航空发动机结构..
航空发动机分类及发动机结构
前外输出的涡轮轴发动机
• 燃气涡轮喷气发动机 （涡喷） – 工作原理:一定量的空气通过进气道以较小的流动损失顺利地引入压气机, 在压气机中高速旋转的叶片对空气作功压缩空气提高空气的压力, 高压空 气在燃烧室内与燃油混合燃烧将化学能转变为热能形成高温高压的燃气, 高温高压的燃气首先在涡轮内膨胀, 推动涡轮高速旋转输出功去带动压气 机, 然后, 燃气在喷管内继续膨胀加速燃气使燃气以较高的速度喷出,产生 推力。
– 外涵：流过外涵的空气通过高速旋转的风扇叶片对空气作功, 压缩空气, 提 高空气的压力和温度, 接着空气在通道内膨胀加速, 排入大气, 也产生反作 用推力。
–
总推力=内涵推力+外涵推力
– 与涡喷发动机一样,从工作后的温度不同涡扇发动机也分为冷端和热端两 部分。进气道,风扇,低压压气机,高压压气机属于冷端,而燃烧室,高压涡轮, 低压涡轮,喷管属于热端。
– 燃气发生器后的燃气可用能全部用来在喷管内继续膨胀, 加速燃气, 提高 燃气的速度, 使燃气以较高的速度喷出, 产生推力。
– 从工作后的温度不同可将发动机分为冷端和热端两部分。进气道,压气机 属于冷端,而燃烧室,涡轮,喷管属于热端。
– 与航空活塞发动机相比: 航空燃气涡轮喷气发动机既是热机又是推进器。 重量轻, 推力大, 推进效率高, • 在很大的飞行速度范围内, 发动机的推力随飞行速度的增加而增加。
的合力在发动机轴线方向的分立叫发动机推力。
发动机定义
• 发动机是将燃油燃烧释放出的热能转变为 机械能的装置。
• 动力装置包括：发动机，所必需的工作系 统，如燃油系统，滑油系统，起动点火系 统。还应有防冰系统，反推系统，指示系 统和外壳体等。
燃气涡轮发动机的分类
• 涡轮喷气发动机：单转子，双转子和三转子； • 涡轮螺旋桨发动机(用于支线飞机) ； • 涡轮风扇发动机(用于干线飞机) ； • 涡轮轴发动机(用于直升机) 。
航空发动机结构-第七章-总体结构
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
RB199
2.4 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
❖ F404
2.4 滚珠轴承位置
❖ V2500
2.4 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
❖ 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
一、发动机部件所受作用力
尾喷口
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。
航空发动机的结构设计与优化
航空发动机的结构设计与优化航空发动机是飞机的核心部件之一，其性能的优劣直接影响到飞机的飞行安全和经济效益。
在航空发动机的结构设计和优化中，需要考虑多种因素，如性能要求、重量限制、安全要求、航程距离等。
本文将从航空发动机的构成要素、结构设计和优化方案三个方面进行论述。
一、航空发动机的构成要素航空发动机是由多个部件组成的复杂系统，其构成要素包括压气机、燃烧室、涡轮机、外壳等。
其中，压气机主要负责将大气压缩成高压气体，以提供到燃烧室的高温高压气体。
燃烧室则是将燃料与高压空气混合后点火燃烧，产生高温高压气体以推动涡轮机。
涡轮机则是将高压气体通过多级叶片的作用，在高速旋转过程中转化为机械能，推动飞机前进。
二、航空发动机的结构设计航空发动机的结构设计需要综合考虑多种因素，如重量、战斗效率、可靠性和使用寿命等。
其中，发动机零部件的材料和加工工艺、尺寸和形状等因素对其性能和寿命影响较大。
因此，在设计阶段需要考虑这些因素，并通过CAD/CAM技术模拟和优化设计，以确保发动机的性能和寿命满足要求。
发动机零部件材料的选择对发动机的性能和寿命影响较大。
常用的材料包括铝合金、镍基合金、钛合金等。
