发动机原理_轮盘强度
飞机发动机原理与结构—涡轮
二、典型发动机涡轮的维护及注意事项高 压涡轮 进口Fra bibliotek 向叶片 的检查
1 级高压涡轮导向叶片，腐蚀，涂层丢失
1 级高压涡轮罩环，刮磨痕迹，剥落；2级高 压涡轮导向叶片腐蚀，涂层丢失和烧蚀痕迹
二、典型发动机涡轮的维护及注意事项
4. 高压涡轮转子叶片的检查 ✓ 涡轮转子叶片的叶尖一般设计有磨损指示槽，可以用来判断叶片和环罩的 磨损情况。 ✓高压涡轮转子叶片的检查区域包括：叶片的前缘，后缘，叶尖等 。
铝化物涂层）；
• 对叶片采取冷却措施（高压和中压需要冷却，低压不需要）。 • 叶片的冷却措施：对流，冲击，气膜。
导向器叶片的安装
• 注意事项：叶片受热要自由膨胀，叶片要承力。 • 常见安装方式：挂钩式，螺栓固定。
2. 涡轮导向器
涡轮的导向器叶片
2. 涡轮导向器
V2500的高压涡轮 第一级导向叶片
二、典型发动机涡轮的维护及注意事项
高压涡轮转子叶片的检查
1级高压涡轮转子叶片，腐蚀，涂层丢失 2级高压涡轮转子叶片腐蚀，涂层丢失和烧蚀痕迹
涡轮的分类和原理
涡轮功用：把高温、高压燃气的热 能和压力能转变成旋转的机械功，从
而带动压气机及其它附件工作。在涡扇发动机中，涡轮 还带动风扇；在涡 桨发动机中，它带动螺旋桨；在涡轴发动机中，它输出轴功带动旋翼。
2
涡轮的工作特点
3 燃气在涡轮中的流动
4
涡轮的主要参数
1. 涡轮叶片比压气机叶片要厚。
• 工作气体的温度高，涡轮叶片受热严重, 金属材料的强度随着温度的升 高而降低, 为了保证叶片的强度, 所以涡轮叶片较厚。
• 涡轮叶片需要冷却, 所以有的涡轮 叶片是空心的, 以便通冷却空气。 2. 涡轮叶片比压气机叶片弯曲的程度要大。其原因是单级功率大，气动力矩
涡轮增压发动机工作原理
涡轮增压发动机工作原理涡轮增压发动机工作原理中，涡轮增压是一种机械式增压方式，通过利用气体动力学的原理，从而增加气缸内的空气进气量，从而提高发动机的输出功率和扭矩。
通常，涡轮增压发动机在低于中高速范围，如从1000rpm到4000rpm，效果达到最佳状态。
涡轮增压器的原理是利用燃油中的能量释放出气体压力，从而驱动涡轮转子旋转，转动的涡轮将压缩空气送入发动机燃烧室，从而增加燃料燃烧的效率。
接下来，我们将会详细解析涡轮增压发动机的工作原理。
一、涡轮增压发动机的基本结构涡轮增压发动机包括涡轮增压器、进气歧管、燃烧室、排气管和涡轮悬吊组件，涡轮增压器可分为中央涡轮增压器和双涡轮增压器两种。
前者只有一个涡轮，随着汽车转速的上升，涡轮的旋转速度亦会增加，从而增加进气压力；后者则拥有两个涡轮，其中一个涡轮只负责低转速段的增压工作，而另一个涡轮主要承担高转速段的增压任务。
涡轮增压器通过涡轮组件和废气涡轮组件结合而成，其安装在汽车引擎进气歧管里面，因而发挥着增压的作用。
涡轮组件作为增压器的核心部件，由轮叶、轴和壳体三部分组成。
轮叶通过涡轮间隙与壳体相隔，而轮叶的切口则与涡轮增压器中的废气涡轮组件的叶片相交叠，从而利用排气气流带动涡轮转子的旋转。
废气涡轮组件则是协同工作的一部分，其利用吸气过程中的废气引导叶片旋转，从而带动涡轮组件的旋转工作。
涡轮增压器与汽车引擎的其他部件之间，则有一个压缩空气输入与燃油混合输出的进口和出口处相连。
经涡轮压缩后的新鲜空气将进入压缩空气之后的连通管道中，之后再进入汽车发动机的进气歧管，在这里与喷油器所喷射出的燃油混合并进入汽车发动机的燃烧室进行燃烧。
二、涡轮增压发动机增加功率的原理由于涡轮增压器向发动机提供的新鲜空气比常规进气系统中的空气更加稠密，因此涡轮增压发动机可以在相同的燃料供应条件下，产生更多的动力输出。
