发动机结构总结

1、主主 讲：洪讲：洪 杰杰 教授教授第一讲第一讲 高涵道比发动机发展高涵道比发动机发展3第一讲第一讲 高涵道比发动机发展高涵道比发动机发展v 发展背景发展背景v 发展特点发展特点v 发展途径发展途径GEnx主要内容主要内容第一代大型运输机第一代大型运输机/民用客机民用客机所采用的动力装置所采用的动力装置是是5新一代新一代宽体客机宽体客机要求要求所采用的动力装置所采用的动力装置是高涵道比是高涵道比涡扇动机涡扇动机6第一代商用涡扇发动机第一代商用涡扇发动机低涵道比（低涵道比（1950年）年）7第二代商用涡扇发动机第二代商用涡扇发动机中涵道比（中涵道比（1960-1969年）年）8第三代商用涡扇发动机

2、第三代商用涡扇发动机高涵道比高涵道比（1970-1980年）年）9第四代商用涡扇发动机第四代商用涡扇发动机高可靠性、高性能（高可靠性、高性能（1990年）年）10未来商用涡扇发动机未来商用涡扇发动机PW800011基本概念基本概念结构设计结构设计内涵内涵v结构设计结构设计 （Structure design）vMachine design （机械设计）（机械设计）vStructure Analysis（结构分析）（结构分析）最终目的是实现发动机结构的完整性最终目的是实现发动机结构的完整性Integrality12第二讲第二讲 总体结构设计总体结构设计2.0 研究内容研究内容2.1 支承方案支承

3、方案2.2 承力框架承力框架2.3 轴系刚度轴系刚度2.4 支承结构与轴承支承结构与轴承2.5 间隙控制间隙控制131）典型总体支承方案）典型总体支承方案PW公司公司普惠（普惠（PW）公司发动机支承方案特点）公司发动机支承方案特点v高压转子采用高压转子采用 1-1-0v转子短转子短v刚性好刚性好v效率高效率高 v低压转子后支点放置涡轮后（低压转子后支点放置涡轮后（021）v转子跨度大转子跨度大v动力特性差动力特性差2号轴承，提高轴的刚性号轴承，提高轴的刚性4号轴承放在高压涡轮前号轴承放在高压涡轮前142）典型总体支承方案）典型总体支承方案GE公司公司中介轴承的使用（中介轴承的使用（GE公司）公

4、司）v中介轴承一般为滚棒轴承中介轴承一般为滚棒轴承 。v减小转子长度。减小转子长度。v节省一个承力框架，降低发动机重量。节省一个承力框架，降低发动机重量。v轴承的供油、封严、安装困难。轴承的供油、封严、安装困难。v转子间的动力影响较大。转子间的动力影响较大。采用中介轴承与否要从发动机整机结构考虑采用中介轴承与否要从发动机整机结构考虑152.2 高涵道比发动机承力系统高涵道比发动机承力系统v 承力系统分类承力系统分类v 风扇承力框架风扇承力框架v 压气机后承力框架压气机后承力框架v 涡轮级间承力框架涡轮级间承力框架v 涡轮后承力框架涡轮后承力框架162.3 轴系刚度问题轴系刚度问题主要内容主要内

5、容v基本要求基本要求v高压转子轴高压转子轴v低压转子轴低压转子轴171）轴系刚性问题）轴系刚性问题基本要求基本要求高压转子刚度要求高压转子刚度要求v轴系具有轴系具有高的弯曲刚度高的弯曲刚度v刚度刚度/质量轴向分布应尽量接近质量轴向分布应尽量接近等截面梁等截面梁v轴系在工作转速范围内轴系在工作转速范围内无弯曲临界转速无弯曲临界转速低压转子刚度要求低压转子刚度要求v风扇和低压涡轮部件应具有风扇和低压涡轮部件应具有较高的局部较高的局部刚性刚性v应尽量减小风扇和涡轮处的变形应尽量减小风扇和涡轮处的变形v扰度和倾角扰度和倾角2.4 支承结构与轴承支承结构与轴承弹支与阻尼器弹支与阻尼器轴承与冷却润滑轴承与

