第9次课压气机(2)

1、 航空发动机原理和结构航空发动机核心机压 气 机1 航空发动机原理和结构主要内容第一节 概述第二节 压气机工作原理第三节 压气机构造第四节 压气机附属装置第五节 离心式压气机2 航空发动机原理和结构转子静子压气机3第三节 轴流压气机的构造轴流压气机的构造一、组成一、组成 航空发动机原理和结构4 航空发动机原理和结构轴流式压气机的组成轴流式压气机的组成n转子转子:高速旋转对气流做功的组合件。高速旋转对气流做功的组合件。l低压转子低压转子 双转子涡扇发动机中，低压转子就是风扇转子双转子涡扇发动机中，低压转子就是风扇转子 或风扇转子和低压压气机转子的组合或风扇转子和低压压气机转子的组合l高压转子高压

2、转子n静子静子l包括机匣和整流器包括机匣和整流器l单转子涡喷发动机中：进气装置、整流器机匣和扩压器机匣单转子涡喷发动机中：进气装置、整流器机匣和扩压器机匣l双转子压气机中：进气装置、整流器机匣、扩压器机匣双转子压气机中：进气装置、整流器机匣、扩压器机匣 分流机匣分流机匣（） 中介机匣中介机匣 第三节 轴流压气机的构造轴流压气机的构造 航空发动机原理和结构二、转子基本结构主要特点：转速高6组成：工作叶轮（包括工作叶片、鼓筒或鼓盘）及连接组件，转子构成压气机的旋转部分。要求：要求：1 1、可靠的强度和结构刚性、可靠的强度和结构刚性2 2、良好的定心、定位、良好的定心、定位3 3、传力、传扭可靠、传

3、力、传扭可靠4 4、良好的平衡性、良好的平衡性 航空发动机原理和结构1、压气机转子的基本类型7基本结构形式：鼓式、盘式和鼓盘式。基本结构形式：鼓式、盘式和鼓盘式。 航空发动机原理和结构1）鼓式 基本构件是鼓筒（圆柱形、橄榄型或圆锥形），借安装边和螺栓与前、后半轴联接，在鼓筒外表面加工有环槽或纵槽，用来安装转子叶片。叶片和鼓筒的离心力、弯度和扭矩由鼓筒承受和传递。优点：抗弯性能好，结构简单；但是承受离心力载荷能力差。故只能在转速较低的条件下使用。如民用贝斯发动机低压压气机转子。8 航空发动机原理和结构91）鼓式转子）鼓式转子 航空发动机原理和结构2）盘式转子 由一根轴和一个或若干轮盘组成，用轴将

4、各级盘联接在一起。盘缘有不同形式的榫槽用来安装转子叶片。转子叶片和轮盘的离心力由轮盘承受。特点：承受离心载荷能力强，但抗弯刚性差。很少单独使用，常用在风扇转子上和低压压气机的鼓式转子混合使用。10 航空发动机原理和结构112）盘式转子）盘式转子 航空发动机原理和结构3)鼓盘式转子鼓盘式转子 航空发动机原理和结构3)鼓盘式转子鼓盘式转子 航空发动机原理和结构鼓盘式鼓式14 航空发动机原理和结构3) 鼓盘式转子鼓盘式转子 鼓盘式转子兼有鼓式转子的抗弯刚性和盘式转子鼓盘式转子兼有鼓式转子的抗弯刚性和盘式转子承受大离心力载荷的能力，因此得到广泛的应用，承受大离心力载荷的能力，因此得到广泛的应用，特别在

5、现代涡扇发动机的高压压气机上。特别在现代涡扇发动机的高压压气机上。 分类分类 1. 不可拆卸的转子不可拆卸的转子 2. 可拆卸的转子可拆卸的转子 3. 部分不可拆卸部分不可拆卸的混合式转子部分不可拆卸部分不可拆卸的混合式转子 航空发动机原理和结构 1. 不可拆卸的鼓盘式转子不可拆卸的鼓盘式转子 航空发动机原理和结构 1. 不可拆卸的鼓盘式转子不可拆卸的鼓盘式转子n级间联接：级间联接：圆柱面紧度配合圆柱面紧度配合+ +径向销钉；焊接，整体径向销钉；焊接，整体加工成型。加工成型。在完成装配后不可能再进行无损分解。在完成装配后不可能再进行无损分解。如F119发动机是整体加工。WP6、8采用圆柱面紧度

