第2章 典型发动机介绍和受力分析

1、编辑编辑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 发动机的受力分析编辑编辑ppt2.12.1发动机的性能和设计参数发动机的性能和设计参数性能参数性能参数 ： 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 编辑编辑ppt2.12.1发动机的性能和设计参数发动机的性能和设计参数性能参数性能参数 ： 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

2、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）)(12ccqFmmq2c1c编辑编辑ppt2.12.1发动机的性能和设计参数发动机的性能和设计参数性能参数性能参数 ： 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

3、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。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编辑编辑ppt2.12.1发动机的性能和设计参数发动机的性能和设计参数设计参数设计参数 ： 4.4.增压比增压比 kn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

4、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，降低耗油率耗油率编辑编辑ppt2.12.1发动机的性能和设计参数发动机的性能和设计参数设计参数设计参数 ： 6.6.涵道比涵道比n涡扇发动机外涵道和内涵

5、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 4 4 大涵道比大涵道比11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编辑编辑ppt2.22.2典型发动机介绍典型发动机介绍涡轮喷气发动机（涡轮喷气发动机（WP）涡轮风扇发动机（涡轮风扇发动机（WS）涡轮螺桨发动机（涡轮螺桨发动机（WJ）涡轮轴发动机涡轮轴发动机 （WZ）垂直垂直/短距起落发动机（

6、短距起落发动机（VTOL/STOL)桨扇发动机桨扇发动机 （JS）其它类型发动机其它类型发动机编辑编辑ppt编辑编辑ppt编辑编辑ppt编辑编辑ppt编辑编辑ppt编辑编辑ppt2.22.2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）编辑编辑ppt2.22.2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（

7、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

8、轮前燃气温度气温度900900C C。编辑编辑ppt2.22.2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8编辑编辑ppt2.22.2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

9、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，涡轮起动机编辑编辑ppt2.22.2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）编辑编辑ppt2.22.2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

10、（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编辑编辑ppt编辑编辑ppt2.22.2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

11、 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0.620.62编辑编辑ppt2.22.2典型发动机介绍典型发动机介绍2.2.2 涡轮风扇发动

12、机（涡轮风扇发动机（WS）2. 编辑编辑ppt2.22.2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.编辑编辑ppt2.22.2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.编辑编辑ppt2.22.2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，

13、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 编辑编辑ppt2.22.2典型发动机介绍典型发动

14、机介绍2.2.2 涡轮风扇发动机（涡轮风扇发动机（WS）3. CFM56 编辑编辑ppt2.22.2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 编辑编辑ppt2.22.2典型发动机介绍

15、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 编辑编辑ppt编辑编辑ppt2.22.2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 编辑编辑pp

16、t2.22.2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 编辑编辑ppt2.22.2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单元体设计单元体设计整体叶盘或叶环结构整体叶盘或叶环结构复合材料：金属基复合材料复合材料：金属基复合材料 非金属基复合材料非金属基复合材料对转发动机对转发动机高效低污染燃烧室高效低污染燃烧室粉末冶金粉末冶金单晶、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包容性设计包容性设计编辑编辑ppt编辑编辑ppt编辑编辑p

17、pt编辑编辑ppt编辑编辑ppt编辑编辑ppt2.32.3 航空航空发动机的受力分析发动机的受力分析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

18、性力矩惯性力与惯性力矩编辑编辑ppt2.32.3 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，因此在分析组合件或零件上的气体力时，必须全面考虑，件或零件上的气体力时，必须全面考虑，分别计算出在组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。合件或零件的各个表面上的气体力，再求出总的气体力。编辑编辑ppt2.32.3 航空航空发动机的受力分析发动机的受力分析2.3.1 气

19、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c1编辑编辑ppt4.34.3 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：

20、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以推力方向（向前）方向为正以推力方向（向前）方向为正001101)(ApApccmF)()(000111ApmcApmc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编辑编辑ppt2.3.1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,扩散通道上的作用力向前扩散通道上的作用力向前收敛通道上的作用力向后收敛通道上的作用力向后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0FFF进)(4202100DDpFa编辑编辑ppt2.3.1 气体