因为闵贺尔定理表明动力等于扭矩乘以发动机转速，因此涡轮增压系统可以增加扭矩产生，而这也意味着更多的动力输出。
汽车发动机工作原理详解
汽车发动机工作原理详解
汽车发动机是汽车的心脏，其工作原理非常复杂。
发动机的作用是将汽油或柴油等燃料转化为能量，驱动车辆行驶。
下面来具体了解汽车发动机的工作原理。
首先，发动机的关键部件是气缸、活塞、曲轴和燃烧室。
发动机的每个气缸都装有一个活塞，它在几个阶段内向上和向下运动。
曲轴作为发动机的主轴，接受气缸活塞的运动并将其转化为发动机的转速。
其次，了解汽车发动机的工作原理需要了解四个基本循环过程：进气、压缩、点火和排气。
这四个过程循环进行，驱动车辆运行。
其中，进气是指空气和燃料混合物进入气缸。
进气阀门打开，使气缸内的压力与大气压力相等，这样空气和混合物就可以通过进气门流入气缸。
然后，活塞向上运动，将进气混合物压缩。
接下来，是点火，点火塞会发出火花引燃混合物，形成爆炸，产生能量，推动活塞向下运动。
最后，活塞在排气阀门打开的情况下向上运动，将废气排出气缸。
另外，现代汽车发动机通常是内燃式发动机，利用燃料的化学能转化为热能和动能。
燃料和空气在地面的大气压力下相遇并混合，同时通过喷油器喷入气缸。
在气缸中，燃料混合物被压缩，并利用火花塞格外的火花点燃，产生爆炸并向下推动活塞。
因此，我们就可以看到汽车发动机是基于热力学原理进行工作的，同时还需要润滑、冷却等技术的保障，确保发动机的安全和稳定。
总之，了解汽车发动机的工作原理是关键，它们的复杂过程非常重要，可以直接影响汽车的性能。
可以把汽车发动机比喻为人体的心脏，细心呵护好它，才能让车辆在行驶中稳定轻松运行。
航空发动机强度复习题(参考答案)
航空发动机构造及强度复习题（参考答案）一、基本概念1.转子叶片的弯矩补偿适当地设计叶片各截面重心的连线，即改变离心力弯矩，使其与气体力弯矩方向相反，互相抵消，使合成弯矩适当减小，甚至为零，称为弯矩补偿。
2.罩量通常将叶片各截面的重心相对于 z 轴作适当的偏移，以达到弯矩补偿的目的，这个偏移量称为罩量。
3.轮盘的局部安全系数与总安全系数局部安全系数是在轮盘工作温度与工作时数下材料的持久强度极限T t，与计算轮盘应力中最大周向应力或径向应力之比值。
K T t / max 1.5 ~ 2.0 总安全系数是由轮盘在工作条件下达到破裂或变形达到不允许的程度时的转速n c ，与工作的最大转速 n m ax之比值。
K d n c/n max4.轮盘的破裂转速随着转速的提高，轮盘负荷不断增加，在高应力区首先产生塑性变形并逐渐扩大，使应力趋于均匀，直至整个轮盘都产生塑性变形，并导致轮盘破裂，此时对应的转速称为破裂转速。
5.转子叶片的静频与动频静止着的叶片的自振频率称为静频；旋转着的叶片的自振频率称为动频；由于离心力的作用，叶片弯曲刚度增加，自振频率较静频高。
6.尾流激振气流通过发动机内流道时，在内部障碍物后（如燃烧室后）造成气流周向不均匀，从而对后面转子叶片形成激振。
7.转子的自位作用转子在超临界状态下工作时，其挠度与偏心距是反向的，即轮盘质心位于轴挠曲线的内侧，不平衡离心力相应减小，使轴挠度急剧减小，并逐渐趋于偏心距 e ，称为“自位”作用。
8.静不平衡与静不平衡度由不平衡力引起的不平衡称为静不平衡；静不平衡度是指静不平衡的程度，用质量与偏心矩的乘积 me 表示，常用单位为g cm。
9.动不平衡与动不平衡度由不平衡力矩引起的不平衡称为动不平衡；动不平衡度是指动不平衡的程度，用 me 表示，常用单位是g cm 。
10.动平衡动平衡就是把转子放在动平衡机床上进行旋转，通过在指定位置上添加配重，以消除不平衡力矩。
发动机的原理是什么
