燃气涡轮发动机部件

进气道的功用和基本要求进气道：

发动机进口至发动机压气机进口的一段管道进气道的功用：尽可能多的恢复自由气体的总压并输送该压力到压气机，这就是冲压恢复或压力恢复。提供均匀的气流到压气机使压气机有效地工作。进气道的分类：亚音速进气道

主要用于民用航空发动机，而且为单状态飞机大多采用扩张、几何不可调的亚音速进气道超音速进气道可以分为内压式、外压式和混合式三种。进气道的基本要求（１）捕获流量，总压损失小；（２）出口流场均匀；（３）工作稳定，不发生喘振；（４）阻力（压差阻力、摩擦阻力）小。（５）结构简单、重量轻、设计和调节简单。亚音速进气道，由前整流锥和壳体组成进气道流动模型流量系数进气道远前方截面的面积与进气道唇口处的面积的比值为流量系数。

进气道流量系数的变化规律当V=0，M0=0时，当M01

＞M0时，当M01

＝M0时，当M01

＜M0时，高速或低的质量流量低速或高的质量流量进气道内气流变化规律前一段气流参数的变化规律是:速度下降,压力和温度升高,也就是空气受到压缩,由于空气本身速度降低而受到的压缩叫做冲压压缩;整流锥后气流速度稍有上升,压力和温度稍有下降,这样可以使气流比较均匀地流入压气机保证压气机的正常工作进气道内所进行的能量转换是动能转变为压力位能和热能离心式压气机的工作原理空气在导流器中的流动单面进气的离心式压气机叶轮的进口直接与进气道的出口相接双面进气离心式压气机的进气装置一般由预旋片和分气盆构成预旋片的作用在于造成工作轮进口有一定规律的气流切向速度分布分气盆的作用则在于将经过预旋片的空气分为数层,以便将空气较均匀地充满工作轮叶片的进口进气装置中的流道做成略有收敛,使空气经过它后,速度略有增大，以减少流动损失双面离心式压气机进气装置空气在工作叶轮中的流动工作叶轮的直径符号标注如图(a)所示。如果用某直径D的圆柱面去截取工作叶轮,并展为平面,即得如图(b)所示的图形。工作叶轮前的速度三角形和导风轮扭转的作用气流在扩压器中的流动情况：缝隙扩压器叶片扩压器气流在集气管中的流动情况空气从叶片式扩压器流出之后,流入集气管集气管与燃烧室相连,它的作用除了把空气导入燃烧室之外,还使气流速度继续降低,进一步提高压力。为了缩小径向尺寸,常把扩压器和集气管统一在一起,气流在拐弯中一边扩压,一边转为轴向。

离心式压气机的组成进气系统：使气流以一定的方向进入叶轮，以减小流动损失。叶轮：叶轮是高速旋转的部件，对空气作功，提高空气的压力。

扩压器：位于叶轮的出口处，其通道是扩张形的，空气在流过它时，速度下降，压力和温度上升。

集气管：使气流变为轴向，将空气引入燃烧室。

离心式压气机叶轮：高速旋转的部件；其叶片间的通道是扩张的；空气流过它时，对空气做功，加速空气的流速，同时提高空气的压力。从结构上叶轮分单面叶轮和双面叶轮两种。两面进气，可以增大进气量，对于平衡作用在轴承上的轴向力也有好处。单面叶轮双面叶轮增压原理

离心增压原理：气体流过叶轮时，由于气体随叶轮一起作圆周运动，气体微团受惯性离心力的作用，圆周速度越大，气体微团所受的离心力也越大，因此，叶轮外径处的压力远比内径处压力高。减速增压原理：空气离开叶轮后进入扩压器，通道是扩张形的，空气流过时，速度下降，压力提高。分类：多个单管燃烧室环管形燃烧室环形燃烧室多个单管燃烧室组成：燃烧室头部，外套，联焰管，火焰筒，喷嘴优点：设计简单，维护、检查和更换比较方便缺点：环行截面积利用率低，总压损失大，起动性能差，重量大。环管形燃烧室优点：迎风面积小；出口燃气温度、压力比较均匀；安排合理，容易翻修和试验，环形系统紧凑。缺点：重量大，高空起动性能差。应用：用于轴流式压气机的发动机上环形燃烧室由四个同心圆筒组成最内、最外的两个圆筒为燃烧室的内、外壳体中间两个圆筒为火焰筒在火焰筒的头部装有一圈旋流器和喷油嘴优点：迎风面积小，重量轻，起动性能好，出口燃气压力、温度分布均匀。缺点：不易更换和检查，试验时需要大量的空气。应用：广泛用于新型发动机。燃烧室的主要要求点火可靠燃烧稳定燃烧完全燃烧室出口温度场符合要求压力损失小尺寸小、重量轻排气污染少稳定燃烧的条件燃烧时的气流速度等于火焰的传播速度

