航空燃气涡轮发动机构造 第4章 涡轮
燃气涡轮发动机第4~6章讲义
燃气涡轮发动机：第四章 发动机特性
4．2 涡轮风扇发动机
4．2．1工作原理及特点
涡轮风扇发动机有内涵和外涵两个通道。空气经过风扇之后分成
两路：一路是内涵气流，经低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压
涡轮、低压涡轮，燃气从喷管排出；另一路是外涵气流，风扇后空气
经外涵道直接排入大气或同内涵燃气一起在喷管排出。也就是说，涡
涡扇发动机的推力和燃油消耗率随发动机转速、飞行
速度和飞行高度的变化规律称为：流过内涵的空气流量、单位推力和涵
道比。影响燃油消耗率的因素有：油气比、单位推力和涵
道比。
燃气涡轮发动机：第四章 发动机特性
这里转速特性所指的发动机转速是高压转子转速，推力随转速的增大 而一直增大；燃油消耗率随转速增大开始降低得较快，后来下降缓慢， 到接近最大转速时有所增加（见图4-5）。
分别组成低压转子和高压转子，它们在各自的转速下工作。两个转子
会随着各自负荷的变化自动地调整其转速。双转子与单转子发动机相
比有以下优点：
-双转子可使压气机在更宽的范围内稳定工作，是防喘的有效措施；
-双转子的压气机具有更高的增压比，可以产生更大的推力；
-双转子在发动机低转速下具有较高的压气机效率和较低的涡轮前总 温，在低转速工作时，燃油消耗率比单转子发动机低得多；
燃气涡轮发动机：第四章 发动机特性
4．1．3发动机的特性
1．民航发动机常用的工作状态 -最大起飞工作状态，不使用喷水时批准使用的最大起飞推力，该推
力级别使用有时间限制，仅用于起飞； -最大连续工作状态，这是批准发动机连续使用的最大推力，为延长
发动机寿命，这个级别推力在驾驶员的判断下保证安全飞行使用； -最大巡航工作状态，巡航时批准使用的最大推力； -慢车工作状态，这是发动机能够保持稳定工作的最小转速，用于在
民用航空燃气涡轮发动机原理发动机推力燃油消耗率计算
民用航空燃气涡轮发动机原理发动机推力燃油消耗率计算民用航空燃气涡轮发动机是现代飞机上最常用的发动机之一、它的工作原理是利用燃油燃烧产生的高温高压气体来驱动涡轮，并通过涡轮的转动来带动飞机的前进运动。
下面我将详细介绍燃气涡轮发动机的工作原理、推力和燃油消耗率的计算方法。
首先，我们来了解燃气涡轮发动机的工作原理。
燃气涡轮发动机由三个主要部分组成：进气系统、燃烧室和涡轮。
当飞机在地面开始起飞时，空气从飞机前部进入进气系统，经过增压器增压后进入燃烧室。
在燃烧室中，燃油和压缩空气混合并燃烧，产生高温高压的气体。
这些气体经过涡轮，驱动涡轮的转动。
同时，涡轮的转动通过轴传递给飞机的前进推进器，使飞机向前推进。
接下来，我们来了解燃气涡轮发动机的推力计算。
燃气涡轮发动机的推力与燃烧室内的燃气流速和喷射速度相关。
喷射速度实际上是燃气速度，它可以通过马赫数和声速计算得到。
具体计算公式如下：推力=燃料流量×(喷射速度-进气速度)其中，燃料流量表示燃油的消耗速率，单位为千克/秒；喷射速度和进气速度分别表示喷射出口和进气口的速度，单位为米/秒。
最后，我们来了解燃气涡轮发动机的燃油消耗率计算。
燃油消耗率与燃气涡轮发动机的推力和效率相关。
燃气涡轮发动机的效率可以通过喷气比来计算，喷气比表示喷射出口的质量流量与进气流量之比。
根据热力学理论，喷气比可以通过下面的公式计算得到：喷气比=1/(1+空气-燃料比)其中，空气-燃料比表示进入燃烧室的空气质量流量与燃料质量流量之比。