发动机的原理是什么
发动机的原理是将燃烧产生的能量转化为机械能的过程。
具体来说，发动机利用燃料和氧气的化学反应产生高温高压的燃烧气体，然后利用这些气体的膨胀作用来驱动活塞或涡轮，最终将热能转化为机械能。
在内燃机中，燃料通过喷射系统进入气缸，与空气混合后被点火着火，产生爆炸燃烧。
这个爆炸推动活塞运动，将热能转化为机械能。
在四冲程发动机中，活塞的上下运动完成四个阶段：进气、压缩、爆发和排出废气。
在外燃机中，燃烧过程发生在内燃机以外的燃烧室内。
燃料和氧气混合燃烧后产生高温高压的气体，通过喷射口喷出，并冲击涡轮叶片。
涡轮转动后将机械能传递给推进装置。
无论是内燃机还是外燃机，发动机的工作都需要燃料、氧气、点火系统和排气系统等基本组成部分。
通过连续反复进行燃烧、膨胀和排气等过程，发动机就能够持续地产生机械能，推动车辆或机械设备的工作。
不同类型的发动机（如汽油发动机、柴油发动机、火箭发动机等）在燃烧方式、工作原理和效率等方面存在差异，但基本的能量转换原理是相似的。
汽车发动机的工作原理图解
活塞
排气门关闭
作功终了：温度 1500~1700 K， 压 力300~500 kPa
4·排气行程
作用：
进气门关闭
排出膨胀做功后的废气
过程：
排气门开启，进气门仍然
关闭，活塞从下止点向上 止点运动，曲轴转动 180°。排气门开启时， 燃烧后的废气一方面在汽 缸内外压差作用下向缸外 排出，另一方面通过活塞 的排挤作用向缸外排气
3·作功行程
作用：
进气门关闭
燃烧高温高压气体膨胀做功
过程：
当活塞接近上止点时，由
火花塞点燃可燃混合气， 混合气燃烧释放出大量的 热能，使汽缸内气体的压 力和温度迅速提高高温高 压的燃气推动活塞从上止 点向下止点运动，并通过 曲柄连杆机构对外输出机 械能。
瞬时最高：温度 2200~2800 K， 压 力3~5MPa
排气门
吸气行程
压缩行程 作功行程
排气行程
瞬时：温度 1800~2200K压力
喷油泵
5~10 MPa
二·二冲程汽油机的工作原理
火花塞 换气孔
压缩混合 气
排气孔
点火燃烧
曲轴箱
进气孔
进气
排气
压缩
进气
燃烧
排气
过程： 活塞向上运动，将三排孔都关闭，活塞上部开始压缩，当活塞
继续上时，活塞下方打开了进气孔，可燃混合气进入曲轴箱，活塞接 近上止点时，火花塞点燃混合气，气体燃烧膨胀，推动活塞向下运动 ，进气孔关闭，曲轴箱内的混合气受到压缩，当活塞接近下止点时， 排气孔打开，排出废气，活塞再向下运动，换气孔打开，受到压缩的 混合气便从曲轴箱经进气孔流入气缸内，并扫除废气。
排气门打开
活塞
残余废气
航空发动机强度与振动--各章作业
三、计算题
1、某等截面、无扭向、根部固装的转子叶片长 l = 16cm ， E = 5.0 ×105 cm / s ， J = 0.8cm4 ， A = 5cm2 ， ρ
（ 1 ） 请 求 出 前 三 阶 弯 曲 振 动 的 固 有 频 率 （ 固 有 频 率 的 单 位 为 Hz ）。 计 算 公 式 已 经 给 出 ：
4、旋转着叶片的自振频率称为
；静止叶片的自振频率称为
。
5、叶片的振动阻尼有
，
，
三类。
6、列举出一些常用的提高叶片抗振阻尼的结构措施。
7、从气动和结构两个方面分析下带冠叶片的优缺点。
8、燕尾形、枞树形、销钉式三种榫头榫槽的连接方式中，哪种叶片和轮盘的连接方式抗振阻尼最好？
9、如图，试解释双榫根构造的叶片，抗振阻尼较好的原因？
8、判断弹性元件的串联或者并联。
6
第一章 转子叶片强度计算
9、在图(a)中，两弹簧是并联还是串联？在图(b)中，若将弹簧的长度变为原来的一半，则此一半长度的弹簧 的刚度系数是多少？