6、配合加径向销钉联接。nA A、圆柱面紧度配合、圆柱面紧度配合+ +径向销钉法径向销钉法：w利用热胀冷缩原理使圆柱面在装配后产生紧度。利用热胀冷缩原理使圆柱面在装配后产生紧度。w定心定心：圆柱面加径向销钉：圆柱面加径向销钉 传递扭矩传递扭矩：径向销钉和配合面的摩擦力：径向销钉和配合面的摩擦力w优点：结构简单，工作可靠，加工方便优点：结构简单，工作可靠，加工方便w缺点：转子的零件较多，制造偏差会影响转子的定缺点：转子的零件较多，制造偏差会影响转子的定心和平衡。心和平衡。 航空发动机原理和结构 1. 不可拆卸的鼓盘式转子不可拆卸的鼓盘式转子B B、焊接法、整体加工成型法、焊接法、整体加工成型法: :

7、特点：不需要连接件。特点：不需要连接件。定心定心: 直接在焊接过程中保证定心。直接在焊接过程中保证定心。优点：结构重量轻，转子工作可靠性高。优点：结构重量轻，转子工作可靠性高。缺点：对焊接技术要求很高（需用大型的专用数控焊接缺点：对焊接技术要求很高（需用大型的专用数控焊接设备和科学的工装、工艺来保证）。设备和科学的工装、工艺来保证）。 航空发动机原理和结构1. 不可拆卸的鼓盘式转子不可拆卸的鼓盘式转子 航空发动机原理和结构 1. 不可拆卸的鼓盘式转子不可拆卸的鼓盘式转子n刚度研究：鼓筒与轮盘的位置刚度研究：鼓筒与轮盘的位置 恰当半径内恰当半径内：鼓径向变形鼓径向变形小，盘大；小，盘大；鼓加强盘

8、。鼓加强盘。恰当半径外恰当半径外：盘径向变形盘径向变形小，鼓大；小，鼓大；盘加强鼓。盘加强鼓。 航空发动机原理和结构 1. 不可拆卸的鼓盘式转子不可拆卸的鼓盘式转子n装配定心：径向销钉原理装配定心：径向销钉原理 航空发动机原理和结构1. 不可拆卸的鼓盘式转子不可拆卸的鼓盘式转子小结：不可拆卸的鼓盘式转子的特点： 重量轻，结构简单，有足够的横向刚性，能良好地定心和可靠地传力，因而的到了广泛的应用。 航空发动机原理和结构2. 可拆卸的鼓盘式转子可拆卸的鼓盘式转子 在装配以后根据使用和维修的要求可以进在装配以后根据使用和维修的要求可以进行无损分解的转子。行无损分解的转子。 分类：分类： （1）用拉杆

9、联接）用拉杆联接 JT3D （2）短螺栓联接）短螺栓联接 JT9D 高压高压 （3）长轴螺栓联接）长轴螺栓联接 低压低压 KY30 航空发动机原理和结构2. 可拆卸的鼓盘式转子可拆卸的鼓盘式转子（1）用拉杆联接）用拉杆联接 JT3D用若干根拉杆将轮盘、鼓筒用若干根拉杆将轮盘、鼓筒和半轴等基本构件连成一体。和半轴等基本构件连成一体。可靠度和刚度：靠拉杆的拉可靠度和刚度：靠拉杆的拉紧力保证。紧力保证。传递扭矩：靠端面摩擦传递扭矩：靠端面摩擦定心：圆柱面定心：圆柱面流道变化，多根拉杆联接流道变化，多根拉杆联接 航空发动机原理和结构2. 可拆卸的鼓盘式转子可拆卸的鼓盘式转子（2）短螺栓联接）短螺栓联接

10、 JT9D高压高压 刚性：靠螺栓预紧力保证。刚性：靠螺栓预紧力保证。 定心、传递扭矩：螺栓定心、传递扭矩：螺栓 航空发动机原理和结构2. 可拆卸的鼓盘式转子可拆卸的鼓盘式转子 （3）长轴螺栓联接）长轴螺栓联接 低压转子低压转子 KY30定心、传扭：端面圆弧齿定心、传扭：端面圆弧齿 航空发动机原理和结构2. 可拆卸的鼓盘式转子可拆卸的鼓盘式转子 关键件：拉杆关键件：拉杆n 预紧力：拉杆在装配时的拉紧力，用于保证压气机各预紧力：拉杆在装配时的拉紧力，用于保证压气机各级件联接的可靠性和整体刚度。级件联接的可靠性和整体刚度。n影响因素影响因素n 计算截面的弯矩值计算截面的弯矩值n拉杆所在半径大小拉杆所

