发动机直机结构期末复习

航空燃气涡轮发动机结构复习主讲教师:张辉能源与动力工程学院联系方式：2022/9/111北航—飞行学院2022/9/11北航—飞行学院2概述风扇/压气机燃烧室涡轮总体结构其它部件与系统航空燃气涡轮发动机结构

2022/9/11北航—飞行学院3一、概述

、1）燃气涡轮发动机有哪五种？常见哪几种？用途？常见前4种？涡轮喷气发动机Turbojet涡轮螺桨发动机Turboprop涡轮风扇发动机Turbofan涡轮轴发动机Turboshaft涡轮桨扇发动机Profan二、风扇/压气机1）压气机分为哪两类，各自主要特点及应用？离心压气机特点：优点：结构简单，工作可靠，单级增压比高，轴向尺寸小缺点：效率较低，迎风面积大，多级应用困难应用于小型涡轴、涡桨发动机轴流压气机特点：优点：效率高，径向尺寸小，适合于多级组合使用，达到高增压缺点：气动和结构设计复杂，较容易出现喘振，单级增压比低，轴向尺寸大应用于涡喷、涡扇、涡桨、涡轴发动机42022/9/11北航—飞行学院2022/9/11北航—飞行学院5二、风扇/压气机2）压气机转子结构主要形式及特点？鼓式转子结构简单，重量轻，弯曲刚性好转速受到限制，强度较差大流量比发动机增压级多采用。盘式转子盘的强度好重量较大，弯曲刚性差现代发动机压气机中使用较少， 单级涡轮时使用盘鼓混合式强度好刚性好重量较大现代发动机使用较为广泛二、风扇/压气机3）CFM56-3高、低压转子采用的结构形式？一级风扇：盘式转子增压级：鼓式转子高压压气机：盘鼓混合式转子62022/9/11北航—飞行学院二、风扇/压气机4）叶片带冠与带凸肩各自的特点。叶尖带冠提高气动效率降低振动离心载荷大叶身带减振凸肩降低振动离心载荷较大影响气动效率72022/9/11北航—飞行学院二、风扇/压气机5）压气机机匣结构主要结构形式有哪两种？各自特点？分半机匣简单易安装刚性不均（气动效率低）分段整环机匣不易安装刚性好气（气动效率高）82022/9/11北航—飞行学院9/11/202210:47:46AM北京航空航天大学·能源与动力工程学院·航空推进系9二、风扇/压气机6）常用防冰措施有哪些？热空气压气机后级热空气热滑油涡桨、涡轴减速器热滑油进气锥形状锥形优于椭圆形防冰涂层二、风扇/压气机7）大涵道比涡扇防外物打伤的主要手段叶片上加凸台、带冠（早期）小展弦比叶片—宽弦空心叶片（现代）优化进气锥及增压级气路形状加大风扇尾缘与分流环的距离椭圆形进气锥增压级后放气机匣刚性复合材料缠绕复合材料机匣8）小型涡轴发动机防外物打伤的主要手段？防尘网、粒子分离器102022/9/11北航—飞行学院二、风扇/压气机9）喘振原因及常用防喘措施。喘振原因进气畸变，吞烟，进气道堵塞防喘措施放气机构可调进口导向器叶片可调静子叶片进气处理机匣多转子112022/9/11北航—飞行学院9/11/202210:47:46AM北京航空航天大学·能源与动力工程学院·航空推进系12二、风扇/压气机10）简述压气机工作叶片的连接方式？叶片根部榫头与轮盘榫槽相连接轴向燕尾型环形燕尾槽销钉连接锁紧通常采用锁片销钉挡板钢丝卡环2022/9/11北航-飞行学院131）涡轮的主要组成部件：机匣：机匣壳体（及双层机匣结构）、主动间隙控制（气管）导向器组件：静子叶片、内、外环及连接件转子：叶片、盘、轴及连接件四、涡轮四、涡轮2）涡轮叶片常用的冷却方案有哪几种？对流换热气膜冷却冲击冷却组合冷却2022/9/1114北航—飞行学院四、涡轮轴向燕尾型榫头风扇、低压压气机中广泛使用结构简单，加工容易齿圆角大，应力集中不明显周向尺寸大，不适合安装多的叶片单齿承载，可承受离心载荷较小枞树型榫头连接涡轮中广泛使用结构复杂，加工难度较大齿圆角小，应力集中明显周向尺寸小，可安装更多叶片多齿承载，可承受更大的离心载荷2022/9/1115北航—飞行学院3）对比轴向燕尾型榫头与枞树型榫头的优缺点2022/9/11北航—飞行学院16四、涡轮4）涡轮转子轮盘间或盘轴常用的连接方法有哪些？径向销钉连接焊接转子长/短螺栓连接圆弧端齿四、涡轮5）叶片—盘的连接？枞树型榫头锁片销钉挡板无螺栓的槽向锁紧(封严盘)2）轮盘间或盘轴常用的连接方法？径向销钉焊接转子短螺栓端齿盘带短轴通过花键与轴连接2022/9/11北航-飞行学院17四、涡轮6）涡轮叶片伸根的作用？降低叶片对盘的传热冷却空气导入伸根处可安装阻尼结构封严缘板阻尼封严2022/9/1118北航-飞行学院四、涡轮7）防止低压转子断轴安全装置？

