01航空燃气轮机结构设计概论

航空燃气涡轮发动机结构设计2006年3月航空发动机结构设计2无人机母机系统研制2006年3月航空发动机结构设计3高空无人驾驶侦察机2006年3月航空发动机结构设计4涡喷-11B发动机2006年3月航空发动机结构设计5航空燃气涡轮发动机结构目的:了解和掌握发动机结构设计的基本原则分析方法存在的主要矛盾各种解决措施2006年3月航空发动机结构设计6航空燃气涡轮发动机结构特点:涉及面广系统性不强工程性强不断发展2006年3月航空发动机结构设计7航空燃气涡轮发动机结构要求:学会读图分析方法多看实物掌握各部件的设计特点第一讲航空发动机发展2006年3月航空发动机结构设计9一、航空燃气涡轮发动机分类涡轮螺桨发动机涡轮轴发动机地面燃气轮机涡轮喷气发动机涡轮风扇发动机2006年3月航空发动机结构设计101.涡轮螺旋桨发动机（WJ）2006年3月航空发动机结构设计111.涡轮螺旋桨发动机（WJ）安－70超大型运输机2006年3月航空发动机结构设计121.涡轮螺旋桨发动机（WJ）特征：不直接产生推力，通过减速器带动螺旋桨；螺桨转速不变，桨角变化，得到不同推力；发动机在高亚音飞行时，热力效率高；用于低速运输机及轻型飞机。2006年3月航空发动机结构设计131.涡轮螺旋桨发动机（WJ）2006年3月航空发动机结构设计141.涡轮螺旋桨发动机（WJ）涡轮螺桨发动机结构简图2006年3月航空发动机结构设计152.涡轮轴发动机（WZ）BoeingAH-64DApacheLongbowSikorskyUH-60LBlackHawk带有两级减速器；用于直升飞机上2006年3月航空发动机结构设计162.涡轮轴发动机（WZ）2006年3月航空发动机结构设计172.涡轮轴发动机（WZ）慕尼黑涡轮联合公司/透博梅卡/罗罗MTR3902006年3月航空发动机结构设计182.涡轮轴发动机（WZ）T-700涡轴发动机2006年3月航空发动机结构设计192.涡轮轴发动机（WZ）2006年3月航空发动机结构设计202.涡轮轴发动机（WZ）2006年3月航空发动机结构设计212.涡轮轴发动机（WZ）2006年3月航空发动机结构设计223.地面用燃气轮机油田灭火机2006年3月航空发动机结构设计233.地面用燃气轮机野外发电机2006年3月航空发动机结构设计244.涡轮喷气发动机-(WP)用于歼六强五涡喷六（WP-6）发动机2006年3月航空发动机结构设计254.涡轮喷气发动机-(WP)2006年3月航空发动机结构设计264.涡轮喷气发动机-(WP)2006年3月航空发动机结构设计274.涡轮喷气发动机-(WP)2006年3月航空发动机结构设计284.涡轮喷气发动机—进气道作用、结构、工作特点防止外物打伤；防冰2006年3月航空发动机结构设计294.涡轮喷气发动机—压气机作用:提高进入燃烧室的空气压力重要参数:增压比(P出口/P进口)影响发动机性能好坏的一个主要参数2006年3月航空发动机结构设计304.涡轮喷气发动机—燃烧室作用、特点、构造2006年3月航空发动机结构设计314.涡轮喷气发动机—涡轮作用：燃气膨胀作功驱动压气机组成：静子转子特点：高温、高转速涡轮前燃气温度—影响发动机性能好坏的一个重要参数2006年3月航空发动机结构设计324.涡轮喷气发动机—涡轮燃气在涡轮叶片中流动2006年3月航空发动机结构设计334.涡轮喷气发动机—尾喷管作用：燃气膨胀以高速(550-600米/秒)喷出2006年3月航空发动机结构设计344.涡轮喷气发动机-(WP)气流在发动机进、出口的变化进气速度为零，排气速度大增根据牛顿第三定律，这股流过发动机的气流产生发动机的推力。2006年3月航空发动机结构设计354.