10、系统受外界激励作用而产生的振动称为（ ）振动。激励根据其来源可分为两类：一类是（ ），
另一类是（
）。
7
第一章 转子叶片强度计算
5、不管是实心盘还是空心盘，热应力σθ 在轮盘外缘处呈压应力状态。
汽车发动机的工作原理及总体构造
汽车发动机的工作原理及总体构造
一、汽车发动机的工作原理
1.吸气：发动机的活塞下行时，活塞腔内的气门打开，通过气门进入
汽缸的混合气。
2.压缩：活塞上行时，活塞腔内的气门关闭，活塞将混合气压缩成高
压气体。
3.爆燃：在活塞接近顶死点时，火花塞产生火花，将混合气点燃爆炸，释放出能量。
4.排气：活塞下行时，废气通过排气门排出汽缸，为新的混合气提供
空间。
通过这四个基本过程循环运作，汽车发动机可以持续地产生动力，驱
动汽车运行。
二、汽车发动机的总体构造
1.气缸体系：汽缸是发动机燃烧的主要部分，通常由铁合金或铝合金
制成。
汽缸体内设置有活塞和气门，通过这些部件的运动来实现吸气、压缩、爆燃和排气的过程。
2.曲轴与连杆机构：曲轴是将活塞运动转化为有用功的装置，具有一
定的几何结构，可以将来自活塞的线性运动转化为旋转运动。
连杆连接活
塞与曲轴，将活塞的线性运动转化为曲轴的旋转运动。
3.气门机构：气门控制气缸内的进气和排气。
气门通过气门杆与凸轮
轴相连接，由凸轮轴的转动带动气门的开闭。
4.燃油供给系统：燃油供给系统包括燃油箱、燃油泵、喷油器等。
燃油从燃油箱经过燃油泵被送入汽缸，与空气混合后形成可燃气体。
此外，还有点火系统、冷却系统、润滑系统等辅助系统，保证发动机正常运行。
总之，汽车发动机通过吸气、压缩、爆燃和排气这四个基本过程，不断地将化学能转化为机械能，从而驱动汽车运行。
其总体构造包括气缸体系、曲轴与连杆机构、气门机构和燃油供给系统等。
这些构造相互配合，共同完成发动机的工作。
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位移法
一个二阶微分方程 应力用位移的微分表达 2 dt d 2 1 r0 适用于位移边界条件 (1 ) t (ln h)
2.1 概述
轮盘的故障模式：
2 轮缘径向裂纹
轮盘槽底的径向裂纹
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由于材料内部缺陷导致轮盘中心裂纹
8
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2.1 概述
轮盘的故障模式：
3 材料内部缺陷(如松 孔、夹杂)引起盘中 心破裂
涡轮盘材料夹杂缺陷引起盘爆裂
2 d 2u d 1 du d 1 dt d 2 1 (ln h) (ln h) 2 u (1 ) t (ln h) r 0 2 dr r dr r dr r dr E dr dr
6/15/2014 10:42:20 PM
2
2.1 概述
PW4000
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3
2.1 概述
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School of Energy and Power Engineering
4
2.1 概述
6/15/2014 10:42:20 PM
E du u t t 2 1 dr r 代入平衡方程(假设E, α , v为常数)
d 2u d 1 du d 1 (ln h) (ln h) 2 u 2 dr dr r dr r dr r dt d 2 1 (1 ) t (ln h) r0 dr E dr
r ,
?
