机、歼击机、教练机、侦查机、装用WP、WS、HS类发动机3 ) 军民用直升机装用WZ类发动机二、叶片在燃气涡轮发动机中叶片不管是压气机叶片仍是涡轮叶片，它们的数量最 多，而发动机确实是依托这众多的叶片完成对气体的紧缩和膨胀和以最高的效率 产生壮大的动力来推动飞机前进的工作叶片是一种特殊的零件，它的数量多， 形状复杂，要求高，加工难度大，而且是故障多发的零件，一直以来各发动机厂 的生产的关键，因此对其投入的人力、物力、财力都是比较大的，而且国内外发 动机厂家正以最大的尽力来提高叶片的性能，生产能力及质量知足需要1. 叶片什么缘故必然要扭在流道中，由于在不同的半径上，圆周速度是不同的，因此在不同的半径 基元级中，气流的攻角相差极大，在叶尖、由于圆周速度最大，造成专门大的正 攻角，结果使叶型叶背产生严峻的气流分离；在叶根，由于圆周速度最小，造成 专门大的负攻角，结果使叶型的叶盆产生严峻的气流分离因此，关于直叶片来 讲除最近中径处的一部份还能工作之外，其余部份都会产生严峻的气流分离， 也确实是说，用直叶片工作的压气机或涡轮，其效率极为低劣的，乃至会达到全 然无法运转的境界。

发动机叶片数量统计如下（以WJ六、WS11为例）表：1. WJ6压气机叶片数量见表 1 表 1级12345678910工工作 叶片25313545535353515161458整流 叶片34404462627474747482620工5971791071151271271251251431078涡轮叶片数量见表 2 表 2级123工工作叶片1068682274导向叶片465054150工152136136424发动机叶片总数1078+424=15021502X500=751000按平均价钱 500 元/片，总产值亿压气机叶片总数见表 3表3级123456789后工工作394951615973777979567叶片整流 叶片5058626670727676100100730工891071131271291451531551791001297风扇叶片数量见表 4表4级123工工作叶片22272978整流叶片343644114工566373192涡轮叶片数量见表 5表5级高压低压1低压2工工作叶片9011094294整流叶片518379213工141193173507叶片总数1297+192+507=1996按 300 台计2000X300=600000 片按 500 元/片计价共计产值 3 亿元。

2. 叶片的工作原理1) 压气机叶片顾名思义,压气机是用来“压气”地,把入口大气压 PH=1 的压力压到出口处的所需要的压力.咱们下图来分析其紧缩的原理：@2.压气机流道图图3基元级叶栅通道气体在图2中的流道内由于其容积愈来愈小而将气体的压力“憋”得愈来愈高 在图2中由于叶栅通道内的相对运动中截面积扩大，引发速度下降，3]〉32,气流 的动能减少，减少的动能大部份转化为气流的压力能，从而使气流的压力提高P]> 匕工作轮的任务不仅要提高压力，而且要不断给气流假设轮缘功L使气流不断的2被紧缩压气机叶片中有工作叶片和整流叶片之分，工作叶片是随着转子旋转的， 而整流叶片是静止不动，给工作叶片入口或出口紊乱的气流进行整理使气流有序的 流动减少流动损失气流在整流叶片中一样是增压进程压气机的级数往往有很多级，这是因为它的级增压比不高，一样在左右，要将气 流压力提高到很高，则需很多级来完成总压比与级压比的关系是n *=n i n nn nl KII nKIII Kn压气机级数一样都是8级以上2）涡轮叶片通过涡轮的流程通道和基元级叶片叶栅通道的结构型式来分析涡轮叶片的工作原理图5.涡轮基元叶栅通道从图3和图2可看出其气流进出口的状态正好相反。

气流流过图3的流道时由 于面积愈来愈大而压力愈来愈低这是由于气流流过叶栅通道F£A和F2PK膨胀进 程中的压力下降专门快所需要的容积 其原理为：由于涡轮叶片入口面积FZ大于出口面积，一样工作叶片也是如此从燃烧室中 流出的燃气速度不高，约100m/s，进入涡轮叶片后由于叶栅通道是收敛的，燃气在 出口处（F£A）膨胀，使气流的温度、压力大弧度下降，使出口速度C］（3 2）大 弧度上升可过600m/s，接近音速，从而走到和完成热能、压力能转换为动能，又由 动能转换为机械能涡轮总落压比与落压比的关系如下式：ji * = n n nT Ti Tii Tn涡轮级数比压气机少，有单级、双级，大发到6级3. 叶片的几何尺寸v—安装角t—栅距C —最大厚度maxR —前缘圆半径 qR —后缘圆半径 n0—叶片弯角b/t—叶片稠度(1).压气机叶片i—进气攻角(01K—P1) B 1K—进气构造角B ]—进气气流角B 2K—排气构造角B 2一排气气流角§一掉队角S—轴向宽度b—弦长在设计中需重点操纵的参数如下:(a) .C 应操纵在叶尖为C /b二〜；而叶根则为：C /b二〜max max max(b) .i应操纵前几级0〜-2°，后几级为1〜2°。