11、在半径大小n转子上的气体轴向力转子上的气体轴向力n所选材料（应与鼓筒、轮盘尽量一致）所选材料（应与鼓筒、轮盘尽量一致）n装配方法装配方法n总结：总结：在制造技术和装配工艺许可下，应尽量选择零件在制造技术和装配工艺许可下，应尽量选择零件数目少且不可拆卸的、整体式的或混合式的结构方案。数目少且不可拆卸的、整体式的或混合式的结构方案。 航空发动机原理和结构3. 混合式的鼓盘转子混合式的鼓盘转子由若干大段组成；每一段由若干级焊接而成不可拆卸由若干大段组成；每一段由若干级焊接而成不可拆卸转子；每一大段通过短螺栓联接组成可拆卸转子。转子；每一大段通过短螺栓联接组成可拆卸转子。特点：兼有可拆卸转子和不可拆卸

12、转子的优点，对制特点：兼有可拆卸转子和不可拆卸转子的优点，对制造技术和装配工艺要求不高，同时给设计者提供了广造技术和装配工艺要求不高，同时给设计者提供了广阔的选择空间。阔的选择空间。可以分段式用不同材料制造，满足压气机前后温差大可以分段式用不同材料制造，满足压气机前后温差大的需求。的需求。目前，现代发动机的高压转子中，较多采用混合式转目前，现代发动机的高压转子中，较多采用混合式转子。子。 航空发动机原理和结构3、 混合式的鼓盘转子混合式的鼓盘转子（1） 的低压压气机转子的低压压气机转子31AJI三大段，三大段，焊接或焊接或整体制整体制造，再造，再用短螺用短螺栓联接。栓联接。 航空发动机原理和结

13、构3、 混合式的鼓盘转子混合式的鼓盘转子（2） CFM56和和V2500的高压压气机转子的高压压气机转子两大段，短螺栓联接。两大段，短螺栓联接。三大段，三大段，12级钛级钛合金焊接，合金焊接，49级级不锈钢焊接，与不锈钢焊接，与3级短螺栓联接。级短螺栓联接。 航空发动机原理和结构3 、混合式的鼓盘转子、混合式的鼓盘转子（3） 的高压压气机转子的高压压气机转子31AJI三大段，一段（三大段，一段（13级），二段（级），二段（46级），三段（级），三段（79级）级） 短螺栓短螺栓 长螺栓长螺栓 航空发动机原理和结构4、工作叶片及其与轮盘的联接工作叶片及其与轮盘的联接 工作叶片是轴流压气机重要零件之

14、一，它直接影响压气机的气动特性、工作可靠性、重量及成本等。32 由于受离心负荷、气动负荷、大气温差负荷及振动的交变负荷；进气道外来物的冲击；风沙、潮湿的侵蚀；所以故障较多。 航空发动机原理和结构4、 工作叶片及其与轮盘的联接工作叶片及其与轮盘的联接 转子叶片转子叶片构造构造：叶身：叶身+榫头榫头工作可靠性要求：工作可靠性要求：叶身本身和其与轮盘的联接有足够的叶身本身和其与轮盘的联接有足够的强度、适宜的刚性和较小的应力集中。强度、适宜的刚性和较小的应力集中。1、叶身的构造特点、叶身的构造特点 （1）要求：）要求：n由适应亚声速和超声速工作的叶片型面，按照一定的由适应亚声速和超声速工作的叶片型面，

15、按照一定的扭向规律及型面重心分布规律，沿着叶高重叠而成；扭向规律及型面重心分布规律，沿着叶高重叠而成；n为减轻重量，叶尖的弦长要比根部的短，厚度比根部为减轻重量，叶尖的弦长要比根部的短，厚度比根部的薄。的薄。 航空发动机原理和结构4.工作叶片及其与轮盘的联接工作叶片及其与轮盘的联接1、叶身的构造特点、叶身的构造特点 （2） 特点特点 A、减震凸台、减震凸台：是指较长叶片为避免发生共振或颤震的：是指较长叶片为避免发生共振或颤震的危险，危险，在叶身中部的凸台。装配好后，凸台连成一环状，在叶身中部的凸台。装配好后，凸台连成一环状，彼此制约，以增加刚性，改变叶片的固有频率，降低叶片彼此制约，以增加刚性

