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  1. 航空发动机结构 第四章 风扇/压气机的结构

  2. 第四章 风扇/压气机结构 • 第一节 概 述 • 第二节 转子系统 • 第三节 静子系统 • 第四节 辅助系统 • 防冰装置、防喘装置等

  3. 第一节 概 述 • 1. 组成及分类 • 组成; • 进气道、静子、转子、防喘/防冰系统。 • 分类: • 轴流、离心、混合压气机。 • 气动特征,结构特征

  4. 第一节 概 述 大涵道比涡轮风扇发动机

  5. 第一节 概 述 小涵道比涡轮风扇发动机

  6. 第一节 概 述 涡轮螺桨发动机

  7. 第一节 概 述 涡轮轴发动机

  8. 第一节 概 述 • 2.特 点 • 进口处: • 外物易打伤、结冰、腐蚀。 • 转速高: • 叶片根部、轮盘承受负荷极大,平衡要求高。 • 对空气做功: • 要求效率高、叶型设计。 • 叶片高而薄: • 易振动、高频疲劳。

  9. 第一节 概 述 • 3.要求解决的问题 • 转子要有足够的刚性和强度; • 基本原则是等强度,等刚度设计 • 抗外物打伤能力和包容能力强; • 采用结构措施提高可靠性 • 防喘、减缓振动,避免共振; • 效率提高、工作稳定可靠; • 重量轻、寿命长、成本低。

  10. 转子在横向力作用下的变形 高压转子沿轴向弯曲刚性基本上为等刚度

  11. 第一节 概 述 • 4. 气流通道形式 • 等外径设计 • 能充分提高叶片切向速度,加大加工量。 • 以减少压气机级数。 • 切向速度受到强度的限制。 • 多在压气机前面几级使用。

  12. F404低压风扇 等外径气流通道设计

  13. 第一节 概 述 • 等内径设计 • 优点:提高末级叶片效率。 • 缺点:对气体加功量小,级数多。 • 等中径设计 • 介于两者之间,一般均混合采用。

  14. CFM56-5C高压压气机 等内径气流通道设计

  15. 第二节 轴流压气机转子 • 1. 转子的基本结构 • 2. 压气机工作叶片结构 • 3. 压气机轮盘结构 • 4. 转子平衡技术

  16. 1. 转子的基本结构 • 一、结构分类 • 鼓式转子 • 结构简单弯曲刚性好 • 转速受到限制(低于200米/秒)。 • 大流量比发动机增压级多采用。

  17. 鼓式转子—斯贝MK-202 • 鼓式转子

  18. 鼓式转子—CFM56

  19. 1. 转子的基本结构 • 一、结构分类 • 盘式转子 • 盘的强度好 • 弯曲刚性差 • 盘易产生振动

  20. 盘式转子—PW4000

  21. 加强盘式转子 • SPEY 低压压气机转子

  22. 混合式转子 • 恰当半径: • 盘的变形等于鼓的变形。 • 盘加强鼓: • 盘的变形小于鼓的变形。 • 鼓加强盘: • 盘的变形大于鼓的变形。

  23. 混合式转子

  24. 1. 转子的基本结构 • 二、转子的连结形式: • 短螺栓连接 • 焊接的盘鼓混合式转子 • 销钉连接转子 • 长螺栓连接转子

  25. 短螺栓连接转子

  26. 二、转子的连结形式 发动机转子应力分布

  27. 焊接的盘鼓混合式转子

  28. 销钉连接 转子

  29. 长螺栓连接转子

  30. 长螺栓连接转子 AL-31F

  31. 2.压气机工作叶片结构 • 叶身 • 叶型: • 亚音、超音 • 叶尖切速: • 决定叶片的加功量 • 宽弦: • 提高抗外物打伤能力,减振

  32. 2.压气机工作叶片结构 端弯叶片

  33. 2.压气机工作叶片结构 带凸肩叶片 宽弦叶片

  34. 2.压气机工作叶片结构

  35. 2.压气机工作叶片结构

  36. 2.压气机工作叶片结构 带蜂窝结构 带波纹片结构 RR公司的空心叶片设计

  37. 2.压气机工作叶片结构

  38. 2.压气机工作叶片结构 • 根部 (榫头) • 叶片和盘的连接部分并将叶片的离心力均匀加在盘缘上。 • 轴向燕尾型--广泛采用于风扇、压气机中。 • 环形燕尾槽--用于高压后几级中。 • 榫树型榫头--在压气机中较少使用。 • 叶片在轮盘槽内的固定 • 卡圈、锁片、锁板、销钉

  39. 2.压气机工作叶片结构 销钉连接 • 根部 (榫头)

  40. 2.压气机工作叶片结构 锁片槽向固定 • 根部 (榫头)

  41. 2.压气机工作叶片结构 锁片、销钉槽向固定 • 根部 (榫头)

  42. 2.压气机工作叶片结构 凸台、钢丝槽向固定 • 根部 (榫头)

  43. 2.压气机工作叶片结构 卡环槽向固定 • 根部 (榫头)

  44. 2.压气机工作叶片结构 • 环型燕尾榫头 • 加工简单 • 安装方便 • 承受负荷小 • 零件数目减少

  45. 风扇叶片的槽向固定

  46. CFM56-5B 风扇连接

  47. 3.压气机轮盘结构 • 作用 • 固定叶片并使叶片对气体作功。 • 负荷很大是重要零件。 • 剖面形状 • 外缘:视叶片尺寸定 • 内部:由强度而定。 • 中心:开孔大加厚。

  48. 3.压气机轮盘结构 • 盘~轴作成一体简化结构 • 盘~叶片做成一体 • (Blade+Disk=Blisk) • 整体叶环 • (Blade+Ring=Bling)

  49. 3.压气机轮盘结构 • 整体叶盘结构 • 减少榫头的漏气量提高效率 • 避免由榫头的磨蚀、裂纹及锁片的损坏带来的故障 • 要考虑叶片被外物打伤后的维修问题 • 设计中要保证前缘具有较小振动应力和较高的抗外物打伤能力

  50. 风扇盘结构