涡轮喷气发动机-(WP)发动机的推力TT=G空气×(W出口－W进口)/gG空气:每秒流进发动机的空气量，kg/sW出口:尾喷管流出的燃气速度，m/sW进口:流进发动机的空气速度，m/s2006年3月航空发动机结构设计364.涡轮喷气发动机-(WP)加力燃烧室装在涡轮后，短期供入燃油燃烧,使排气温度、速度增加，增加发动机推力。2006年3月航空发动机结构设计374.涡轮喷气发动机-(WP)经济性差高温、高速燃气由尾喷管排出，能量量损失大，因此经济性差。特别在开加力时，经济性更差。耗油率SFC涡轮喷气发动机耗油率大，约0.90kg/kgf/h2006年3月航空发动机结构设计384.涡轮喷气发动机-(WP)2006年3月航空发动机结构设计394.涡轮喷气发动机-(WP)在航空发展史中占有重要地位但存在着较大的缺点能否发展一种既能产生大的推力，经济性又好的发动机?2006年3月航空发动机结构设计405.涡轮风扇发动机-(WS)2006年3月航空发动机结构设计41涡轮风扇发动机特征：将涡轮出来的燃气再流入一个涡轮，在涡轮中膨胀作功，向前驱动一个直径比原有压气机大的风扇(结构同于压气机)风扇出来的空气一部分流入压气机(称内涵)，一部分由压气机外部流过(称外涵)2006年3月航空发动机结构设计42涡轮风扇发动机特征（续）由尾喷管喷出的燃气速度低了，内涵推力小了外涵气流也产生推力推力大了，排出的能量小了耗油率低了，比涡喷约低1/3涡扇发动机推力=内涵推力+外涵推力涡喷发动机推力2006年3月航空发动机结构设计43波音－707飞机性能的变化起飞滑跑距离减少29.4%最大航程增加27.6%爬升率提高110%最大巡航速度提高8.2%用JT3D涡扇换装JT3C涡喷2006年3月航空发动机结构设计44涡轮风扇发动机60年代初期研制成功后，很快被民航客机广泛采用飞机波音707、波音727、波音737、三叉戟、快帆，伊尔62、图154、DC-9发动机JT3D、JT8D、康维、斯贝、D-30。2006年3月航空发动机结构设计45涡轮风扇发动机循环参数总压比涡轮前燃气温度涵道比2006年3月航空发动机结构设计46涡轮风扇发动机－军用特征在高性能战斗机上的应用要求：迎风面积小，推重比大发展先进的核心机，采用小涵道比，再装上加力燃烧室。2006年3月航空发动机结构设计47加力式涡轮风扇发动机起飞推力大加力比(加力推力/不加力推力)大巡航耗油率低减少迎风面积适合战斗机2006年3月航空发动机结构设计48加力式涡轮风扇发动机扇发动机F-4“鬼怪”式战斗机用涡扇(斯贝MK202)换装涡喷(J79)后飞机性能的改进最大M数由2.2→2.4最大航程↑54%加速到M=2的时间↓1/3爬升到12000m的时间↓20%2006年3月航空发动机结构设计49加力式涡轮风扇发动机60年代后期采用高循环参数总压比≈25、T3≈1600K发展高性能核心机研制成丏为先进战斗机用的、推重比为8.0一级8的发动机F100-PW-100→F-15(1974)2006年3月航空发动机结构设计50第3代战斗机的发动机F100-PW-229129.4kN推重比=8.0F110-GE-129129.1kN推重比=8.0AL-31F(АЛ-31Ф)122.6kN推重比=8.02006年3月航空发动机结构设计51第4代战斗机的特点高的敏捷性好的隐身性短距起飞着陆能力超声速巡航能力2006年3月航空发动机结构设计52四代机对发动机的要求推重比大于10.0不开加力的最大推力即中间推力要大采用矢量喷管2006年3月航空发动机结构设计53X-35矢量喷口2006年3月航空发动机结构设计54F119矢量喷管2006年3月航空发动机结构设计55矢量喷口2006年3月航空发动机结构设计56苏－37的超机动飞行2006年3月航空发动机结构设计57苏－27的眼镜蛇机动飞行2006年3月航空发动机结构设计58苏－37的钟状机动飞行2006年3月航空发动机结构设计59F-22用发动机－F119