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航空发动机压气机叶片的设计 张益恺 看图提问题 压气机需要解决的问题 为什么采用多级压气机 1 压比越高 燃机效率越高 2 单级压比比较低 一般为1 3左右 为什么压气机各级叶片要设计成长短不一的 1 因为压气机的气流通道是按工况来设计的 气流流到每个地方的截面积 均正好与气流流量相适应 2 为了保证 流量连续 从前到后压气机的流动通道是收缩型的 3 等外径设计 等内径设计与等中径设计 个人对这个问题的理解 左下图为环壁附面层引起的轴向速度变形示意图 由于附面层逐级变厚 和流动通道的逐渐减小 因此越往后 轴向速度分布变形越大 等内径通道 适用于小流量压气机 有利于增大后面级 压气机叶片的高度 为什么呢 因为 同样体积的空气 如果在 平均半径大的圆环柱体中 一定比平均半径小的圆环 半径差小 叶片高度 参考右图 因为 等内径通道 叶片的高度可以更高 所以 中间层的气体 做功更多 而中间层的气流 做功是比设计要求做功更多的 右下图 所以有利于提高 后面级压气机叶片的效率 为什么压气机叶片要分为静子与转子 轴流式压气机工作时工作叶片以很高的速度 旋转 对空气流做功 不仅使空气受到压缩 压强提高 而且使空气加速 以较大的速度向后排出 气流离开工作叶片后 进入整流器片中 整流叶片不仅按一定角度排列 而且叶片间的通道做成扩散形状 空气流在扩散型的整流叶片通道中 流速降低 根据伯努利定律 在流动中流速降低出压强必然升高 因此 空气在整流叶片中得到进一步增强 增压后的空气以一定角度 流出整流叶片进入下一级工作叶片 轴流式压气机动叶和静叶的作用 基元级工作轮叶栅的作用 扩压 加功 基元级整流器叶栅的作用 扩压导向 叶片与轮盘的选材 压气机工作时 转子与更高的 转速旋转 一般均在 10000转 分以上 转子上的工作叶片与轮盘均产生 很大的离心力 工作叶片产生的离心力使叶片收到拉伸 并通过叶片的根部传给轮盘 轮盘除承受本身的离心力外 还要承受工作叶片传来的离心力 因此轮盘的工作条件比 叶片 苛刻得多 设计中要保证工作叶片和轮盘足够的强度 目前对温度低于四百度的前几级工作叶片与轮盘均采用 密度较小的钛合金来制造 后几级温度较高 钛合金承受不了 所以压气机 工作叶片和轮盘都用用能耐高温的合金钢制成 转子叶片结构 宽弦 提高抗外物击打能力 减振 带凸肩 阻尼叶片通过凸肩间的相互干摩擦来消耗叶片能量 起到减振的作用 蜂窝结构 减轻重量 RR公司 压气机轮盘结构 作用 固定叶片并使叶片对气体做功 整体叶盘就是和普通盘相比就是没有盘与叶片相互连接的榫槽或销钉整体叶盘结构 1 减少榫头的漏气量提高效率2 避免有榫头的磨蚀 裂纹及锁片的损坏带来的故障3 要考虑叶片被外物打伤后的维修问题 如何解决 防喘装置的设计 1 喘振原因 进气畸变 吞烟 进气道阻塞2 防喘措施 放气机构可调进口导向器叶片可调静子叶片处理机匣多转子 防止外来物砸伤 对大涵道比风扇及涡轮轴发动机尤为重要措施 叶片上加凸
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