航空发动机结构-第八章-附件系统
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航空发动机热防护第八章计算流动与传热方法简介
高效建模（采用CAD软件） 主要的CAD软件：
UGS 公司 Unigraphics(UG)和SolidEdge PTC公司 Pro/Engineer DASSAULT公司 CATIA SDRC 公司 I-DEAS DASSAULT公司 SolidWorks
计算区域确定的原则
把计算边界放在对流动影响尽 量小的地方 对于出口边界要注意能否满足 流动充分发展（特别是对收敛 性有重要影响）
边界条件决定最终解的结果
3.7湍流模型方法简介
传统的湍流模型方式：对雷诺应力项进行封闭方程模型 分为零方程模型、一方程模型、多方程模型
最常用的还是RNG(ReNormalization Group) k 模型和Realizable k 模型
大涡模拟LES(Large Eddy Simulation)：通过数学滤波 函数过滤小涡流动的影响对瞬时NS(NavierStokes)方程直接模拟的方法。
有限体积法采用的网格插值法
N
控制体边界面(Face)
Node(节点）
n
w
e Dy
W
P
E
Control Element (控制体积）
s Dx
S
有限体积法积分采用的差值法
T
分段线性式 阶梯式
Tp TE Tw
w
e
x
WP E
3.6初始条件和边界条件
瞬态问题的初始条件直接决定了 流动的初始发展状态，稳态问题 的初始条件决定了收敛速度以及 能否收敛
研究结果内容丰富。
1.3流体流动的基本特性描述
理想流体与粘性流体 牛顿流体与非牛顿流体 流体热传导与扩散 可压流与不可压流体 定常与非定常（稳态与瞬态） 层流与湍流
2 流体流动主要的数值求解方法
UGS 公司 Unigraphics(UG)和SolidEdge PTC公司 Pro/Engineer DASSAULT公司 CATIA SDRC 公司 I-DEAS DASSAULT公司 SolidWorks
计算区域确定的原则
把计算边界放在对流动影响尽 量小的地方 对于出口边界要注意能否满足 流动充分发展（特别是对收敛 性有重要影响）
边界条件决定最终解的结果
3.7湍流模型方法简介
传统的湍流模型方式：对雷诺应力项进行封闭方程模型 分为零方程模型、一方程模型、多方程模型
最常用的还是RNG(ReNormalization Group) k 模型和Realizable k 模型
大涡模拟LES(Large Eddy Simulation)：通过数学滤波 函数过滤小涡流动的影响对瞬时NS(NavierStokes)方程直接模拟的方法。
有限体积法采用的网格插值法
N
控制体边界面(Face)
Node(节点）
n
w
e Dy
W
P
E
Control Element (控制体积）
s Dx
S
有限体积法积分采用的差值法
T
分段线性式 阶梯式
Tp TE Tw
w
e
x
WP E
3.6初始条件和边界条件
瞬态问题的初始条件直接决定了 流动的初始发展状态，稳态问题 的初始条件决定了收敛速度以及 能否收敛
研究结果内容丰富。
1.3流体流动的基本特性描述
理想流体与粘性流体 牛顿流体与非牛顿流体 流体热传导与扩散 可压流与不可压流体 定常与非定常（稳态与瞬态） 层流与湍流
2 流体流动主要的数值求解方法
航空发动机结构系统资料课件
附件系统的组成
燃油附件
包括燃油泵、燃油控制阀等， 用于控制燃油的供应和流量。
滑油附件
包括滑油泵、滑油滤清器等， 用于提供滑油润滑和冷却发动 机部件。
启动与点火附件
包括启动电机、点火装置等， 用于启动发动机和点火。
空气附件
包括空气泵、冷气瓶等，用于 提供压缩空气和控制发动机进
气。
附件系统的安装位置与连接方式
航空发动机的分类
总结词
根据不同的分类标准，航空发动机可以分为多种类型。
详细描述
根据用途不同，航空发动机可以分为活塞式发动机和喷气式发动机两大类。其中，喷气式发动机又可以分为涡轮 喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机和桨扇发动机等类型。此外，根据推进剂的不同，航空发动机 又可以分为火箭发动机和吸气式发动机等类型。
