北航《航空燃气轮机结构设计》教学大纲

《航空燃气轮机结构设计》教学大纲课程编号：04z8497课程名称：航空燃气轮机结构设计DesignandAnalysisofAero-engineMachineStructure学分学时：2.5/42先修课程：航空发动机原理，工程热力学，机械设计一、课程教学目标本课程是能源与动力工程学院本科生航空发动机专业和动力工程专业的必修课之一。本课程讲授航空燃气涡轮发动机结构设计方面的基础知识和基本概念；通过对航空发动机各主要部件的结构特征分析，掌握航空发动机结构设计的要求和基本结构方案；介绍当今国际先进发动机有关结构设计方面的新结构，了解其先进技术的发展趋势，以及所存在的问题。学会分析发动机结构的方法，为从事航空发动机设计，制造生产和管理工作打下一定的专业基础。二、教学内容及基本要求（一）主要内容第一章绪论（4学时）航空燃气涡轮发动机发展过程，历史背景及基本类型。用牛顿定律说明推力产生原理及发动机对飞机的作用。航空发动机主要结构组成和基本工作循环。影响推力的因素。发动机设计指标和生产过程。第二章风扇/压气机设计（6学时）以轴流式压气机为对象讲明其作用、类型、评定性能的指标、工作特点、设计中要解决的主要问题。转子结构设计：转子连接形式及其特点；叶片、盘、轴的连接和平衡。机匣和静子结构设计要求及采用的典型结构，重点在连接结构形式和为保证压气机高效可靠工作所采用的结构设计方法。结构设计中采用的先进技术，材料和工艺。喘振机理及危害，防喘措施的种类、结构及特点。风扇/压气机防冰、防外物打伤及包容性结构问题。离心压气机简介。第三章燃烧室/加力燃烧室（4学时）燃烧室及加力燃烧室的作用、类型、性能指标。燃烧室工作原理及工作过程。主燃烧室结构组成和功用。燃烧室典型结构及冷却措施。典型结构故障和材料，涂层。加力燃烧室基本组成及其功用。第四章涡轮（4学时）与压气机对比（异同点），突出讲解热端部件——涡轮的设计特点。涡轮叶片的结构特征，重点为叶片的冷却，带冠叶片和枞树形榫头的设计。盘轴类零件在高温环境下的连接结构特点和典型结构形式。涡轮静子件设计要求及常用结构形式，重点在于涡轮间隙控制。涡轮部件的长寿命、高可靠性结构设计。典型常用材料和涂层等。第五章总体结构（6学时）发动机转子支承方案。重点在于各支承方案的特点和适应条件，双转子发动机支承系统的特点和中介支点的使用。发动机支承结构。轴承，润滑，封严的基本结构方式及其特点和使用条件。联轴器的作用、结构形式。讲解典型联轴器的定心、传力和传扭。承力系统。典型承力系统的结构形式和使用条件。第六章典型航空发动机结构分析（12学时）以涡喷七发动机为对象分析传统俄罗斯发动机设计特点。例如：盘轴间连接、紧凑的结构特点及第二代军用发动机结构设计的特征。以CFM56系列发动机为基础分析GE公司航空发动机设计风格和特点。重点分析大涵道比发动机总体结构布局和设计中所特有的要求和采用的结构方法，分析了解民用风扇发动机的特点。以PW4000系列发动机为对象分析PW公司航空发动机设计风格和特点。重点分析现代大涵道比发动机总体结构布局和设计中所特有的结构方案、技术的发展与继承。以GE公司F404发动机和俄罗斯AL-31F为例，对比分析第三代军用涡扇发动机结构特点和各自不同的发展思路。第七章发动机附件系统及附件传动（4学时）滑油系统。组成部件和功用、了解典型发动机滑油的工作循环。起动系统。典型常用的起动方式。了解燃油系统基本工作工程。附件传动系统。主要介绍附件传动系统的组成和功用，重点为中央传动装置的结构设计。第八章排气系统（1学时）尾喷管的作用、结构和材料。反推力装置的作用和结构。排气消音装置的作用和结构。第九章燃气涡轮发动机的新概念、名词及发展趋势。（1学时）介绍航空燃气涡轮发动机设计中的新概念、新思想和新方向。介绍航空燃气涡轮发动机可靠性设计的基本思路和指标。（二）基本要求掌握典型涡轮喷气/风扇发动机工作原理及基本结构组成；熟悉发动机（涡喷/涡扇）总体结构及各部件的工作条件、基本设计要求和典型结构特点；了解发动机结构设计中要解决的主要矛盾与具体措施；熟悉典型的、特别是一些新型的发动机结构设计特点；了解主要零件的选材、特殊加工问题以及今后的发展趋势。要求具有看图分析典型发动机结构和对实物进行现场讨论的能力，对具体结构不易理解的问题应多到发动机陈列室看实物。要求在学完本课程后，能具有初步分析发动机总体与部件结构的能力和对典型零件/组件进行设计的能力。三、教学安排及方式1学时分配.讲课实验习题课讨论课上机参观其他小计备注概述42风扇/压气机6燃烧室/加力燃烧室4涡轮4发动机总体结构6典型发动机结构分析84附属系统及传动装置8排气系统2新技术发展趋势2注：课内外学时比例1：1.252教学方式平均周学时为3学时。航空燃气轮机结构设计课涉及的基础课程有：机械设计、机械制图、机械加工、气动、结构强度、材料等方面，是一门工程性较强的专业基础课。本课是为能源与动力工程学院本科学生开设的，根据他们的需要和实际情况，课程采用大班讲座与小班现场讨论相结合的授课方式。在讲完压气机、涡轮、总体结构后，分别安排三次讨论课，对一台较先进的发动机，按压气机、涡轮、总体结构进行讨论，以便学生综合运用在课堂中所学到的知识来分析研究一些新结构。为使讨论课达到较好的效果，课前发下讨论提纲及发动机总图，以便学生在课前作好准备。讨论中，由老师引导，学生讨论，最后由老师总结。四、考核方式课程结束后，采用笔试方法进行考试，题目主要围绕对学生结构设计能力的考察方面，因此，考题中所提及的结构要发给学生结构总图或部件图。五、教材和主要参考书《航空燃气涡轮发动机结构设计》陈光主编北京航空航天大学出版社1994年8月《现代航空发动机技术