燃油消耗率可以通过以下公式计算：燃油消耗率=燃料流量/推力通过这些公式，我们可以计算燃气涡轮发动机的推力和燃油消耗率。
这些参数可以在设计和优化飞机性能、计划航程和决策燃油储备等方面提供指导意义。
综上所述，民用航空燃气涡轮发动机的工作原理涉及进气系统、燃烧室和涡轮三个主要部分。
推力和燃油消耗率的计算可以通过公式计算得到。
掌握这些知识有助于我们更好地理解飞机发动机的工作原理和性能计算方法。
详解航空涡轮发动机
详解航空涡轮发动机(一)【字体大小：大中小】引言古往今来，人类飞上天空的梦想从来没有中断过。
古人羡慕自由飞翔的鸟儿，今天的我们却可以借助飞机来实现这一理想。
鸟儿能在天空翻飞翱翔，靠的是有力的翅膀；而飞机能够呼啸驰骋云端，靠的是强劲的心脏——航空涡轮发动机。
航空涡轮发动机，也叫喷气发动机，包括涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机等几大类，是由压气机、燃烧室和涡轮三个核心部件以及进气装置、涵道、加力燃烧室、喷管、风扇、螺旋桨和其它一些发动机附属设备比如燃油调节器、起动装置等组成的。
其中，压气机、燃烧室和涡轮这三大核心部件构成了我们所说的"核心机"。
每个部件的研制都要克服巨大的技术困难，因而航空涡轮发动机是名副其实的高科技产品，是人类智慧最伟大的结晶，其研制水平是一个国家综合国力的集中体现。
目前世界上只有美、俄、法、英等少数几个国家能独立制造拥有全部自主知识产权的航空涡轮发动机。
2002年5月，中国自行研制的第一台具有完全自主知识产权、技术先进、性能可靠的航空涡轮发动机——"昆仑"涡喷发动机正式通过国家设计定型审查，它标志着我国一跃成为世界第五大航空发动机设计生产国。
"昆仑"及其发展型完全可以满足今后若干年内我军对中等偏大推力涡喷发动机的装机要求，将来在其基础上发展起来的小涵道比涡扇发动机还可以满足我国未来主力战机的动力要求，是我国航空涡轮发动机发展史上的里程碑。
要了解航空涡轮发动机，首先要从它的最关键部分--核心机开始。
核心机包括压气机、燃烧室和涡轮三个部件，它们都有受热部件，工作条件极端恶劣，载荷大，温度高，容易损坏，因此航空涡轮发动机的设计重点和瓶颈就在于核心机的设计。
详解航空涡轮发动机(二)【字体大小：大中小】压气机压气机的作用是将来自涡轮的能量传递给外界空气，提高其压力后送到燃烧室参与燃烧。
因为外界空气的单位体积含氧量太低，远小于燃烧室中的燃油充分燃烧所需的含氧量。
航空航天工程师的工作中的涡轮机械
航空航天工程师的工作中的涡轮机械涡轮机械是航空航天工程师工作中至关重要的一部分。
涡轮机械是实现飞机、火箭等航空航天器推进动力的关键组件。
在航空航天工程师的工作中，涡轮机械的设计、制造和维护是必不可少的。
本文将从涡轮机械的原理、设计以及工程师的角色等方面进行探讨。
一、涡轮机械原理涡轮机械是一种能够将流体（通常为空气或燃料）的动能转化为机械能的装置。
涡轮机械的基本原理是通过叶片的旋转来吸入、压缩、燃烧和排出气流。
它包括涡轮和压气机两部分，通过涡轮的旋转驱动压气机工作。
其中，涡轮是由叶片组成的转子，而压气机则是由叶片组成的定子。
涡轮机械的工作原理十分精密复杂，需要航空航天工程师具备深厚的专业知识和技术。
二、涡轮机械的设计涡轮机械的设计是航空航天工程师的核心任务之一。
在涡轮机械设计过程中，工程师需要考虑许多因素，如气体流动特性、材料选型、叶片形状和尺寸等。
为了使涡轮机械在高温、高压和高速条件下保持稳定和可靠的工作，工程师需要使用先进的计算机辅助设计软件，以模拟和优化设计方案。