滑油压力调节器
调节滑油压力，确保滑油在正确的压 力下供给发动机。
空气系统附件
进气过滤器
过滤进入发动机的空气中的杂质，保证空气 清洁度。
涡轮增压器
利用发动机排气的能量对进气进行压缩，提 高发动机的进气压力和进气量。
压气机
将空气压缩后供给发动机，提高空气密度。
冷却空气系统
利用冷却空气降低发动机部件的温度，保证 发动机正常运转。
航空发动机的定义
总结词
航空发动机是用于驱动飞行器的动力装置，它能够将热能、化学能转化为机械能，为飞行器提供推力 。
详细描述
航空发动机是一种高度复杂、精密的热力机械，其工作原理是将空气吸入发动机后，经过压缩、燃烧 、膨胀等过程，产生高温、高压的燃气，再通过喷嘴将燃气以高速排出，产生推力，使飞行器前进。
PART 06
未来航空发动机结构附件 系统的发展趋势
飞机发动机维护—附件传动
P
二
A
附件传动装置 R
T
一、附件传动装置的组成与工作
将发动机转子的功率、转速传输到附件并驱动附件以一定的转速和转向 工作的齿轮轮系 及传动轴的组合体，称为附件传动装置。
附件传动装置由内部传动装置和外部传动装置（附件齿轮箱和转换齿轮 箱）组成。需要发动机带转的附件都安装在附件齿轮箱上，齿轮箱内有 一 系列相互啮合的齿轮，发动机驱动齿轮箱，这些齿轮再传动装在其上的所 有附件。
附件安装在附件齿轮箱上有 三种方式：
用螺栓连接
通过 V 型夹连接
快Байду номын сангаас环（QAD）
传动关系与安装
内部传动装置 外部传动装置: ✓转换齿 轮箱 ✓附件齿轮箱
8.2 附件传动装置
RB211-535E4 发动机附件传动装置布局
二、齿轮箱结构
1. 内部齿轮箱 在布局内部齿轮箱的两个伞齿轮时，主要采用短轴传动和直接传动两种。
2. 外部齿轮箱
8.2.2 齿轮箱结构
外部齿轮箱包括转换齿轮箱 和附件齿轮箱
二
A
附件传动装置 R
T
一、附件传动装置的组成与工作
将发动机转子的功率、转速传输到附件并驱动附件以一定的转速和转向 工作的齿轮轮系 及传动轴的组合体，称为附件传动装置。
附件传动装置由内部传动装置和外部传动装置（附件齿轮箱和转换齿轮 箱）组成。需要发动机带转的附件都安装在附件齿轮箱上，齿轮箱内有 一 系列相互啮合的齿轮，发动机驱动齿轮箱，这些齿轮再传动装在其上的所 有附件。
附件安装在附件齿轮箱上有 三种方式：
用螺栓连接
通过 V 型夹连接
快Байду номын сангаас环（QAD）
传动关系与安装
内部传动装置 外部传动装置: ✓转换齿 轮箱 ✓附件齿轮箱
8.2 附件传动装置
RB211-535E4 发动机附件传动装置布局
二、齿轮箱结构
1. 内部齿轮箱 在布局内部齿轮箱的两个伞齿轮时，主要采用短轴传动和直接传动两种。
2. 外部齿轮箱
8.2.2 齿轮箱结构
外部齿轮箱包括转换齿轮箱 和附件齿轮箱
第八章-航空发动机数字模型PPT演示课件
环节相串联的框图。图中燃油泵作为一个
环节，输出量为供油量Wf，输入量为发
动机转速n（由于泵的转速与发动机转速
之比一定，故常用n来代表）及油泵调节
机构位置m。
带传动燃油泵的
7
基本发动机框图
❖ 考虑燃油延误时的动态方程
在推导基本发动机动态方程时，假设（6）曾忽略了燃油室 内的燃烧过程的时间滞后。实际上，燃料供给和燃料吸热、 汽化、氧化、放热以及燃气温度上升到稳定值，这整个过程 是需要一定时间来完成的，通常把这段时间称为燃烧延误时 间，用т表示，т在0.05~0.2s范围内变化，其值一般由试验 测定。燃烧延误会影响发动机的动态特性，有时甚至会使发 动机控制系统的工作产生不稳定现象。因此，在对发动机的 动态特性作精确分析时应予考虑。
考虑燃烧延误和基本
8
发动机结构图
线性模型的建立
❖ 上述基本发动机动态方程的推导方法，只适用于求取以供油
量作为输入，转速作为输出的动态方程。动态方程系数TT和KT 的估算不方便。在生产和科学研究实际中，动态参数的估算，
往往不是从发动机剩余扭矩偏导数进行计算，而是根据发动机
压气机特性、涡轮特性、设计点发动机热力参数，以及发动机
5
基本发动机简图