c) .R、R可按下曲线计算得出：n图7叶片前后圆半径的求法方式：依照C 及b查出R/b、R/b然后计算出R、Rmax q n q n(2)涡轮叶片涡轮叶栅平面参数分压气机叶片相同注：压气机工作叶片、整流叶片、涡轮工作叶片、导向叶片的叶片平面叶栅构造参数相同4. 叶片的连接方式不管是压气机叶片仍是涡轮叶片，是工作叶片仍是导向叶片都必需安装在发动机上使其能工作而且还要牢固，所有发动机的叶片安装方式大致有以下几种：4) 压气机工作叶片压气机工作叶片的下部带有燕尾榫头安装在带有燕尾榫槽的轮盘上，如图示:图8燕尾型榫头槽口联接另一种用圆柱销联接如图示整流叶片是静止不动的，因此它将叶片焊在内、外环中如图:整流叶片6) 涡轮工作叶片涡轮工作叶片都带有榫头装在带有榫槽的涡轮盘上，如图示:7) 涡轮导向叶片涡轮导向叶片大多用挂钩涡轮导向叶片大多用挂钩的形式与机匣联接如图12所示:涡轮机匣5. 叶片的工作条件压气机叶片含风扇叶片属于冷端部件的零件，除最后几级由于高压下与气体的 摩擦产生熵增而使温度升高到约600K (327° C)，其余温度不高，入口处在高空还 需防结冰工作前面几级由于叶片长以离心负荷为主，后面几级由于温度以热负荷 为主。

总之压气机叶片利用寿命较长叶片的利用的材料一样为铝合金、钛合金、 铁基不锈钢等材料涡轮是在燃烧室后面的一个高温部件，燃烧室排出的高温高压燃气流经流道流 过涡轮，所有叶片恰好都是暴露在流道中必需经受约1000° C的高温IMpa的以上 高压燃气的冲洗下能正常工作因此叶片应有足够的耐高温和高压的强度涡轮叶 片的利用寿命远低于压气机叶片约2500h叶片的最大应力点如图13示，r图13叶型应力分布示意图其应力散布为C〉A〉B； C、A的应力为拉伸应力，B为压应力，压气机叶片与 其相同这是转子叶片，静子叶片只经受热应力及弯曲应力，没有离心应力叶片 利用的材料一样为高温铸造合金如K403、K424等、和高温合金如GH4133 等,温下 高强度材料三、 叶片加工与操纵1. 加工 叶片的加工分两大部份：一部份为叶片型面加工，一部份为榫头加工及缘板加工：压气机工作叶片的型面是用高能高速热挤压成型后经抛光而成；整流叶片 是由冷轧成型经抛光而成涡轮叶片的叶型，不管是工作叶片仍是导向叶片均为 铸件者都是型面没有余量周密铸造件都是大余量经数铣、抛光而成压气机叶片和涡轮叶片的榫头及上、下缘板尺寸为机械加工而成前面讲过 在燃气涡轮发动机的所有零件中唯有叶片的故障率是最高的，造成机毁人亡的事 故也时有发生。

这是因为叶片的数量多，工序多、周期长、要求高，加工难度大 加工进程中的形状、位置、烧伤、缺点、碰伤、材质转工等进程操纵中，不免会 显现失控的时候，给叶片（尤其是工作叶片）造成损害，使其带病工作所致因 此，对叶片生产的全进程操纵十分重要2. 叶片的质量操纵咱们说操纵叶片的质量，主若是三个方面：a. 确保叶片设计强度不降低b. 确保发动机性能不降低c. 确保装配性能好下面别离对造成上面三个方面的因素进行分析：1）.造成叶片强度下降的因素有如下几点：a. .叶片用材不妥b. 叶片疏松超标 3级以上c. 叶片剖面晶粒粗大3级以上d. 有垂直于进排气边的柱状晶e. 根部叶型变薄f. 榫齿经处以下到根部有细颈g. 进排气边也有碰缺，严峻的垂直进排气边的严峻划伤，造成应力集中h. 根部截面叶型厚度，设计过薄不成比例i. 叶片受到严峻侵蚀而未能加工掉j. 加工中烧伤k. 叶片重量偏大l. 叶片渗层成形及厚度不合理2) .由于叶片加工不妥使发动机性能下降的因素有如下几点：a. 叶型表面粗糙度太低b. 叶片安装角偏离。