6、冷却润滑封严结构封严结构192.4 支承结构与轴承支承结构与轴承弹支与阻尼器弹支与阻尼器 弹性支座弹性支座作用作用: 降低转子支承刚性降低转子支承刚性使工作转速低于弯曲临界转速使工作转速低于弯曲临界转速形式形式: 折返式、鼠笼式、弹性环折返式、鼠笼式、弹性环 油膜阻尼器油膜阻尼器在在限幅环限幅环中充以滑油，形成中充以滑油，形成挤压油膜阻尼器挤压油膜阻尼器202.4 支承结构与轴承支承结构与轴承弹支与阻尼器弹支与阻尼器折返式弹性支承折返式弹性支承鼠笼式弹性支承鼠笼式弹性支承212.4 支承结构与轴承支承结构与轴承弹支与阻尼器弹支与阻尼器222.4 支承结构与轴承支承结构与轴承弹支与阻尼器弹支与阻

7、尼器CFM56-7v折返式弹性支承折返式弹性支承v带限位环带限位环v滚珠、滚棒并用滚珠、滚棒并用2.5 间隙设计问题间隙设计问题主要影响因素主要影响因素结构设计要求结构设计要求典型设计方案典型设计方案24第三讲第三讲 高涵道比涡扇发动机结构高涵道比涡扇发动机结构动力学分析动力学分析主要内容主要内容3.1 结构振动抑制问题结构振动抑制问题3.2 风扇机匣降噪与包容问题风扇机匣降噪与包容问题3.3 安装节设计问题安装节设计问题 3.4 防止低压轴断裂问题防止低压轴断裂问题一、结构振动抑制问题一、结构振动抑制问题1.1 风扇风扇/压气机叶片振动抑制压气机叶片振动抑制1.2 涡轮叶片振动抑制涡轮叶片振

8、动抑制1.3 薄壁件的结构设计薄壁件的结构设计1.4 颗粒阻尼颗粒阻尼干摩擦阻尼片干摩擦阻尼片二、风扇机匣降噪与包容问题二、风扇机匣降噪与包容问题三、安装节设计问题三、安装节设计问题安装节发动机与飞机连接点，安装节发动机与飞机连接点， 并将发动机的负荷传到飞机并将发动机的负荷传到飞机v结构分析结构分析v力学分析力学分析v试验验证试验验证四、防止低压轴断裂问题四、防止低压轴断裂问题RB211风扇轴断裂严重故障风扇轴断裂严重故障图图-154低压涡轮非包容破裂低压涡轮非包容破裂防止低压轴断裂的结构措施防止低压轴断裂的结构措施主讲人：洪主讲人：洪 杰杰 教授教授31主要内容主要内容第一讲第一讲 高推重

9、比发动机概述高推重比发动机概述v发展特点发展特点v发展历程发展历程v发展途径发展途径32主要内容主要内容第二讲第二讲 总体结构设计总体结构设计2.1 总体结构设计内容总体结构设计内容2.2 典型总体支承方案典型总体支承方案2.3 承力框架设计承力框架设计2.4 中央传动齿轮设计中央传动齿轮设计2.5 俄发动机结构分析俄发动机结构分析33军用涡扇发动机军用涡扇发动机AL-31F低压联轴器结构低压联轴器结构34军用涡扇发动机军用涡扇发动机RD-33核心机核心机v 高压转子转子连接形式有何特点？高压转子转子连接形式有何特点？v 试分析在高低压涡轮结构设计中有何特点。试分析在高低压涡轮结构设计中有何特

10、点。 35F110-GE-129EFE核心机核心机v 高压转子转子连接形式有何特点？高压转子转子连接形式有何特点？v 试分析在高低压涡轮结构设计中有何特点。试分析在高低压涡轮结构设计中有何特点。 36承力框架设计承力框架设计承力框架承力框架v进气机匣进气机匣v中介机匣中介机匣v扩压器机匣扩压器机匣v涡轮机匣涡轮机匣一、轴系刚性问题一、轴系刚性问题二、连接结构问题二、连接结构问题三、临界转速问题三、临界转速问题四、动力响应问题四、动力响应问题38轴系刚性问题轴系刚性问题 对高低压转子弯曲刚度分布的要求？对高低压转子弯曲刚度分布的要求？ 如何保证轴的弯曲刚度合理分布？如何保证轴的弯曲刚度合理分布？