2022/9/11北航-飞行学院19切断油路：JT15D，SPEAY利用轴的移动机械制动：利用转子叶片与低压涡轮导向器相碰而刹车JT9D，合理设计轴向间隙2022/9/11北航-飞行学院208）涡轮系统冷却目的？提高涡轮前温度温度场均匀减小热应力减低零件的温度四、涡轮

四、涡轮

9）叶尖间隙控制常用手段合理的装配间隙机匣内增加石墨或蜂窝结构双层或三层机匣主动间隙控制技术（现代高低压涡轮均采用）涡轮机匣中的易磨石墨蜂窝密封简图2022/9/1121北航-飞行学院三、燃烧室1)写出燃烧室的主要组成结构扩压器(diffuser)涡流器(swirler)喷咀(fuelnozzle)火焰筒(liner)点火器(igniterplug)外机匣(outeraircasing)内机匣(inneraircasing)222022/9/11北航—飞行学院三、燃烧室2)燃烧室有哪几种基本类型？单管式环管式全环形3)全环形又有哪几种类型？直流式（现代机多用）短环形分级燃烧室双环腔环形浮壁式折流式（离心压气机用）回流式（离心压气机用）232022/9/11北航—飞行学院2022/9/11北航—飞行学院24三、燃烧室4）涡流器(扰流器)的作用及类型？作用：涡流器使火焰筒头部的气流打旋，构成低速回流区。类型：叶片式非叶片式2022/9/11北航—飞行学院255)燃气涡轮发动机中常用喷油方法有哪几种，各自工作特点？离心喷咀气动喷咀蒸发喷咀甩油盘三、燃烧室2022/9/11北航—飞行学院26离心喷咀喷咀不旋转，燃油高速旋转，结构简单雾化程度与油压有关供油量变化小气动喷咀雾化效果好，油气混合均匀 减少冒烟和积炭不需要很高供油压力启动时，气流速度低，雾化不良三、燃烧室2022/9/11北航—飞行学院27蒸发喷咀燃烧效率较高、不冒烟出口温度场也比较稳定蒸发管本身冷却困难管内预混油气存在自燃问题甩油盘不需要很高供油压力启动时，转速低，雾化不良三、燃烧室9/11/202210:47:46AM北京航空航天大学·能源与动力工程学院·航空推进系28三、燃烧室—加力燃烧室6）加力燃烧室主要功用、应用及主要部件？功用：在达到最大状态后短期增加推力应用：军用涡喷、涡扇发动机主要部件：扩压器、混合器（涡扇）、喷油装置、火焰稳定器、点火装置、尾喷口。2022/9/11北航—飞行学院291）风扇、压气机、燃烧室以及涡轮等承受的轴向力的方向？风扇---前压气机---前燃烧室---前涡轮---后五、发动机总体结构2022/9/11北航—飞行学院30描述支承方案中的两个约定：1、A—B—C：A、B、C分别代表支承点的数目，2个“—”分别代表压气机和涡轮。2、支撑方案：分别描述（由高到低）。如遇中介轴承，且先不计中介轴承，如果高一级转子的剩余轴承可以使该转子平衡，则中介轴承计数到低一级转子，反之计数到高一级转子。五、发动机总体结构五、发动机总体结构1）RB211发动机各转子支承方案及采用轴承形式？HP：1-0-1，5号支点为滚球轴承IP：1-2-0，4号支点为滚球轴承LP：0-2-1，3号支点为滚球轴承2022/9/1131北航—飞行学院32五、发动机总体结构2）请说明4号轴承的特点有哪些？4号支点为中介轴承中介轴承一般为滚棒轴承节省一个承力框架，降低发动机重量轴承的供油、封严、安装困难转子间的动力影响较大2022/9/11北航—飞行学院五、发动机总体结构3）Pw4000发动机高低压转子的支承方案及特点？高压：1-1-0，前支点采用滚球轴承，承受径向力和轴向力，后支点采用滚棒轴承低压：0-2-1332022/9/11北航—飞行学院2022/9/11北航—飞行学院34五、发动机总体结构