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轮盘应力基本公式
力学模型
平衡方程（1个）
几何方程（2个）
物理方程（材料本构关系，2个） 变形协调方程
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力法求解应力
d r r r d r r d dr E r E E dr E r dr t d hr hdr 2 hr 2 dr 0 r
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26
轴对称平面问题力法求解
将物理方程代入几何方程， (u r )d rd u r rd r u r r t 1 E r t E 对于具有位移边界的轮盘问题，力法和位移法都 可以用。但对于剖面形状复杂的轮盘，求解位移 二阶微分方程是困难的。 若给定应力（或位移）沿半径的变化规律，进行 轮盘剖面造型设计，位移法的方程是不可解的。
若知道应力（分量）边界条件，即可求出 r
,
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位移法求解应力
将几何方程代入物理方程，得 E du u r t t 2 1 dr r
E—盘材料弹性模量 μ—盘材料波松比 α—盘材料线膨胀系数
6/15/2014 10:42:20 PM School of Energy and Power Engineering 21
变形协调方程
利用几何方程消去位移变量，得
d r (r ) dr
r
dr dr (u r )d rd u rd r
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2.1 概述
设计时，为防止轮盘破裂，应注意：
轮盘尺寸的变化； 防止低循环疲劳(Low Cycle Fatigue, LCF) 防止共振、叶片颤振引起的高循环疲劳(High Cycle Fatigue, HCF)
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13
2.2 轮盘强度计算基本假设
满足连续、均匀、各向同性假设
连续性假设 假定整个物体的体积都被组成这个物体的介质所填满，不 留下任何空隙 均匀性假设 假定整个物体都是由同一材料组成的 各向同性假设 假定整个物体的材料参数不随方向而改变
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2.1 概述
轮盘承受的主要载荷：
(1)叶片及盘自身的离心力； (2)温度(径向)不均引起的热应力；(冷却) (3)叶片传来的气体力(轴向、周向)， 盘前、后的气体压力； (4)机动飞行时的陀螺力矩； (5)叶/盘振动时的动负荷； (6)盘/轴、盘/盘等的装配应力 (1)、(2)为主要载荷，本章将着重讨论
本章主要内容
2.1 概述
故障、受力特点、设计时注意的问题
2.2 轮盘强度计算基本公式
基本假设、基本方程、两种解法
2.3 简单几何形状轮盘强度计算
实心/空心等温盘、实心/空心非均温盘
2.4 轮盘安全系数
径向/周向破裂转速、轮盘安全系数
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School of Energy and Power Engineering
5
2.1 概述
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6
2.1 概述
轮盘的故障模式：
1 轮缘处榫齿部分断裂
轮缘处榫齿 部分断裂
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6/15/2014 10:42:20 PM School of Energy and Power Engineering 9
2.1 概述
轮盘的故障模式：
4 高温工作，引起蠕变(甚至 局部颈缩)，外径增大，进 而导致破裂
超温下工作的轮 盘发生直径方向 的伸长和局部颈 缩现象
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航空发动机强度与振动
Structural Stressing and Vibration in Aircraft Gas Turbine Engines
第二章 轮盘强度 Chapter 2 Stressing of Discs
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力法与位移法的选择
力边界条件用力法，也可以用位移法（应力边界可以用 位移微分显式表达） 位移边界条件用位移法，一般很难用力法，因为位移边 界不好用应力显式表达
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2
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需知厚度 变化规律
24ห้องสมุดไป่ตู้
力法与位移法的区别
力法
两个一阶微分方程 位移用应力分量表达 适用于应力边界条件
d r r r d r r d dr E r E E dr E r dr t d hr hdr 2 hr 2 dr 0 r
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r
轮盘微元体
dR
z
z
ρ—轮盘材料质量密度 ω—轮盘的旋转角速度
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力学模型与平衡方程
略去二阶以上的微量
d hr r hdr hr dr 0
2 2
u du u du
将物理方程代入，得到用应力表示的变形协调微分方程
d r r r d r r d r t dr E r E E dr E dr
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School of Energy and Power Engineering
15
主要力学量
应力
r 0, z 0 r , ? z 0, z 0, rz 0
位移 应变
u ? v 0, w 0
或 1 d 2 2 hr r r 0 h dr
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