为了稳定燃烧，所以必须设法：降低空气的流速提高火焰的传播速度以保证能达到稳定燃烧的条件。扩压器：将气流速度从100m/s降到40m/s旋流器：旋流器是由若干旋流片按一定角度沿周向排列成的。当空气流过旋流器时,由轴向运动变成旋转运动,气流被惯性离心力甩向四周,使燃烧室中心部分空气稀薄,形成一个低压区,于是火焰筒四周的空气及后部一部分高温燃气便向火焰筒中心的低压区倒流,形成回流,在燃烧室中,有回流的地方叫做回流区。主气流和回流区之间轴向气流速度为零的边界称为回流边界。在主气流靠近回流边界的地方气流流速较低，可以形成稳定的点火源。为稳定燃烧提供了条件。旋流器降低气流轴向速度形成低压区二、提高火焰传播速度分股进气促使燃料迅速汽化组成余气系数合适的混合气

推油门时，点火源在离原O–T线较远的地方形成如果余气系数变化过大，将会熄火。机匣扩压器火焰筒喷油嘴:雾化点火装置涡流器:回流区联焰管:传焰,均压机匣形成二股气流的通道；承力。扩压器将减速，便于燃烧稳定；空气分流成一股气流和二股气流。增压

火焰筒：燃烧在其内进行，包括火焰筒筒体和旋流器涡流器的作用：形成回流区，保证稳定燃烧火焰筒筒体的作用和工作环境点火器：启动点火直接点火器间接点火器喷嘴：将燃油雾化，加速燃油与空气的掺混（1）离心喷嘴单油路喷嘴、双油路喷嘴优点：工作可靠，结构坚固，易于调试缺点：供油压力高，存在富油区，有污染（2）气动喷嘴优点：混合均匀，避免富油区，供油压力小，工作范围宽。缺点：起动时雾化不良（3）蒸发管式喷嘴压气机的功用：对流过它的空气进行压缩，提高空气压力。供给发动机工作时所需要的压缩空气，也可以为座舱增压、涡轮散热和其他发动机的起动提供压缩空气。分类:离心式，轴流式和混合式压气机分类离心式压气机空气在工作叶轮内沿远离叶轮旋转中心的方向流动轴流式压气机空气在工作叶轮内基本沿发动机的轴线方向流动混合式压气机轴流-离心，用于中小功率涡桨和涡轴发动机主要特点：离心式

优点：具有结构简单、工作可靠、稳定工作范围较宽、单级增压比高；缺点：迎风面积大，难以获得更高的总增压比。应用于教练机，靶机等的小型动力装置。

轴流式

具有增压比高，效率高，单位面积空气质量流量大，迎风面积小等优点，在相同的外廓尺寸下可获得更大的推力。

混合式

在中小型发动机上，轴流式和离心式组成混合压气机，发挥了离心压气机单级增压比高的优点，避免了轴流式压气机叶片高度很小时损失增大的特点。

轴流式压气机的组成压气机静子转子整流器机匣外环叶片内环轴向分段径向对开轮盘叶片鼓式盘式鼓盘式不可拆卸式可拆卸式：长螺栓短螺栓盘-轴，盘-盘连接整体式焊接销钉紧配合榫头叶身：扭转的销钉式燕尾型枞树型

转子对空气作功，压缩空气，提高空气的压力由工作叶轮构成

静子

使空气扩压,继续提高空气的压力由整流器(整流环)构成轴流式压气机的1个级=1排工作叶片+1排整流器叶片工作叶轮与整流环交错排列就形成了多级轴流式压气机。为了保证压气机工作稳定，在第一级工作叶轮前还有一排不动的叶片叫进气导向器。其功用是引导气流的流动方向，产生预旋，使气流以合适的方向流入第一级工作叶轮。基本部件及其作用：进气导向器转子：对空气作功，压缩空气，提高压力静子：使空气扩压，继续提高空气的压力轴流式压气机的增压原理叶轮和整流器流动通道都是扩张形的空气在轴流式压气机内的流动时参数变化规律

在第一级叶轮前的进口导向器内的流动：通道略有收缩，因此速度略有上升;压力略有下降,产生预旋,

总温不变,

总压下降。

转子叶轮(动叶片)内的流动：相对速度下降;压力和温度上升。同时总温和总压均上升。

整流环(静叶片)内的流动：绝对速度下降;压力和温度上升;气流方向改变;为下一级动叶片进口提供合适的气流方向。总温不变,总压下降。

最后一级整流环内的流动：绝对速度下降;压力增大;温度上升;使气流流动方向变为轴向，以较小的流动损失流向燃烧室。还可以看出，气流流过轴流式压气机的一个级(一级动叶＋一级静叶)，因为气流绝对速度几乎没有什么改变，所以，能量转换关系为：压气机对气流作的功转变为气流焓的增加基元级增压原理不论是工作叶轮还是整流器，流过压气机的空气压力的提高都是高速旋转的叶片对空气作功的结果。转子的基本型式鼓式转子的主要载荷（叶片和鼓筒的离心力，弯矩和扭矩）由鼓筒承受和传递。受力：叶片和鼓筒的离心力和弯矩，扭矩全部由鼓筒承受。优点：抗弯刚性好，结构简单，零件数量少，成本低。缺点：承受离心力较差，强度差。