❖ 基本假设 由于发动机内部的气动热力过程比较复杂，为了简化发动
机数学模型的推导，特作以下假设。 （1）只考虑发动机转子惯性对发动机动态特性的影响，忽略 热惯性和部件通道容积动力学的影响； （2）只研究发动机在其稳态点附近的小偏离运动，并认为动 态过程部件效率及总压损失系数保持不变； （3）涡轮导向器及尾喷口都处于临界以上状态工作； （4）飞行条件不变; （5）燃油泵不由发动机带动； （6）忽略燃烧延误及燃气与空气流量的差别。
航空发动机附件传动系统研究
1.2
1.2.1
国外很重视附件传动的发展，并且做了远景规划。美国政府为保持在航空技术方面的领先优势，委托美国国家研究委员会、工程和技术系统委员会、航空航天局、航空技术委员会编写了“二十一世纪的航空技术”一文。该报告提出了在2000～2020年期间美国的航空科学技术方面必须发展的技术和所应采取的措施。在关于“推进技术”一章中明确指出，二十一世纪先进技术发动机的动力传输系统将采用无接触的电磁轴承代替传统的滚动轴承，在高速转子上安装电起动机、发电机，用全电气化附件取代传统的机械传动附件，使发动机的动力传输系统由传统的机械传动向全部电气化传动发展。实现这种革新的动力传输系统，可使发动机重量减轻10％～15％，发动机性能提高5％。
1.2.2
国外对超越离合器研究较早。20世纪70年代，美国航空宇航局（NASA）开始对高速超越离合器进行研究。超越离合器的研究是NASAART-I计划的主要研究内容之一。1972～1977年，Lyn wander、Wirth和Kish等人对直升机超越离合器做了深入研究。1977年，Kish对该历时三年的研究做了总结：开发了工作转速达20000r/min的直升机超越离合器，并在结构上做了改进，减少了扭矩、尺寸和重量；K.Liu、EiichiBamba和V.I.Dekhanov研究离合器的摩擦；随后，D.P.Cramton、ChenLi-Wen、Xu.T.和Cheseney对离合器做了更深入的研究。现在，国外已达到生产专业化、产品系列化的程度。滚柱离合器、斜撑离合器在航空发动机上早已采用。黑鹰减速器中用的是滚柱离合器，由德、意、法、荷四国合作研制的NH90直升机、美国与意大利合作研制的AB139采用了斜撑离合器。
在我国的航空发动机研制中，附件传动在航空发动机的地位一直隶属于核心，对机械系统的忽视，影响了机械系统技术的发展。这方面的研究落后于其它部件的发展，基本处于盲目发展状态，导致发动机附件传动系统落后于主机发展。实践表明，只有重视机械系统，才能使发动机动力传输设计得先进、完美，才能有与大部件同步发展的技术需求和发展规划。
1.2.1
国外很重视附件传动的发展，并且做了远景规划。美国政府为保持在航空技术方面的领先优势，委托美国国家研究委员会、工程和技术系统委员会、航空航天局、航空技术委员会编写了“二十一世纪的航空技术”一文。该报告提出了在2000～2020年期间美国的航空科学技术方面必须发展的技术和所应采取的措施。在关于“推进技术”一章中明确指出，二十一世纪先进技术发动机的动力传输系统将采用无接触的电磁轴承代替传统的滚动轴承，在高速转子上安装电起动机、发电机，用全电气化附件取代传统的机械传动附件，使发动机的动力传输系统由传统的机械传动向全部电气化传动发展。实现这种革新的动力传输系统，可使发动机重量减轻10％～15％，发动机性能提高5％。
1.2.2
国外对超越离合器研究较早。20世纪70年代，美国航空宇航局（NASA）开始对高速超越离合器进行研究。超越离合器的研究是NASAART-I计划的主要研究内容之一。1972～1977年，Lyn wander、Wirth和Kish等人对直升机超越离合器做了深入研究。1977年，Kish对该历时三年的研究做了总结：开发了工作转速达20000r/min的直升机超越离合器，并在结构上做了改进，减少了扭矩、尺寸和重量；K.Liu、EiichiBamba和V.I.Dekhanov研究离合器的摩擦；随后，D.P.Cramton、ChenLi-Wen、Xu.T.和Cheseney对离合器做了更深入的研究。现在，国外已达到生产专业化、产品系列化的程度。滚柱离合器、斜撑离合器在航空发动机上早已采用。黑鹰减速器中用的是滚柱离合器，由德、意、法、荷四国合作研制的NH90直升机、美国与意大利合作研制的AB139采用了斜撑离合器。