16、，改变叶片的固有频率，降低叶片根部的弯曲扭转应力。根部的弯曲扭转应力。 航空发动机原理和结构1、叶身的构造特点、叶身的构造特点 （2） 特点特点B、宽弦风扇叶片、宽弦风扇叶片（V2500）采用了在真空中用活性扩散粘合剂将钛蒙皮粘合在钛蜂窝采用了在真空中用活性扩散粘合剂将钛蒙皮粘合在钛蜂窝骨架上的特殊结构，减轻了叶片重量。骨架上的特殊结构，减轻了叶片重量。优点：没有增重、减震特性好、叶栅通道面积大、优点：没有增重、减震特性好、叶栅通道面积大、 喘振喘振裕度宽、级效率高等。裕度宽、级效率高等。 航空发动机原理和结构B、宽弦叶片 宽弦叶片将钛蒙皮在真空条件下粘合在蜂窝骨架上，大大改善叶片减振特性。与

17、带减振凸台的窄弦风扇叶片比，具有流道面积大，喘振裕度宽，及效率高和减振性好的优点。36 航空发动机原理和结构1、叶身的构造特点、叶身的构造特点 （2） 特点特点C、可控扩散叶型（亚音速的叶型设计中）、可控扩散叶型（亚音速的叶型设计中）对叶型表面速度分布进行优化，控制表面气流扩散，减少对叶型表面速度分布进行优化，控制表面气流扩散，减少或消除附面层分离、消弱可能出现的激波损失，增加压气或消除附面层分离、消弱可能出现的激波损失，增加压气机有效流通面积，提高压气机效率。机有效流通面积，提高压气机效率。应用：应用：气流为亚声气流为亚声速的叶型。速的叶型。 航空发动机原理和结构1、叶身的构造特点、叶身的构

18、造特点 （2） 特点特点D、端部过弯叶身的叶片、端部过弯叶身的叶片为了减少叶片两端壁附为了减少叶片两端壁附面层所造成的损失，而将叶面层所造成的损失，而将叶身（包括静子叶片）尖端和身（包括静子叶片）尖端和根部前、后缘特别地加以弯根部前、后缘特别地加以弯曲，提高压气机效率。曲，提高压气机效率。 航空发动机原理和结构2、榫头的构造、榫头的构造 （1） 要求要求（2） 分类：分类：燕尾式、销钉式、枞树式3种；最常用的是燕尾式。 航空发动机原理和结构l 优点：优点： 结构简单、抗振性好、榫头尺寸小、重量较轻、结构简单、抗振性好、榫头尺寸小、重量较轻、能承受较大的载荷。能承受较大的载荷。l缺点：槽底的受力

19、面积小，不能承受过大载荷或安装更缺点：槽底的受力面积小，不能承受过大载荷或安装更多叶片。多叶片。2、榫头的构造、榫头的构造 （2） 分类分类 a. 燕尾形榫头燕尾形榫头 航空发动机原理和结构2、榫头的构造、榫头的构造 （2） 分类分类 a. 燕尾形榫头燕尾形榫头安装形式：安装形式：依榫槽的走向不同有两种形式。纵向和周向。依榫槽的走向不同有两种形式。纵向和周向。依靠槽侧面定位、传力。依靠槽侧面定位、传力。榫头和榫槽可以过渡配合、也可以小间隙配合。榫头和榫槽可以过渡配合、也可以小间隙配合。 航空发动机原理和结构2、榫头的构造、榫头的构造 （2） 分类分类 a. 燕尾形榫头燕尾形榫头槽向固定槽向固定