此外，工程师还需要进行实验验证和不断改进，以确保设计的性能和可靠性能够满足工程需求。
三、涡轮机械的制造涡轮机械的制造是航空航天工程师的关键任务之一。
制造涡轮机械需要高精密的加工技术和设备。
在制造过程中，工程师需要确保叶片的形状和尺寸准确无误，并保证各个部件的装配精度。
由于涡轮机械通常是高温、高压和高速的工作环境，所以材料的选择和处理也是关键。
工程师需要根据实际工程需求选择合适的金属合金，并采取适当的热处理和表面处理措施，以提高涡轮机械的性能和寿命。
四、航空航天工程师的角色航空航天工程师在涡轮机械的设计、制造和维护中扮演着至关重要的角色。
他们需要运用先进的科学和工程知识，将理论知识转化为实际应用。
工程师需要与其他领域的专家密切合作，如材料科学家、计算机工程师和机械工程师等。
在设计和制造过程中，工程师需要解决各种技术难题和工程挑战，并确保涡轮机械的性能和可靠性能够满足航空航天需求。
航空燃气涡轮发动机结构设计
HP 0-2-0 LP 1-2-0
2.3 三转子支承方案
HP 1-0-1 I P 1-2-1 LP 0-2-1
RB199
2.4 滚珠轴承位置
一般原那么 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。
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
2. 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-9
РД-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-20
2. 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
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
3 圆弧端齿联轴器 “圆弧〞定心 端齿传扭 螺栓传递轴向力
2024年航空燃气涡轮机培训资料
应急程序示意图
01 燃油泄漏
立即切断燃油供应，开启灭火器
02 燃气轮机失速问题
减小推力，控制飞机姿态
03
总结
航空燃气涡轮发动机的维护与故障排除是飞行安 全的重要环节，只有严格依照维护流程和故障排 除原则，以及严谨的紧急情况处理和安全意识培 训，才能确保飞机的安全飞行。
● 04
第四章 未来航空燃气涡轮发 动机技术发展趋势
● 06
第六章 总结与展望
技术总结
航空燃气涡轮发动 机技术的重要性
航空燃气涡轮机是飞机的 关键部件之一，直接影响 着飞行安全和效率。 其技术的发展水平直接关 系到飞机的性能和经济效 益。
发动机维护的要点
定期检查涡轮机叶片的磨 损情况，及时更换受损部 件。 保持涡轮机内部的清洁， 防止杂质对发动机性能造 成影响。
头
常用方法和 技巧
掌握故障排除的 有效方法和技巧
紧急情况处理
燃油泄漏
立即采取应急措施 隔离泄漏源头 通知地面人员
燃气轮机失速问题
稳定飞行姿态 尽快寻找原因 及时采取应对措施
安全意识培训
安全规定和 操作流程
严格遵守安全规 定，正确操作发
动机
紧急情况下 的应对措施
快速反应，按照 紧急处理流程执
行
● 03
第3章 航空燃气涡轮发动机 的维护与故障排除
维护流程
航空燃气涡轮发动机 的维护流程包括定期 检查和保养，确保发 动机处于良好状态， 以提高性能和延长使 用寿命。同时，故障 预防和处理也是维护 流程中重要的环节， 及时发现并解决潜在 问题，保障飞行安全。