铝合金轻量化、强度高、成本低，是常用的零部件材料之一。
镍基合金在高温高压下具有良好的耐腐蚀性和抗氧化性能，适用于燃烧室和涡轮机部分。
钛合金轻巧、强度高、耐热性能好，适用于涡轮机外壳等部分。
在加工中，应选择合适的加工工艺，以达到最佳加工效果。
发动机零部件尺寸和形状的设计与优化也是发动机性能和寿命的重要因素之一。
常用的设计方法有一维模型、二维模型、三维模型等。
一维模型适用于对发动机总体设计的初步估算，可以建立发动机的数量、维度、重量等参数模型。
二维模型可以进一步优化零部件的尺寸和形状，以提高发动机的空气动力学性能。
三维模型可以对零部件进行全面、精细的优化设计，以确保其性能和寿命满足要求。
三、航空发动机的优化方案航空发动机的优化方案决定了其性能和寿命的提高。
航空发动机结构
燃烧过程
01
02
03
油气混合
燃油与压缩后的空气混合， 形成油气混合物。
燃烧反应
油气混合物在燃烧室内进 行燃烧反应，释放出大量 的热能和气体。
产生推力
燃烧产生的高温、高压气 体推动涡轮旋转，进而推 动飞机前进。
膨胀过程
燃气膨胀
01
燃烧后的高温、高压气体从燃烧室流出，进入涡轮后的扩压器。
降低压力
02
根据燃料类型，可分为燃油发动机和 燃气涡轮发动机。
根据用途，可分为民用发动机和军用 发动机。
根据工作原理，可分为活塞发动机和 喷气发动机。
02 发动机主要部件叶片对空气进 行压缩，为燃烧室提供高压空气。
压气机的效率直接影响到发动机的性 能和燃油消耗率，因此其设计和制造 要求非常高。
高强度材料
发动机中的转子、叶片等部 件需要承受高负荷，因此需 要使用高强度材料，如镍基 合金和钛合金等。
耐腐蚀材料
发动机在高温、高湿的环境 下工作，需要使用能够耐腐 蚀的材料，如不锈钢和镍基 合金等。
制造工艺流程
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铸造工艺
用于制造发动机中的涡轮叶片 、导向叶片等部件，通过将熔 融金属倒入模具中冷却成型。
振动问题
如发动机振动过大，需要检查发动机的平衡性、轴承状况 、气动稳定性等，找出振动源并采取相应措施。
保养建议
严格按照制造商提供的维护手册进行保养
按照制造商提供的保养计划，定期进行保养和检查，不要错过任何重 要的维护项目。
使用高品质的油液和耗材
选择高品质的机油、燃油、滑油等油液和耗材，可以减少发动机的磨 损和故障风险。
压气机通常由多级转子组成，每一级 转子都有一定数量的叶片，通过旋转 将空气逐级压缩。
先进航空发动机的结构设计与优化研究
先进航空发动机的结构设计与优化研究航空业在近年来的飞速发展中，先进航空发动机扮演着至关重要的角色。
而在发动机发展的进程中，不断的结构设计与优化研究起着至关重要的作用，因为一款高效而可靠的先进发动机的推出，必须依靠工程师们的持续不断的设计与优化。
一、先进航空发动机的结构设计航空发动机的结构设计可以分为两大部分：燃烧室和涡轮机部分。
1. 燃烧室设计燃烧室是航空发动机中的一个重要部分，它负责将燃料和空气混合并燃烧，带动高温气体流过涡轮机进而驱动飞机。
因此，在燃烧室的设计过程中，各种复杂的流动和反应过程需要充分考虑。
在燃烧室的设计过程中，需要进行三维非定常流动的数值模拟，以确定相对位置尺度效应和涡轮前沿叶栅的流场。
通过采用“快速氧化”燃烧技术，可以使混合气快速燃烧，从而产生高压高温气体。
同时，还需要采用特定的涡轮放置策略和冷却技术，以保证燃烧室的稳定性和耐久性。
2. 涡轮机部分设计涡轮机是航空发动机的另一个重要组成部分，它们被设计成能够乘客安全舒适的地飞行数小时，并通过创新的涡轮机设计间接提高机体的燃烧效率。
因此，涡轮机的设计对发动机整体性能的影响很大。
在涡轮机的设计过程中，需要采用“流体-结构耦合”方法将两者紧密耦合，以关注涡轮机的动力学响应和稳定性。
调整转子与静子之间的轴向距离和横向距离可以帮助改善发动机切换/进出速度的过渡，从而提高效率并减少噪声。