11、 39PW4000高压涡轮转子高压涡轮转子工字形连接鼓筒工字形连接鼓筒增加盘间刚性增加盘间刚性轴承前置可减少轴承前置可减少涡轮盘的角位移涡轮盘的角位移1、高压转子刚度、高压转子刚度PW二、总体结构设计中二、总体结构设计中 连接结构问题连接结构问题41连接结构问题连接结构问题1）连接结构的刚度含义）连接结构的刚度含义v 在静载荷作用下的变形（即在静载荷作用下的变形（即静刚度静刚度）v 在动载荷作用下的变形（即在动载荷作用下的变形（即动刚度动刚度）42连接结构问题连接结构问题2）连接结构对转子振动响应影响）连接结构对转子振动响应影响v 接触面接触面接触应力会产生损伤接触应力会产生损伤v 产生的产生

12、的附加不平衡量附加不平衡量v 严重时改变严重时改变连接刚度、定心连接刚度、定心离心载荷离心载荷温度载荷温度载荷气动载荷气动载荷机动载荷机动载荷连接结构连接结构接触面间接触面间微动磨损微动磨损不平衡量不平衡量附加附加不平衡量不平衡量产生产生大振动大振动稳态响应稳态响应分析分析振动敏感振动敏感度分析度分析43连接结构问题连接结构问题3）连接结构设计的基本要求）连接结构设计的基本要求 连接结构的稳定性连接结构的稳定性v连接结构同心度的稳定性连接结构同心度的稳定性机械机械v连接结构连接刚度的稳定性连接结构连接刚度的稳定性力学力学v连接状态的稳定性连接状态的稳定性失效失效v接触应力的变化控制在安全范围接

13、触应力的变化控制在安全范围第三讲第三讲航空发动机航空发动机结构故障结构故障分析分析洪洪 杰杰 教授教授45故障分析程序故障分析程序1 收集残骸收集残骸2 孤立故障源，分清肇事者、被害者孤立故障源，分清肇事者、被害者3 分析失效形式，判断损伤机理分析失效形式，判断损伤机理v进行断口分析，判断性质进行断口分析，判断性质v通过模拟试验、计算、分析、资料等确定通过模拟试验、计算、分析、资料等确定4 材质、工艺分析材质、工艺分析5 强度校核强度校核v计算分析损坏件的应力状态计算分析损坏件的应力状态46故障分析程序故障分析程序6 使用中发动机的情况调查使用中发动机的情况调查v了解损坏件在工作中的真实工况，

14、是否具有了解损坏件在工作中的真实工况，是否具有普遍性，对重大事故应进行普查普遍性，对重大事故应进行普查7 进行结构分析进行结构分析v结构分析的重点是在综合各方面的信息结构分析的重点是在综合各方面的信息8 进行故障再现试验进行故障再现试验9 总结并提出改进措施总结并提出改进措施47钛火钛火机理机理v两个钛制零件相互高速摩擦时，会产生大量摩擦热。两个钛制零件相互高速摩擦时，会产生大量摩擦热。碰摩产生的火花，引起钛合金燃烧碰摩产生的火花，引起钛合金燃烧v钛合金着火后，在氧的作用下迅速燃烧钛合金着火后，在氧的作用下迅速燃烧v钛合金是否易于着火，与流过它周围空气的参数有关钛合金是否易于着火，与流过它周围空气的参数有关原因原因v钛叶片折断钛叶片折断v轮盘破裂轮盘破裂v轴承损坏轴承损坏v结构设计不当导致长时间工作后零件变形结构设计不当导致长时间工作后零件变形v装配不当使静子、转子间相互摩擦装配不当使静子、转子间相互摩擦48钛火钛火措施措施v钛机匣改为钢机匣钛机匣改为钢机