故障排除原则
故障分类和 诊断
准确判断故障类 型，找到故障源
自动诊断故障，提高效率
《航空发动机结构分析》思考题答案
《航空发动机结构分析》课后思考题答案第一章概论1.航空燃气涡轮发动机有哪些基本类型？指出它们的共同点、区别和应用。
答：2.涡喷、涡扇、军用涡扇分别是在何年代问世的？答：涡喷二十世纪三十年代（1937年WU；1937年HeS3B）；涡扇 1960~1962军用涡扇 1966~19673.简述涡轮风扇发动机的基本类型。
答：不带加力，带加力，分排，混排，高涵道比，低涵道比。
4.什么是涵道比？涡扇发动机如何按涵道比分类？答：（一）B/T，外涵与内涵空气流量比；（二）高涵道比涡扇（GE90），低涵道比涡扇（Al-37fn）5.按前后次序写出带加力的燃气涡轮发动机的主要部件。
答：压气机、燃烧室、涡轮、加力燃烧室、喷管。
6.从发动机结构剖面图上，可以得到哪些结构信息？答：a)发动机类型b)轴数c)压气机级数d)燃烧室类型e)支点位置f)支点类型第二章典型发动机1.根据总增压比、推重比、涡轮前燃气温度、耗油率、涵道比等重要性能指标，指出各代涡喷、涡扇、军用涡扇发动机的性能指标。
答：涡喷表2.1涡扇表2.3军用涡扇表2.22.al-31f发动机的主要结构特点是什么？在该机上采用了哪些先进技术？答：AL31-F结构特点：全钛进气机匣，23个导流叶片；钛合金风扇，高压压气机，转子级间电子束焊接；高压压气机三级可调静子叶片九级环形燕尾榫头的工作叶片；环形燃烧室有28个双路离心式喷嘴，两个点火器，采用半导体电嘴；高压涡轮叶片不带冠，榫头处有减振器，低压涡轮叶片带冠；涡轮冷却系统采用了设置在外涵道中的空气-空气换热器，可使冷却空气降温125-210*c；加力燃烧室采用射流式点火方式，单晶体的涡轮工作叶片为此提供了强度保障；收敛-扩张型喷管由亚声速、超声速调节片及蜜蜂片各16式组成；排气方式为内、外涵道混合排气。
3.ALF502发动机是什么类型的发动机？它有哪些有点？答：ALF502，涡轮风扇。
优点：●单元体设计，易维修●长寿命、低成本●B/T高耗油率低●噪声小，排气中NOx量低于规定第三章压气机1.航空燃气涡轮发动机中，两种基本类型压气机的优缺点有哪些？答：（一）轴流压气机增压比高、效率高单位面积空气质量流量大，迎风阻力小，但是单级压比小，结构复杂；（二）离心式压气机结构简单、工作可靠、稳定工作范围较宽、单级压比高；但是迎风面积大，难于获得更高的总增压比。
燃气涡轮发动机(第二版)第4章
大气温度上升，空气
密度减小，在同样的 转速下,流过发动机的 空气流量减小，压气 机增压比下降,使发动 机推力减小，使燃油 消耗率增加。 大气压力上升,使总压 上升,造成流量和沿流 程各截面上的总压增 加，推力增加，但燃 油消耗率不受影响。
涡轮喷气发动机的高度特性 : 在一定转速和速度条件
下，在H<11 000m时，随 着飞行高度的增加,发动机推 力下降,燃油消耗率下降。在 H> 11000m的同温层,随着 飞行高度的增加，发动机的 推力随高度的增加而继续下 降,而且下降得更快一些，而 燃油消耗率保持不变。
(2)涡轮前温度。涡轮前温度 T * :对发动机总效率的影响较为 3 复杂。T * 增加时，一方面气体动能增量增加,发动机热效率 3 增加;另一方面喷气速度增加使离速损失增加，发动机推进 效率降低。所以, T * 对发动机总效率的影响随不同的发动机 3 类型而不同。
(3)压气机效率和涡轮效率，压气机效率和涡轮效率增加， 气流损失减小，发动机热效率增加,总效率增加。