二、先进航空发动机的优化研究先进航空发动机的结构设计是一个复杂而缓慢的过程，但是优化研究可以帮助加速这一过程。
优化研究可以采用各种算法和方法，以确定最佳的设计参数，从而提高发动机的性能和效率。
1. 效率优化发动机效率是优化研究的主要目标之一。
通过调整燃烧室和涡轮机的参数，可以减少能量和热量的损失，从而提高发动机的效率。
此外，采用降低阻力和各种减轻质量的方法也可以提高发动机的效率。
2. 节能优化随着全球能源危机的日益加剧，航空发动机的节能优化已经成为一个研究的热点。
航空发动机的基本结构及其作用
航空发动机的基本结构及其作用航空发动机，那可真是个神奇的玩意儿，就像是飞机的“心脏”，要是没了它，飞机就只能在地面上干瞪眼啦。
咱先说说航空发动机的基本结构。
这发动机啊，就像一个复杂又精巧的小世界。
进气道就像是发动机的“嘴巴”，大口大口地把空气吸进来。
这空气可重要啦，就像我们人呼吸的氧气一样。
进气道得把空气好好地整理一下，就像我们把杂乱的头发梳整齐，让空气能顺顺当当进入后面的部分。
有一次我给朋友讲这个，朋友说：“那这进气道要是堵住了，飞机不就像被捂住嘴的人，喘不过气啦？”我笑着回答：“没错，所以进气道得保持畅通无阻呢。
”压气机呢，就像是一个超级大力士，把吸进来的空气拼命压缩。
这空气被压得越来越小，压力越来越大，就像把棉花团使劲儿捏成一个硬邦邦的小球。
经过压气机这么一折腾，空气都变得“精神抖擞”啦，准备好去后面接受更大的挑战。
燃烧室就像一个大火炉，被压缩的空气和燃料在这里相遇，然后“轰”的一下，就像干柴遇到了烈火，剧烈地燃烧起来。
这燃烧产生的能量可大了，就像一群小火箭在里面喷发。
火焰在燃烧室里疯狂地舞蹈，释放出的能量推动着后面的部件转动。
涡轮就像是一个被能量驱动的风车，不过这个风车可厉害着呢。
高温高压的气体推动涡轮旋转，涡轮又带动前面的压气机等部件。
它们就像一群配合默契的小伙伴，一个动起来，其他的都跟着动。
而且涡轮得承受住高温高压，就像一个钢铁战士，在恶劣的环境下坚守岗位。
尾喷管就像发动机的“屁股”，但可别小瞧它。
它把燃烧后的气体以高速喷出去，就像火箭发射一样，产生强大的推力，推动飞机向前飞行。
这尾喷管就像一个超级加速器，让飞机能在天空中飞得又快又稳。
航空发动机这些结构啊，每个都有自己独特的作用，它们相互配合，才让飞机能在天空中翱翔。
就像一个篮球队，有负责投篮的，有负责传球的，有负责防守的，缺了谁都不行。
要是我们想更了解航空发动机呢，一是可以去科技馆看看航空发动机的模型，近距离观察一下它们的结构，说不定会有新的发现；二是可以在网上找一些关于航空发动机的科普视频，那些动画演示能让我们更清楚地看到发动机是怎么工作的，这样我们就能更好地领略这个神奇“心脏”的魅力啦。
航空发动机的种类与结构ppt
Types Of Heat Engines
• Reciprocating
• Means of compression: Reciprocating action of pistons
• Engine working fluid: Fuel/air mixture • Propulsive working fluid: Ambient air
Types Of Heat Engines
• Turbojet
• Means of compression: Turbine-driven compressor • Engine working fluid: Fuel/air mixture • Propulsive working fluid: Fuel/air mixture
度更高的飞机；涡轮喷气发动机主要用于超声速飞机。
冲压发动机
冲压发动机特点是无压气机和燃气涡轮，进入燃烧室的空气利用高速飞行时的冲 压作用增压。它构造简单、推力大，特别适用于高速高空飞行。由于不能自行起动和
低速下性能欠佳，限制了应用范围，仅用在导弹和空中发射的靶弹上。
The Heat Engine
• Converts chemical energy (fuel) into heat energy.