-PW-100总压比35涵道比~0.2涡轮前燃气温度~1850~1950K3+6___1+1反向转动的双转子推力157.5kN推重比10.02006年3月航空发动机结构设计60F119与F100比较级数17---11少6级零件数少40%中间推力大47%可使战斗机超声速巡航巡航耗油率低11%可靠性、维修性好2006年3月航空发动机结构设计61第3.5代战斗机EF2000Rafale“阵风”2006年3月航空发动机结构设计62第3.5代战斗机的发动机(1)EJ200推力＝88.3kN推重比=10.02006年3月航空发动机结构设计63第3.5代战斗机的发动机(2)M88-2推力＝75kN推重比=8.52006年3月航空发动机结构设计64联合攻击机－JSF2006年3月航空发动机结构设计65联合攻击机JSF一机三型一条生产线完成三型飞机生产一机三型CTOL型常规起降23t空军用STOVL短距起飞垂直降落型23t海军陆战队、英海军用CV即舰载型海军用较前二者重2006年3月航空发动机结构设计66联合攻击机JSF~2010年服役将与F-22成为美国主力战斗机投资约160亿美元计划生产3000架供英海军60架、英空军200架2006年3月航空发动机结构设计67联合攻击机JSFJSF洛克西德公司方案2006年3月航空发动机结构设计68JSF波音公司方案联合攻击机JSF2006年3月航空发动机结构设计69联合攻击机JSFF-352001年10月26日美空军宣布洛克希德.马丁的X-35方案为JSF的中标机型并命名为F-352006年3月航空发动机结构设计70动力装置之一--洛克西德公司2006年3月航空发动机结构设计71联合攻击机JSF2006年3月航空发动机结构设计72动力装置之二---波音公司2006年3月航空发动机结构设计73大涵道比涡扇发动机2006年3月航空发动机结构设计74大涵道比涡扇发动机60年代美国军方提出战略远程大型运输机起飞总重约350吨、航程约12000公里要求发动机推力≈20000kgf耗油率比中小涵道涡扇发动机低1/32006年3月航空发动机结构设计75高涵道比涡扇发动机采用大风扇(高涵道比)增加低压涡轮级数增加高压涡轮后的燃气能量高总压比、高涡轮前燃气温度采用先进技术高涵道比涡扇发动机采用三高指标高涵道比5.0-8.0高总压比25-30高涡轮前燃气温度1600-1650k推力18000-22000kg耗油率比小涡扇低1/3高涵道比涡扇发动机特点起飞推力大耗油率低噪声低2006年3月航空发动机结构设计78第一代宽体客机B7471970年L1011(1972)DC-10(1971)2006年3月航空发动机结构设计79高涵道比涡扇发动机已在现代民机上广泛采用A300、A310、A320、A330、A340,B737、B747、B757、B767、B777,A3XXB747-500X、B717、A318、湾流Ⅴ2006年3月航空发动机结构设计80波音777双发客机2006年3月航空发动机结构设计81波音777双发客机波音777大型双发客机1990年提出，1995年6月投入营运对发动机的要求特大的推力：飞机起飞总重大于280吨要求单台发动机推力大于370～450kN当时最大推力约为275kN特高的可靠性：双发客机航行任何航线即要求投入航线营运之初获得180分钟ETOPOS的批准2006年3月航空发动机结构设计82用于B777的三种发动机普惠PWGE90Trent40844098-75B-92B-884-8104推力kN338453351421402481涵道比6.55.98.48.45.95.4总压比36.042.039.342.038.845风扇直径m2.8443.1242.794耗油率0.5660.5720.5600.575取证时间94.498.394.1196.595.1