4.3.1 工作原理和结构特点
当从涡喷发动机基本部分（常常称为燃气发生器） 的排气用于旋转附加的涡轮通过减速器驱动螺旋 桨，这就是涡桨发动机
直接传动涡轮螺桨发动机：附加功率直接从压气 机传动轴驱动螺旋桨减速器产生。
自由涡轮带动：在现代涡轮螺桨发动机中更多的 有自由涡轮，它独立于驱动压气机的涡轮，在发 动机排气流中自由转动。自由涡轮轴通过减速器 驱动螺旋桨。
第4章 燃气涡轮发动机的 性能和特性
涡喷和涡扇发动机的性能参数
发动机的推力和经济性是涡喷发动机和涡扇发动机主 要的性能参数。
4.1.1表征推力的参数
1.转速n
当油门前推时,进人燃烧室的燃油量增加.涡轮前温度增 加，涡轮功增加，发动机转速增加压气机增压比增加,进人 发动机的空气流量增加:同时燃气的膨胀能力增加，有更多 的能量在喷管中转换成气体的动能,从而排气速度增加。所 以.发动机推力随着发动机转速的增加而增大:发动机转速是 影响发动机推力的最主要参数。这样,就可以通过测量发动 机转速的大小来反映此时推力的大小。
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blades 冲击反力式
三转子Tri-spool turbines Combined
impulse/reaction
4.1 涡轮的类型和组成
4.1 涡轮的类型和组成
4.1 涡轮的类型和组成
4.1 涡轮的类型和组成-冲击式
V3
仅仅由燃气冲击驱动涡轮
4.1 涡轮的类型和组成-反力式
由燃气流的冲击及通过收敛工作叶片 通道加速的反作用驱动的涡轮
一、不可拆的盘轴连接
热定心功能的各种形式端面齿连接
一、不可拆的盘轴连接
径向销钉连接方案优点：结构简单，轻巧，加工方便， 强度、刚度较好。
一、不可拆的盘轴连接-焊接
一、不可拆的盘轴连接-整体
二、可拆卸式盘轴连接-用短螺栓连接
24个精密螺栓连接，保证工 作时定心并传递负荷。
二、可拆卸式盘轴连接-用短螺栓连接
Gas Turbine
Aero-engine
LOGO
第4章 涡轮
第四章 涡轮 Turbine
4.1涡轮的类型和组成 4.2涡轮转子结构 4.3涡轮叶片的冷却 4.4涡轮静子结构
4.5涡轮部件的冷却
Company Logo
第四章 涡轮 Turbine
4.1 涡轮的类型和组成
一、叶片抗振措施：带冠叶片
优点：提高涡轮效率，提高叶片刚性 减振效果好
缺点：加大了叶根离心负荷，叶冠和叶身转接处 容易应力集中
二、中间叶根
作用： ❖ 减小叶片对榫头的传热，使盘缘避开高温区域，
减小应力分布不均匀度 ❖ 可引入冷却空气，降低榫头和轮缘的温度，减小
轮盘热应力，减轻轮盘重量
二、中间叶根
二、中间叶根
阻尼块与中间叶根间产生摩擦阻尼减振
三、叶片与轮盘的连接
力参数的选择起着决定性作用
4.2.2 工作叶片及其与轮盘的连接
❖ 工作叶片组成： 叶身、榫头、中间叶根
4.2.2 工作叶片及其与轮盘的连接
工作叶片叶身特点：
（1）叶身厚度较大 （2）弯曲程度较大 （3）截面积沿叶高的变化剧烈 （4）内部一般有冷却通道 （5）具有抗振结构
4.2.2 工作叶片及其与轮盘的连接
定心可靠、结构简单、重量轻、制造容易、装 拆方便外还要注意： （1）减少向轴传热、改善轴承的工作条件； （2）在各种工作条件下，保证各部件定心可靠； （3）大多数涡轮机匣采用整体式
一、不可拆的盘轴连接
盘轴间采用圆柱面 定心，紧度配合， 径向销钉连接，剪 切传力，
一、不可拆的盘轴连接