4）请说明4号轴承的特点有哪些？4号支点为中介轴承中介轴承一般为滚棒轴承节省一个承力框架，降低发动机重量轴承的供油、封严、安装困难转子间的动力影响较大35五、发动机总体结构5）用途？连接涡轮和压气机转子的组件6）联轴器种类？

柔性

刚性7）联轴器主要传递什么载荷？轴向力扭矩2022/9/11北航—飞行学院2022/9/11北航—飞行学院36五、发动机总体结构

8）现代发动机总体结构设计中，高、低压转子常采用那些支承方案？1-1-01-0-1高压转子1-1-10-2-1低压转子2022/9/11北航—飞行学院37五、发动机总体结构9）发动机柱轴承类型？能承受什么力？滚珠和滚棒轴承；滚珠可承受轴向和径向力，棍棒轴承可承受径向力。10）一个支点珠棒轴承并用的目的？

提高支点轴承寿命，滚珠尽可能多的承受轴向力，滚棒承受径向力。2022/9/11北航—飞行学院3811）轴承腔封油的密封结构有哪几种？哪种封严效果好，封严效果好的缺点是什么？涨圈、篦齿、螺旋、刷式、石墨；石墨封严效果好，比其他非接触封严易磨损。12）轴承腔滑油起什么作用？

冷却、润滑。五、发动机总体结构五、发动机总体结构13）发动机转子的轴向力如何传递给飞机？转子轴向力通过滚球轴承传递到静子件通过承力系统将负荷传到外机匣外机匣通过主安装节传递到飞机上392022/9/11北航—飞行学院9/11/202210:47:46AM北京航空航天大学·能源与动力工程学院·航空推进系40五、发动机总体结构14）下列载荷中，那些是发动机内力？气动力矩（扭矩）离心载荷带来的惯性力涡轮局部热应力发动机重量机动飞行时的惯性力矩六、其它部件与系统滑油系统启动系统反推力装置排气消音412022/9/11421滑油系统1）现代滑油系统有哪几个子系统组成？早期滑油系统:增压、回油、通气惩指示2）滑油系统有哪些基本组成部件？

油箱、增压泵、限压活门、油滤、安全活门、回油泵、磁性堵头、散热器及温度、压力等指示器2022/9/11北航—飞行学院43

3)润滑系统的作用？润滑：减小摩檫力，减小磨檫损失；冷却：降低温度，带走热量；清洁：带走磨损的微小颗粒；防腐：防止零件氧化和腐蚀；其他用途：加热燃油、防冰、液压机构的工作介质；变距、测扭等。1滑油系统2.启动系统441）启动系统的作用？使发动机从静止状态过渡到慢车稳定状态启动时先启动哪个转子？为什么？高压转子（核心机转子）2.启动系统电启动机（军用—高或低压供电还可发电独立快捷重量轻）燃气涡轮启动机（某些喷气机用—独立经济重量轻）空气涡轮启动机（多为民用—重量轻简单经济）火药启动机（军用—快捷独立无烟火药体加大）452）有哪4种启动机？应用？2.启动系统

