风扇压气机结构设计.ppt

第二讲 风扇/压气机结构设计,离心（斜流）压气机 轴流压气机（风扇）,2006年3月,航空发动机结构设计,2,第二讲 风扇/压气机结构设计,第一节 概 述 第二节 转子系统 第四节 静子系统 第五节 辅助系统 防冰装置、防喘装置等,2006年3月,航空发动机结构设计,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,2006年3月,航空发动机结构设计,4,第一节 概 述,大涵道比涡轮风扇发动机,2006年3月,航空发动机结构设计,5,第一节 概 述,小涵道比涡轮风扇发动机,2006年3月,航空发动机结构设计,6,第一节 概 述,涡轮螺桨发动机,2006年3月,航空发动机结构设计,7,第一节 概 述,涡轮轴发动机,2006年3月,航空发动机结构设计,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。,2006年3月,航空发动机结构设计,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。,2006年3月,航空发动机结构设计,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,2006年3月,航空发动机结构设计,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。,2006年3月,航空发动机结构设计,12,F404低压风扇,等外径气流通道设计,2006年3月,航空发动机结构设计,13,第一节 概 述,等内径设计 优点：提高末级叶片效率。（为什么？） 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。,2006年3月,航空发动机结构设计,14,CFM56-5C高压压气机,等内径气流通道设计,2006年3月,航空发动机结构设计,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,2006年3月,航空发动机结构设计,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。,2006年3月,航空发动机结构设计,17,鼓式转子斯贝MK-202,鼓式转子,2006年3月,航空发动机结构设计,18,鼓式转子CFM56,2006年3月,航空发动机结构设计,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,2006年3月,航空发动机结构设计,20,盘式转子PW4000,2006年3月,航空发动机结构设计,21,加强盘式转子,SPEY 低压压气机转子,2006年3月,航空发动机结构设计,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。,2006年3月,航空发动机结构设计,23,混合式转子,2006年3月,航空发动机结构设计,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,2006年3月,航空发动机结构设计,25,短螺栓连接转子,2006年3月,航空发动机结构设计,26,二、转子的连结形式,发动机转子应力分布,2006年3月,航空发动机结构设计,27,焊接的盘鼓混合式转子,2006年3月,航空发动机结构设计,28,销钉连接 转子,2006年3月,航空发动机结构设计,29,长螺栓连接转子,2006年3月,航空发动机结构设计,30,长螺栓连接转子,AL-31F,2006年3月,航空发动机结构设计,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,2006年3月,航空发动机结构设计,32,2.压气机工作叶片结构,端弯叶片,2006年3月,航空发动机结构设计,33,2.压气机工作叶片结构,带凸肩叶片,宽弦叶片,2006年3月,航空发动机结构设计,34,2.压气机工作叶片结构,2006年3月,航空发动机结构设计,35,2.压气机工作叶片结构,2006年3月,航空发动机结构设计,36,2.压气机工作叶片结构,RR公司的空心叶片设计,带蜂窝结构,带波纹片结构,2006年3月,航空发动机结构设计,37,2.压气机工作叶片结构,2006年3月,航空发动机结构设计,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,2006年3月,航空发动机结构设计,39,2.压气机工作叶片结构,根部 (榫头),销钉连接,2006年3月,航空发动机结构设计,40,2.压气机工作叶片结构,根部 (榫头),锁片槽向固定,2006年3月,航空发动机结构设计,41,2.压气机工作叶片结构,根部 (榫头),锁片、销钉槽向固定,2006年3月,航空发动机结构设计,42,2.压气机工作叶片结构,根部 (榫头),凸台、钢丝槽向固定,2006年3月,航空发动机结构设计,43,2.压气机工作叶片结构,根部 (榫头),卡环槽向固定,2006年3月,航空发动机结构设计,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,2006年3月,航空发动机结构设计,45,风扇叶片的槽向固定,2006年3月,航空发动机结构设计,46,CFM56-5B 风扇连接,2006年3月,航空发动机结构设计,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。,2006年3月,航空发动机结构设计,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+DiskBlisk） 整体叶环 （Blade+RingBling）,2006年3月,航空发动机结构设计,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,2006年3月,航空发动机结构设计,50,风扇盘结构,2006年3月,航空发动机结构设计,51,4.转子平衡,静不平衡量：单位：牛顿 * 米,2006年3月,航空发动机结构设计,52,4.转子平衡,动不平衡：单位：牛顿 * 米*米,2006年3月,航空发动机结构设计,53,第三节 轴流压气机静子,1. 风扇机匣结构 2. 压气机机匣结构 3. 整流器,2006年3月,航空发动机结构设计,54,1.风扇静子机匣,1.承力机匣框架： 铸焊组合 2.出口导向叶片： 距离-噪音 3.包容环： 防止叶片飞出 4.吸音衬套： 声学衬套。,2006年3月,航空发动机结构设计,55,风扇机匣的包容性,2006年3月,航空发动机结构设计,56,2. 压气机机匣,分类 使用材料: 镁合金、铝合金、钛合金、合金钢. 加工工艺: 铸造、锻造、板料焊接、轧等.,2006年3月,航空发动机结构设计,57,2. 压气机机匣,形状 分半机匣 简单易安装、刚性不均。 分段整环机匣 刚性好、不易安装。 双层机匣 机匣受力和保持气流通道机匣分开，可便于间隙控制以提高压气机效率。,2006年3月,航空发动机结构设计,58,2. 压气机机匣,机匣间的连接 螺钉、螺栓 精密螺栓 自锁螺栓,螺栓的选取 机匣刚度 机匣气封性,2006年3月,航空发动机结构设计,59,2. 压气机机匣,2006年3月,航空发动机结构设计,60,高压压气机机匣,2006年3月,航空发动机结构设计,61,3.整流器,1 叶片 叶型为亚音、有带冠、底座 2 外环、内环 加强叶片强度，提高自振频率； 内环有封严装置防止级间漏气； 可无内环 外环与机匣连接： 焊接、机匣内开槽、螺母连接；,2006年3月,航空发动机结构设计,62,第四节 防冰、防喘装置等,1.进气机匣 2.防冰系统 3.防外来物打伤,2006年3月,航空发动机结构设计,63,1.进口导向器叶片,组成： 内外环 进口导向器叶片 进口导流叶片 正预旋降低进口M数 反预旋-使加工量加大。,2006年3月,航空发动机结构设计,64,2.防冰系统,2006年3月,航空发动机结构设计,65,2.防冰系统,防冰条件： 水分和温度。 结冰后果： 进气流量降低 涡轮前温度提高 冰脱落打伤叶片,措施： 热空气； 热滑油； 防冰涂层； 进气锥形状,2006年3月,航空发动机结构设计,66,3.防外来物打伤（FOD）,大涵道比风扇及涡轮轴发动机尤为重要,2006年3月,航空发动机结构设计,67,3.防外来物打伤（FOD）,防止外物打伤的措施： 叶片上加凸台，带冠； 小展弦比叶片 进气锥及增压级气路形状 中介机匣位置 防尘网 粒子分离器,2006年3月,航空发动机结构设计,68,3.防外来物打伤（FOD）,2006年3月,航空发动机结构设计,69,GE90,RB211-535E4,3.防外来物打伤（FOD）,2006年3月,航空发动机结构设计,70,CFM56-2,CFM56-3,3.防外来物打伤（FOD）,2006年3月,航空发动机结构设计,71,CFM5