航空燃气涡轮发动机结构设计

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-52.1单转子的支承方案三支点（1-2-0）涡喷-6(WP-6)雅克-15米格-9РД-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）РД-202.1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HP1-0-1LP0-2-1F4042.2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HP0-2-0LP1-2-02.3三转子支承方案HP1-0-1IP1-2-1LP0-2-1RB1992.4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F4042.4滚珠轴承位置V25002.4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.承力框架：转子支点的负荷通过气流通道传到外机匣(承力壳体)的构件称为承力框架。利用静子叶片传力通过涡轮导向器传力级间机匣传力涡轮后轴承机匣F404RB199第五节承力系统8.安装节发动机与飞机连接点,并将发动机的负荷传到飞机。第五节承力系统第五节承力系统