航空燃气涡轮发动机结构设计.ppt

第一节发动机的受力分析,发动机部件所受作用力轴向力和发动机的推力,一、发动机部件所受作用力,1.1作用力的分类1气体力、力矩在气流通道内，由于气流的速度，压力，方向变化对作用零件产生的力。叶片，进气道，喷口，火燃筒。,一、发动机部件所受作用力,1.1作用力的分类2惯性力、力矩旋转或机动飞行时由于质量所产生的力叶片，盘等旋转件上的惯性力作用在转子上的惯性力矩或力偶,一、发动机部件所受作用力,1.1作用力的分类3热应力相邻的不同材料在相同温度下；工作环境温度梯度不同时可产生；机匣的安装边处火燃筒加力燃烧室,一、发动机部件所受作用力,风扇叶片,一、发动机部件所受作用力,高压压气机盘,尾喷口,一、发动机部件所受作用力,一、发动机部件所受作用力,燃烧室,一、发动机部件所受作用力,1.2力的传递零件内力零件内部平衡不向外传。热应力、轮盘应力等。零件外传力机动飞行时的惯性力、惯性力矩、不平衡力气动力和重量。,一、发动机部件所受作用力,1.2力的传递发动机内力不传给飞机的力：气动力矩、部分轴向力。发动机外传力推力，重量，机动飞行时的惯性力力矩。,二、轴向力和发动机的推力,2.1各部件轴向力分布及推力的计算推力等于所有部件轴向力之和2.2转子轴向力及卸(减)荷措施卸荷为什么不会影响推力2.3涡轮与压气机轴向力不同为什么？,二、轴向力和发动机的推力,二、轴向力和发动机的推力,2.4大涵道比风扇发动机风扇向前轴向力小于涡轮向后轴向力主轴承的周向力向后,2.5作用在发动机上的力矩气动力矩是不传给飞机的；压气机，涡轮中相应的动叶和静叶上气动力矩相等各转子上力矩相等,二、轴向力和发动机的推力,二、轴向力和发动机的推力,第二节转子支承方案,内容：转子的结构形式确定转子支承的位置所使用轴承的类型和联轴器的选取作用：承受转子上各种负荷气动力、重力、惯性力外传，最后传到安装节。,2.1单转子的支承方案,两支点（1-1-0）,威派尔Viper(RR公司),结构示意图,回正文,涡喷六（WP-6）发动机,带有加力燃烧室的单转子涡喷发动机（中国）用于,歼六强五,使用WP-6发动机的飞机,歼敌机FJ-6,强敌机A-5,2.1单转子的支承方案,三支点（1-2-0）涡喷-6(WP-6),雅克-15米格-9,-20发动机,苏联制造用于,米格-9（前苏联）,2.1单转子的支承方案,四支点（1-3-0）-20,2.1单转子的支承方案,浮动套齿联轴器,2.1单转子的支承方案,两支点方案特点适用于刚性转子一般情况下后支点位于涡轮前缩短转子长度提高轴的刚度支点环境温度高后支点位于涡轮后转子支点间跨度加大,2.1单转子的支承方案,三支点方案特点适用于轴向尺寸大的转子必须解决“三点共线”问题采用柔性联轴器提高转子、支承的加工精度,波音747，767飞机的动力,2.2双转子支承方案,HP1-1-0LP0-1-1,（1962年开始研制）,波音B-777大型双发客机动力,2.2双转子支承方案,HP1-1-0LP0-2-1,（1982年12月8日宣布研制）,2.2双转子支承方案,普惠（PW）公司发动机支承方案特点高压转子采用1-1-0转子短刚性好效率高低压转子后支点放置涡轮后转子跨度大动力特性差,V2500（美，英，德，意，日1974年开始研制）,波音B-737中型双发客机,2.2双转子支承方案,HP1-0-1LP0-2-1,F404,2.2双转子支承方案,中介轴承的使用（GE公司）中介轴承一般为滚棒轴承。减小转子长度。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。,2.2双转子支承方案,HP0-2-0LP1-2-0,2.3三转子支承方案,HP1-0-1IP1-2-1LP0-2-1,RB199,2.4滚珠轴承位置,一般原则1.尽可能不放在涡轮附近；2.相对安装节轴向位移最小处；3.在双支点中均放在压气机之前；4.在三支点中大多数放在压气机之后。,2.4滚珠轴承位置,F404,2.4滚珠轴承位置,V2500,2.4滚珠轴承位置,RB199,作业,根据图册或补充讲义附图分析F404和V2500发动机转子支承方案形式及特点要求画出支承简图,第三节联轴器,将涡轮轴与压气机轴联接起来的组件称为联轴器。作用：传扭，传轴向力，传径向力-起支点作用。形式：刚性，柔性。,V2500低压转子,3.1刚性联轴器,1套齿式联轴器双圆柱面定心套齿传扭大螺母承受轴向力,V2500低压转子,3.1刚性联轴器,V2500低压联轴器,3.1刚性联轴器,2精密螺栓联轴器双圆柱面定心螺栓传扭及轴向力,F404高压转子,F404高压转子,3.1刚性联轴器,3.1刚性联轴器,3圆弧端齿联轴器“圆弧”定心端齿传扭螺栓传递轴向力,3.2柔性联轴器,WP8低压联轴器,3.2柔性联轴器,3.2柔性联轴器,WP6低压联轴器,3.2柔性联轴器,WP7球形接头套齿联轴器,第四节支承结构,1.轴承设计常用滚棒轴承和滚珠轴承径向尺寸大，轴向尺寸小，可以短期缺油，损耗小工作温度可到300高速轴承即DN值很大1,000,000离心力和摩擦力大，要求润滑和冷却良好滚棒为特轻，滚珠为轻,第四节支承结构,2.设计方法和结构特点双排滚珠轴承并用：可承受大的轴向负荷但应解决均载问题。,第四节支承结构,2.设计方法和结构特点轴承在高温下工作：隔热衬套环内开槽内环供油喷油冷缺。,RB199,第四节支承结构,第四节支承结构,第四节支承结构,2.设计方法和结构特点滚珠滚棒轴承并用：滚珠承受轴向力滚棒承受径向力,GE90,第四节支承结构,第四节支承结构,3.供油方式：直射喷油轴下供油甩油盘,第四节支承结构,4.封严方式：篦齿封严端面石墨密封浮动环式封严螺纹式封严,第四节支承结构,蓖齿封油,蓖齿封气,第四节支承结构,石墨块,端面石墨密封,第四节支承结构,端面石墨封严,第四节支承结构,螺纹式封严,第四节支承结构,刷式封严,第四节支承结构,浮动环封油,第四节支承结构,5.轴承的滑蹭原因：负荷少；转速高；工况变化大；中介轴承易发生打滑。消除打滑的方法：减少阻力增加拖动力,第四节支承结构,6.带弹性支座挤压油膜轴承,第五节承力系统,7.