• Rocket
• Means of compression: Compression due to combustion
• Engine working fluid: Oxidizer/fuel mixture • Propulsive working fluid: Oxidizer/fuel mixture
• Specific fuel consumption for reciprocating engines is the fuel flow (lbs/hr) divided by brake horsepower.
航空发动机结构 第二章 几种典型的发动机
А Л -31Ф 发动机支承简图
АЛ-31Ф发动机转子支承方案，全机共有 六个支点，高压转子为1-0-1支承方案，低压 转子为1-2-1四支点支承方案，低压涡轮转子 与风扇转子间采用了传递扭矩、轴向力的柔
性联轴器，以解决低压转子工作不正常对高 压转子的影响。
2.3 典型的涡轮螺旋桨发动机
涡桨6发动机是单转子涡轮螺旋桨飞机，是 运8飞机的动力装置。由单转子轴流式压气机， 环形燃烧室等组成。结构图如下：
EJ200 发动机结构图
EJ200转子支承方案简图
第四代军用发动机—F119-PW-100
F119-PW-100发动机由3级风扇，6级高压压 气机，带气动喷嘴，浮壁式火焰筒的环形燃 烧室，单级高压涡轮与高压转向相反的单级 低压涡轮（对转涡轮），加力燃烧室与二维 喷管等组成。整台发动机分为：风扇、核心 机、低压涡轮、加力燃烧室、尾喷管和附件 传动机匣等6个单元体，另外还有附件等。
CFM56 发动机支承简图
两个转子支承于五个支点上，通过两个承
力框架将轴承负荷外传，是承力构件最少的 发动机。低压转子为0-2-1支承方案，高压转 子为1-0-1支承方案。高压转子后支点为中介 支点，支承在低压涡轮的后轴上，此种支承 方案的主要优点是结构简单，低压轴刚性好， 发动机性能保持好，重量轻，为许多军民用 发动机所采用 。
航空发动机结构
第二讲 几种典型的航空发动机
2.1几种典型的涡喷发动机
涡喷5发动机是典型的第一代涡轮喷气发动 机，主要结构特点是采用离心式压气机和分 管式燃烧室，是歼五，轰五型飞机的动力装 置。具体结构如下：
涡喷6发动机是歼六，强五飞机的动力装 置，涡喷六发动机是第二代涡轮喷气发动机。 主要结构特点是采用单转子轴流式压气机和 环管型燃烧室。
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典型军用涡扇发动机结构
EJ200涡扇发动机用于欧洲联合研制的90 年代战斗机EFA2000，为双转子加力式低涵 道比涡扇发动机，由三级风扇，五级高压压 气机、具有空气雾化喷嘴的环形蒸发燃烧室、 单级高低压涡轮、加力燃烧室和收敛-扩散式 可调喷口组成。整台发动机有5个支点，共用 两个滑油腔室，两个承力框架。
CFM56 发动机支承简图
两个转子支承于五个支点上，通过两个承 力框架将轴承负荷外传，是承力构件最少的 发动机。低压转子为0-2-1支承方案，高压转 子为1-0-1支承方案。高压转子后支点为中介 支点，支承在低压涡轮的后轴上，此种支承 方案的主要优点是结构简单，低压轴刚性好， 发动机性能保持好，重量轻，为许多军民用 发动机所采用 。