在我国的航空发动机研制中，附件传动在航空发动机的地位一直隶属于核心，对机械系统的忽视，影响了机械系统技术的发展。这方面的研究落后于其它部件的发展，基本处于盲目发展状态，导致发动机附件传动系统落后于主机发展。实践表明，只有重视机械系统，才能使发动机动力传输设计得先进、完美，才能有与大部件同步发展的技术需求和发展规划。
第十一讲-航空发动机总体结构(2)
比较上面等式，有
M ( 压静 ) M (涡静 ) （涡喷发动机上承受的总扭矩为零）
2020/2/3
24
第8章 航空发动机总体结构设计
三、发动机的惯性力和惯性力矩
静子机匣上的陀螺力矩：
M
G
J
0
sin
(25)
—发动机转子绕轴线的 转动惯量
— 与 的夹角
MG
2020/2/3
25
pc
P m c c p F p F ( ) (
) (a)
1
g 2a
1a
22
11
c c p p p4
式中： 1a , 2a , 1 , 2
见图（2—5），m g —燃气流量
2020/2/3
14
第8章 航空发动机总体结构设计
2、盘前密封齿以外部分的气体力 P 2
P D D P ( 2 2 )
辅助安装节：承受径向和周向负荷。
（1）主安装节所在平面为主安装平面，位于刚性 强、强度大的零件上；尽可能位于低温处;注意发 动机重心位置；缩短与止推轴承的轴向距离。
（2）辅助安装面：没有主安装面的安装面。
（3）推力圆：发动机的反推力作用点位于截面中 心的一个范围；主安装面上主安装节多于两个时， 各主安装节的连线尽可能不通过推力圆，以使所有 安装节在发动机工作期间受力方向不变。
10
第8章 航空发动机总体结构设计
8.5 发动机的受力分析
2020/2/3
11
第8章 航空发动机总体结构设计
气流作用在进气装置内壁上的静力:
Ps
=
p1F 1 -
p 0
F
M ( 压静 ) M (涡静 ) （涡喷发动机上承受的总扭矩为零）
2020/2/3
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第8章 航空发动机总体结构设计
三、发动机的惯性力和惯性力矩
静子机匣上的陀螺力矩：
M
G
J
0
sin
(25)
—发动机转子绕轴线的 转动惯量
— 与 的夹角
MG
2020/2/3
25
pc
P m c c p F p F ( ) (
) (a)
1
g 2a
1a
22
11
c c p p p4
式中： 1a , 2a , 1 , 2
见图（2—5），m g —燃气流量
2020/2/3
14
第8章 航空发动机总体结构设计
2、盘前密封齿以外部分的气体力 P 2
P D D P ( 2 2 )
辅助安装节：承受径向和周向负荷。
（1）主安装节所在平面为主安装平面，位于刚性 强、强度大的零件上；尽可能位于低温处;注意发 动机重心位置；缩短与止推轴承的轴向距离。
（2）辅助安装面：没有主安装面的安装面。
（3）推力圆：发动机的反推力作用点位于截面中 心的一个范围；主安装面上主安装节多于两个时， 各主安装节的连线尽可能不通过推力圆，以使所有 安装节在发动机工作期间受力方向不变。
10
第8章 航空发动机总体结构设计
8.5 发动机的受力分析
2020/2/3
11
第8章 航空发动机总体结构设计
气流作用在进气装置内壁上的静力:
Ps
=
p1F 1 -
p 0
F
民航发动机机构与系统解析
第一章绪论1. 简述航空发动机研究和发展工作的特点。
1）技术难度大。
涉及学科众多，零件数量庞大并且工作环境复杂、苛刻。
然而对发动机的性能、重量、适用性、可靠性、耐久性、和环境特性等又有极高的要求。
2）周期长，发动机的研制周期为9~15年3）费用高，航空业均衡发展的国家，发动机的研究和发展费用约占研究总费用的1/4，占发动机销售额的12%~15%，远高于机械制造业3%~4%的比例。
2. 简述航空燃气涡轮发动机的基本类型及其特点。
分为涡喷、涡桨、涡扇、涡轴、桨扇。
涡喷：由于做功过程是连续的，又发动机本身就是推进器，没有像螺旋桨那样需要限制速度，所以推力较活塞发动机大得多，推力大、重量轻、能适应高空飞行的优点，突破了音障。