20、：防止在叶防止在叶片气动力和离心力的片气动力和离心力的槽向分力下沿槽向移槽向分力下沿槽向移动，或振动脱落。动，或振动脱落。固定方式：固定方式：通常采用通常采用卡圈、锁片、挡销等卡圈、锁片、挡销等锁紧方式或复合方式。锁紧方式或复合方式。 航空发动机原理和结构2、榫头的构造、榫头的构造 （2） 分类分类 a. 燕尾形榫头燕尾形榫头大流量比涡扇发动机：大流量比涡扇发动机：风扇叶片易受外物击风扇叶片易受外物击伤，为了能及时更换，伤，为了能及时更换，安装安装能单个拆除带冠能单个拆除带冠叶片的锁紧结构叶片的锁紧结构。 航空发动机原理和结构2、榫头的构造、榫头的构造 （2） 分类分类 b. 销钉式榫头销钉式

21、榫头特点：特点：简单，简单，但是承载能但是承载能力有限，尺力有限，尺寸和重量大。寸和重量大。 航空发动机原理和结构2、榫头的构造、榫头的构造 （2） 分类分类 c. 枞树型榫头枞树型榫头特点：特点：周向尺寸周向尺寸小，重量轻，能小，重量轻，能承受较大的载荷，承受较大的载荷，但是多靠榫齿传但是多靠榫齿传力，应力集中严力，应力集中严重，工艺性差。重，工艺性差。 航空发动机原理和结构四、轴流式压气机静子压气机静子为压气机中不旋转的部件，由机匣和静子叶片（整流叶片）组成。46 航空发动机原理和结构47 航空发动机原理和结构48 航空发动机原理和结构1、 整流器机匣整流器机匣1） 对机匣的基本要求对机匣

22、的基本要求 航空发动机原理和结构1、 整流器机匣整流器机匣2） 整流器机匣的方案整流器机匣的方案 整体式整体式 分半式分半式 分段式分段式 转子可拆卸转子可拆卸 转子不可拆卸转子不可拆卸 转子不可拆卸转子不可拆卸 航空发动机原理和结构51 航空发动机原理和结构1、 整流器机匣整流器机匣 2）整流器机匣分类）整流器机匣分类（1）分半式机匣）分半式机匣 n装配简单，容易选择整流器和转子的结构方案装配简单，容易选择整流器和转子的结构方案n结合面的连接、定位和密封结合面的连接、定位和密封安装边和螺栓联接安装边和螺栓联接n工作受热时，机匣刚性不均工作受热时，机匣刚性不均增加纵向加强肋和采增加纵向加强肋和

23、采用横向加强肋用横向加强肋n整流器机匣后段整流器机匣后段双层机匣双层机匣 航空发动机原理和结构1、 整流器机匣整流器机匣 2）整流器机匣分类）整流器机匣分类（1）分半式机匣）分半式机匣 CFM56 CFM56发动机的高压压气机机匣为上下对分结构，前段发动机的高压压气机机匣为上下对分结构，前段为钛合金锻件机械加工；后段为双层机匣，外层机匣作为为钛合金锻件机械加工；后段为双层机匣，外层机匣作为承力件，内层机匣是压气机气流通道外壁。承力件，内层机匣是压气机气流通道外壁。 航空发动机原理和结构 2）整流器机匣的方案）整流器机匣的方案（1）分半式机匣）分半式机匣 CFM56 航空发动机原理和结构1、 整

24、流器机匣整流器机匣 2）整流器机匣的方案）整流器机匣的方案（2）分段式机匣）分段式机匣许多发动机的压气机由许多发动机的压气机由3段组成。如：段组成。如：wp7发动机：由发动机：由前机匣、中机匣、后机匣组成；前机匣、中机匣、后机匣组成；双转子涡扇发动机双转子涡扇发动机：分低压压气机机匣、中间机匣、高：分低压压气机机匣、中间机匣、高压压气机机匣；压压气机机匣；风扇机匣：风扇机匣：风扇包容机匣、风扇整流机匣、风扇承力机风扇包容机匣、风扇整流机匣、风扇承力机匣。匣。 航空发动机原理和结构1、 整流器机匣整流器机匣 2）整流器机匣分类）整流器机匣分类（2）分段式机匣）分段式机匣解决周向刚性不均解决周向刚性不均 航空发动机原理和结构1、 整流器机匣整流器机匣 2）整流器机匣分类）整流器机匣分类（2）分段式机匣）分段式机匣 航空发动机原理和结构1、 整流器机匣整流器机匣2.）整流器机匣的方案）整流器机匣的方案（3）整体式机匣）整体式机匣JT3DJT3D的用处很广，不仅装在民用的波音的用处很广，不仅装在民用的波音707707、DC-8DC-8飞机上，飞机上