RB199发动机(装备狂风式战斗机)是军用 发动机中唯一采用三转子结构的发动机，由3 级风扇、3级中压压气机、6级高压压气机、 环形蒸发燃烧室、单级高、中压涡轮、2级低 压涡轮、加力燃烧室及可调收扩喷管等组成。 另外还装有反推力装置，以减小着陆时的滑 行距离。
RB199发动机结构图
RB199 三转子发动机支承方案简图
由于高压与中压转子长度相对较短，因此 均采用2支点支承方案，其中高压转子最短， 故采用1-0-1支承方案；在中压转子中，为缩 短2支点间距离，将3号支点置于中压压气机 之后，形成0-1-1支承方案。
Su-27的心脏А Л －31Ф 发动机
А Л －31Ф ，是由俄罗斯的“留里卡－土 星”航空航天发动机制造公司在1985年研制 的第四代单元体设计、推重比为8的涡轮风扇 发动机。该发动机有很高的可靠性及技术维 护性能。А Л -31Ф 发动机即使在今天，也是 世界上最好的航空发动机之一 。
EJ200 发动机结构图
EJ200转子支承方案简图
第四代军用发动机—F119-PW-100
F119-PW-100发动机由3级风扇，6级高压压 气机，带气动喷嘴，浮壁式火焰筒的环形燃 烧室，单级高压涡轮与高压转向相反的单级 低压涡轮（对转涡轮），加力燃烧室与二维 喷管等组成。整台发动机分为：风扇、核心 机、低压涡轮、加力燃烧室、尾喷管和附件 传动机匣等6个单元体，另外还有附件等。
CFM56-3高涵道比发动机属结构紧凑的双 转子轴流式发动机，CFM56-3发动机由单级 风扇加三级增压机（或称低压压气机）、9级 高压压气机、短环形燃烧室、单级高压涡轮 与四级低压涡轮组成。 CFM56-3型发动机的 风扇部分由38片Ti/TAV钛合金做的实心，带 中间凸肩的叶片组成。 CFM56-3型发动机的 结构如下图：
航空发动机结构
第二讲 几种典型的航空发动机
2.1几种典型的涡喷发动机
涡喷5发动机是典型的第一代涡轮喷气发动 机，主要结构特点是采用离心式压气机和分 管式燃烧室，是歼五，轰五型飞机的动力装 置。具体结构如下：
涡喷6发动机是歼六，强五飞机的动力装 置，涡喷六发动机是第二代涡轮喷气发动机。 主要结构特点是采用单转子轴流式压气机和 环管型燃烧室。
F119-PW-100 发动机
F119发动机支承方案简图
பைடு நூலகம்
高压转子采用1-0-1支承方式，即转子的后 支点设在高压涡轮后，且采用了中介轴承， 即该轴承的外环固定在高压转子上，内环固 定在低压转子上。这种布局不仅减少一个承 力框架，而且高压涡轮轴轴径可做得很大， 增加了转子刚性。
三转子发动机——RB199
涡喷8发动机是轰六飞机的动力装置，涡喷8
发动机的主要结构形式与涡喷6大体相同，结 构如下图：
2.2 几种典型的涡扇发动机
CFM56-3典型发动机结构
CFM56-3型发动机于1984年取得适航证， 并于1984年11月于波音737-300型飞机上投 入航线营动。目前此系列发动机已发展了4型 号用于波音737-300、-400、-500系飞机上。
А Л -31Ф 发动机支承简图
АЛ-31Ф发动机转子支承方案，全机共有 六个支点，高压转子为1-0-1支承方案，低压 转子为1-2-1四支点支承方案，低压涡轮转子 与风扇转子间采用了传递扭矩、轴向力的柔 性联轴器，以解决低压转子工作不正常对高 压转子的影响。
2.3 典型的涡轮螺旋桨发动机
涡桨6发动机是单转子涡轮螺旋桨飞机，是 运8飞机的动力装置。由单转子轴流式压气机， 环形燃烧室等组成。结构图如下：