CFM56风扇增压级转子

1-风扇盘，2-精密螺栓，3-鼓筒，4-封严环，5-工作叶片斯贝MK511低压压气机转子

1-螺母，2-转子前轴承，3-封严环，4-鼓筒前段，5-销钉，6-衬套，7-工作叶片，8-平衡用凸环，9-级间封严篦齿，10-鼓筒后段，11-封严环，12-转子后轴承，13-衬套，14-锁圈，15-螺母，16-锁片，17-垫圈，18-精密螺栓盘式转子由一根轴和若干个轮盘组成。受力：叶片和轮盘的离心力由轮盘承受，抗弯刚性由轴保证。优点：承受离心力能力强，强度好。缺点：抗弯刚性差（加强盘式转子，增加轴的刚度），盘轴结构易振动。

图：加强盘式转子-斯贝发动机的高压压气机转子鼓盘式转子由若干个轮盘，鼓筒和前、后半轴组成。受力：离心力由轮盘和鼓筒共同承受，扭矩经鼓筒逐级传给轮盘和转子叶片特点：兼有鼓式和盘式的优点，“取长补短”该结构在发动机上应用最广

涡轮部件的冷却涡轮叶片的冷却：提高涡轮前燃气温度是提高燃气涡轮发动机性能的有效措施。然而提高涡轮前燃气温度受到涡轮部件结构强度的限制,为了解决这个问题,必需对涡轮叶片采取冷却。涡轮叶片的冷却一般只有第一级涡轮叶片或第一、第二级涡轮叶片需要冷却。涡轮叶片的冷却：冷却涡轮叶片的冷空气是从压气机出口处通过管道引来,冷却后的空气随燃气一起流过涡轮。因此,需要进行冷却的叶片是空心的。在这里冷却的方法有:导热，对流冷却,冲击冷却,气膜冷却等。带冷却的涡轮工作叶片对流冷却(对流换热)冲击冷却气膜冷却（最广泛）发散式冷却涡轮盘的冷却：采用冷却气流通过榫头联接处的间隙，冷却榫头。涡轮的组成静子—导向器及机匣；转子—由工作叶轮组成；涡轮转子rotors零件组成：

涡轮叶片blades受力：离心力，气动力矩，热应力

涡轮盘disk受力：自身的和叶片的离心力，热应力

涡轮轴shaft

连接件connectingCFM56-3发动机的高压涡轮转子二、静子结构组成：涡轮机匣，导向器（包括外环、叶片、内环）及涡轮支承与传力系统涡轮静子结构的要求减小涡轮叶尖径向间隙，提高涡轮效率，但又要保证转子、静子不碰坏；机匣有足够刚度，但重量要轻；转子和静子能保持好的同心度；冷却效果好；妥善解决转子和静子之间的封气问题涡轮间隙：涡轮机匣与工作叶片叶尖之间的距离叫涡轮径向间隙。涡轮间隙对涡轮效率有很大的影响,据估算,涡轮间隙若增加1毫米,涡轮效率下降2.5％,这将使发动机耗油率增加2.5％,所以为了减少损失,提高效率,应尽可能减小径向间隙。为了减少损失、提高效率、应尽可能减小径向间隙。控制涡轮间隙的方法是控制涡轮机匣的膨胀量，使涡轮间隙保持为最佳值。涡轮冷却：

分类;被动式冷却和主动式冷却。被动式冷却分为：外部冷却式和内部冷却式。外部冷却式机匣：利用飞行中外界大气的速度头通过进口流入空气收集器内,并经过内壁上沿周向均匀分布的许多孔去冷却涡轮外环,然后再冷却尾喷管并排入大气。优缺点：构造简单,加工方便,重量较轻,但冷却效果较差。内部冷却式机匣:靠从压气机出口引入空气到涡轮机匣外套内，控制机匣的膨胀量。

优点：涡轮机匣膨胀少，涡轮径向间隙大小稳定，热应力较小。主动式冷却：根据发动机的工作状态，人为控制机匣的膨胀量，以保证涡轮径向间隙最小。通常是在涡轮机匣外面加上数圈冷气管。按预定调节规律改变冷却空气的供应量。喷气发动机的分类发动机：将燃油燃烧释放出的热能转换为机械能的装置喷气发动机：把燃料的化学能转化为发动机高速喷出燃气的动能，从而获得反作用力，推进飞行器飞行的发动机。（一）火箭发动机特点：自己携带燃料和氧化剂，靠燃烧压缩工质。分类:固体燃料、液体燃料、混合燃料（二）空气喷气发动机空气喷气发动机：利用空气中的氧气与燃料进行混合燃烧，作为工质的动力装置。分类：无压气机的发动机