只要沿圆周装有3个经上销钉，则在各种工作状态下相互配合的两 个零件可以自由径向变形而它们的中心位置始终保持不变
二、可拆卸式盘轴连接-用短螺栓连接
短螺栓采用带冲铆固定的自锁螺帽
二、可拆卸式盘轴连接-用短螺栓连接
各轮盘间用短螺栓连接， 整个转子通过三，四级 盘间的轮毂借花键与低 压轴连接
二、可拆卸式盘轴连接-用短螺栓连接
第二级和第四级盘鼓间采用电子束焊，结构简化
二、可拆卸式盘轴连接-用长螺栓连接
盘前有凸台
CFM56-3发动机高压涡轮前轴
4.2 涡轮转子结构
CFM56-3发动机高压涡轮前轴
4.2 涡轮转子结构
4.2 涡轮转子结构
CFM56-3发动机高压涡轮后轴
4.2 涡轮转子结构
CFM56-3发动机高压涡轮前旋转空气封严
4.2 涡轮转子结构
4.2.1 转子的连接结构
转子结构：多级涡轮一般采用盘鼓混合式结构 设计要求：除了和压气机一样要保证足够的强度和刚性，
涡轮功用:
将燃烧室出口燃气的部分热能和压力能转化为 机械能,带动压气机和附件工作
涡轮分类: 轴流式Axial flow 径流式Centripetal flow
冲击式 Impulse turbine blades
反力式
单转子Single spool turbines Reaction turbine
双转子Twin-spool turbines
配合紧度靠控制螺栓头与安装边间的间隙保证，适用于多次装配
二、可拆卸式盘轴连接-用短螺栓连接
可以将轴和轮盘外缘直接相连
二、可拆卸式盘轴连接-用短螺栓连接
结构复杂，但封严环可以阻 挡高温对轮盘盘身及传力鼓 环的影响
二、可拆卸式盘轴连接-用短螺栓连接
低压涡轮通过一个锥形 支承盘与二，三级轮盘 的鼓环相连
平行四边形叶冠在使用中常出现磨损不一致的问题；锯齿形叶冠 预扭压紧，紧度加大，减振效果好。
一、叶片抗振措施：带冠叶片
图4－33 斯贝(a)、RB211(b)发动机涡轮工作叶片
一、叶片抗振措施：带冠叶片 RR公司带冠高压涡轮工作叶片
一、叶片抗振措施：带冠叶片 片抗振措施：带冠叶片 CFM56发动机低压涡轮工作叶片
4.2.2 工作叶片及其与轮盘的连接
4.2.2 工作叶片及其与轮盘的连接
4.2.2 工作叶片及其与轮盘的连接
4.2.2 工作叶片及其与轮盘的连接
一、叶片抗振措施：调频（切角）
一、叶片抗振措施：带冠叶片
一、叶片抗振措施：带冠叶片
一、叶片抗振措施：带冠叶片
平行四边形叶冠俯视图
锯齿形叶冠俯视图
二、可拆卸式盘轴连接-用长螺栓连接
用于小发动机,可拆 1、中心长螺杆连接传力 2、圆弧端齿定心传扭
二、可拆卸式盘轴连接-用长螺栓连接
可拆，六根长螺杆传力，圆弧端齿定心、传扭
4.2.2 工作叶片及其与轮盘的连接
❖ 工作叶片工作环境 离心力、气动力、热应力及振动负荷；受
到燃气严重腐蚀；冷热疲劳 第一级涡轮工作叶片的强度对发动机的热
4.1 涡轮的类型和组成-冲击反力式
4.1 涡轮的类型和组成
❖ 涡轮组成： 涡轮转子 涡轮静子 每级由一个导向器和一个工作叶轮组成。
4.1 涡轮的类型和组成
❖ 航空燃气涡轮的特点： 功率大、燃气温度高、转速高、离心力大， 热应力大，同时还要求重量轻，尺寸小。 热负荷和动力负荷大，工作条件恶劣，是发
动机使用中故障较多的部件。
4.2 涡轮转子结构
❖涡轮转子 rotors 组成： 涡轮盘 disk 涡轮轴 shaft 工作叶片 blades 连接件 attaching parts
4.2 涡轮转子结构
4.2 涡轮转子结构
CFM56-7B high pressure turbine rotor
4.2 涡轮转子结构