但由于发动机的推力是从高速排出的高温燃气获得的，所以涡喷存在耗油率高的缺点。
涡桨：结构以涡喷为基础，将轴延长至进气道前，安装一个直径较大的螺旋桨。
其排气能量损失小，推进效率高，所以耗油率低。
由于有直径较大的螺旋桨，飞行速度受到限制，由于Ma=0.5~0.7.由于螺旋桨和减速器的限制，功率也不可能太大。
涡扇：其是由推进喷管排出燃气和风扇加速空气共同产生推力的涡轮发动机，涡扇发动机具有喷气速度小、噪声低、耗油率小、推力大等优点，但由于具有涵道比，发动机的迎风面积大，喷气速度小，不适宜用于超音速飞机。
涡轴：主要用于直升机，工作和构造上基本同于涡桨发动机，但燃气排出速度较低产生少量动力，大部分的动力有螺旋桨提供。
桨扇：兼具涡扇与涡桨的优点，比现有的涡扇更省油并接近涡桨发动机，又能以接近涡扇发动机的飞行马赫数巡航。
由于发动机的转速较高产生较大的噪音。
第三章一、填空题1. 现代涡轮喷气发动机的结构由（进气道）、（压气机）、（燃烧室）、（涡轮）、（排气装置）五大部件和附件传动装置与附属系统所组成。
2. 发动机工作时，在所有的零部件上都作用着各种负荷。
根据这些负荷的性质可以分为（气体负荷）、（质量负荷）和（温度负荷）三种。
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
01
02
03
04
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。
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第一节 传动装置
❖ 3）对附件传动装置的要求：
要满足各附件的转向要求； 应能安装，不能相互干扰； 便于接近进行维护、更换； 集中安装，满足可达性求； 应使横截面积小； 远离高温区。
第一节 传动装置
❖ 5）传动小轴(弹性小轴）
细而长，具有弹性，扭角可很大。 采用弹性小轴。 有大齿隙与上、下锥齿吻合。
滑油系统
❖进油系统 ❖回油系统 ❖通风系统 ❖指示系统
滑油系统
❖ 部件组成：
增压泵，回油泵 安全活门，调压活门，单向活门，单向压差
活门， 油气分离器，燃油～滑油散热器，离心灭泡
器。
滑油系统 ---齿轮泵
滑油系统---散热器
滑油系统---油滤
滑油系统---油气分离器
V2500滑油系统
❖ 无调压活门 ❖ 回油滤过滤能力比进油滤强 ❖ 进油滤处无安全活门 ❖ 回油泵前均有粗滤 ❖ 多种监控手段
第三节 起动系统
❖ 概述
起动过程 ❖带转--起动机 ❖点火
加速起动过程的措施： ❖压气机后放气 ❖尾喷管开大
第三节 起动系统--起动机
❖ 电动机 ❖ 起动--发电机 ❖ 燃气涡轮起动机 ❖ 火药起动机 ❖ 空气涡轮起动机
第三节 起动系统--起动机
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第一节 传动装置
❖ 4）中心传动装置
锥齿工作中要保证锥角共顶。 锥齿放在靠近滚珠轴承处可保证工作时共顶。 如主动齿轮在主轴上不靠近滚珠轴承，则工作
中主动齿轮会移动，破坏共顶，应采取措施。
第一节 传动装置
第一节 传动装置
第一节 传动装置 F404
第一节 传动装置 RB199
第一节 传动装置
第一节 传动装置
第一节 传动装置
❖ 6）双速转动装置
第一节 传动装置
第一节 传动装置 棘爪离合器
第一节 传动装置
❖ 7）恒速传动装置
现代附件多用交流电源， 交流发电机需要有恒定的转速。
第二节 滑油系统
❖ 滑油作用：
冷却，润滑，故障诊断
❖ 滑油的类型：
涡喷涡扇发动机用粘度低的滑油 涡桨用粘度高的 早期采用矿物油
第八章 附属系统与传动装置
❖ 第一节 传动装置 ❖ 第二节 滑油系统 ❖ 第三节 起动系统
第八章 附属系统与传动装置
第一节 传动装置
❖ 1）组成：
中央传动装置 外传动装置 弹性小轴。
第一节 传பைடு நூலகம்装置
❖ 2）特点：
传动的飞机和发动机附件较多； 主要附件应由HP转子传动； 转子-->中心传动装置-->外传动装置-->附件。