2)现代民航旅客机一般采用哪种启动机？特点？46空气涡轮启动机利用地面气源、机载储气瓶飞机辅助动力装置等来吹动涡轮转子，通过减速器带动发动机转子结构简单，使用方便需要外来气源，不能独立启动发动机广泛应用于民航旅客机2022/9/11北航—飞行学院3、反推力装置1）反推力目的？减少飞机降落时滑跑距离2）反推力方法？那些为军机所用？轮机制动减速减速伞减速着陆阻拦钩减速飞机减速板控制减速发动机反推力减速2022/9/11北航-航空燃气涡轮发动机结构472022/9/11北航—飞行学院483）用发动机产生反推力的装置有几种？内涵道反推力3.1折流板反推力器（戽或抓斗形、贝壳形）外涵道反推力3.2隔栅反推力器3.3折流门反推力器3、反推力装置2022/9/11北航—飞行学院49反推力装置——四种形式折流门内涵道反推力外涵道反推力503、反推力装置

4）现代民航旅客机一般采用发动机反推力装置？折流栅反推力器（冷气）折流门反推力器（冷气）2022/9/11北航—飞行学院2022/9/11北航—飞行学院515）发动机产生反推力的方法？反推力大小与什么有关？将涡轮后的燃气（全部或部分）则转向斜前方排气而产生反推力。反推力大小与这转的燃气流量、排气速度、折转角和飞行速度有关。3、反推力装置2022/9/11北航—飞行学院52戽或抓斗形贝壳形格栅折流门应用小涵道比早期小涵道比早期大涵道比涡扇发动机，波音大涵道比涡扇发动机，空客优点轻，反推力大反推力大缺点重热腐蚀小涵道比早期结构复杂，密封问题影响发动机性能密封问题影响发动机性能反推力小小可达最大推力的60%-70%可达最大推力的40%反推力装置——四种形式4、排气消音1）常用的消音方法：混合排气，降低排气速度发动机进出口安装吸音材料优化风扇转、静子间的距离掠形风扇叶片改变振动频率2022/9/11北航-航空燃气涡轮发动机结构531、降低喷气速度

降低排气强度——降低噪音2022/9/11北航-航空燃气涡轮发动机结构542022/9/11北航—飞行学院554、排气消音混合排气，降低排气速度发动机进出口安装吸音材料加大风扇转、静子间的距离掠形风扇叶片改变振动频率1)发动机进出口安装吸音材料2022/9/11北航—飞行学院56消音

利用吸音材料将声能转变成热能，是一种非常有效的降低噪声的技术。对于风扇发动机消音部位有：进气整流罩内壁面、风扇机匣内壁面、尾喷管内壁面。防冰4）常用防冰措施有哪些？热空气引压气机后级热空气到近期整流锥热滑油涡桨、涡轴减速器热滑油进气锥形状锥形优于椭圆形复合材料（不易结冰）表面涂防层电572022/9/11北航—飞行学院2022/9/11北航—飞行学院58涡轴发动机的组成及各部件的功用？涡轮轴发动机的进气道采用什么结构型式才能避免把砂尘吸入压气机内？为什么中小型涡轮轴发动机往往采用离心式压气机？小型涡轮轴发动机的燃烧室如何解决下面二个问题：①如燃油流量小，使得喷嘴数量减小燃油分布不均匀；使喷嘴孔径太小，易于堵塞；使喷嘴油压太低，雾化不好。②如空气流量小，整个发动机结构短小，但是考虑到燃料的完全燃烧，燃料在燃烧室中必须有一定的停留时间，所以燃烧室的长度就不能成比例地缩短。在小型涡轴发动机中燃烧室的长度相对太长，使发动机整体结构的刚性变差。涡轴发动机2022/9/11北航—飞行学院59指出下图—1-14部件名称

进气整流锥轴流压气机、离心压气机、燃烧室、燃机涡轮、动力涡轮、减速器、功率轴进气整流锥，轴流压气机、机匣，离心压气机、燃烧室、火焰筒、涡轮机匣，燃机涡轮、动力涡轮、减速器、功率轴，保护套，输出连接。2022/9/11北航—飞行学院60燃油系统的功用？燃油