AL-31F小涵道比涡扇发动机

• 盘与轴之间的连接：长螺栓连接。
2、高压涡轮转子连接结构特点
叶片与盘的连接：枞树形榫头连接，叶片
榫头呈楔形，轮缘凸块呈倒楔形，这种榫头重量 轻，榫头在轮缘所占的周向尺寸小，因而在轮盘 上可以安装较多的叶片。这种榫头有间隙的插入 榫槽内，允许轮缘受热后能自由膨胀，因而减小 了连接处的热应力，由于装配间隙的存在，低转 速时叶片可以在榫槽内有一定相互移动，起到一 些阻尼减振作用，并可自动定心，减小了离心力 所引起的附加弯矩。这种榫头也有利于冷却。但 这种榫头也有缺点，容易发生应力集中，加工精1F的静子承力系统在承力方案上采 用了三个承力框架：
1、在风扇前1号支点处由进口导向器叶片固定部 分作为受力框架将辊棒轴承的径向负荷外传，经 风扇机匣传至主安装节。
2、在风扇和高压压气机之间的中介机匣是发动 机主承力框架，风扇后2号支点、低压涡轮轴前 支点即3号支点和高压压气机前4号支点所承受的 轴向载荷和径向载荷均通过中介机匣传到安装节 上
• 盘与轴的连接：采用短螺栓连接。由于设 计要求尽量缩短轴的长度和制造工艺的限 制，涡轮盘与前后轴颈采用短精密螺栓连 接，前轴颈同样通过短螺栓与涡轮轴连接。 为保证长期使用转子而不发生偏心和接触 面磨损增加转子的不平衡，造成转子系统 振动加大，在每个连接面上都设计有定心 面。
• 由于高压涡轮转子为单级，所以没有盘与 盘之间的连接。
• 盘与盘的连接：第1～3级盘用电子束焊焊 在一起，而第4～6级盘同样用电子束焊焊 为一个整体。第7～9级则为单盘，而用长 螺栓与6级盘连在一起。由于后几级与燃烧 室非常接近，如果使用短螺栓连接，就会 使要保证的热定心，传扭等的参数十分复 杂，所以采用了长螺栓连接。在这种由长 螺栓将四级轮盘连接结构设计中，各盘之 间夹一个等直径鼓筒，鼓筒与盘靠圆柱面 定位，由多根长螺栓轴向拉紧，靠端面压 紧的传扭鼓筒传扭。
AL-31F简介
AL-31F的结构形式是双转子加力式涡轮 风扇发动机。其性能是优良的，具有明显优 势：
（1）尺寸小，推力大。 （2）稳定性高。 （3）维修简便。 （4）使用寿命长。
AL-31F简介
总体结构分析
一、高、低压转子结构形式、支 承方式及其特点
1、高压压气机结构形式及特点
高压压气机结构
2、低压压气机结构形式及特点
低压压气机为4级轴流式，增压比为3.6。 整个低压压气机为全钛结构。前3级转子叶片 带有阻尼凸台。整个低压压气机转子用电子
束焊焊为一个整体构件。第四级转子叶片对
应的外机匣上，带有机匣处理环腔，即在机 匣内壁开有400个斜槽，用以提高其稳定工作 裕度。第四级出口整流叶片为双排的串列叶 栅。低压压气机机匣为整体分段。
AL-31F小涵道比涡扇发动机
总体结构分析
主讲人：杜屹森 组员：谢 颖、吴义兵、
尹国浩、李 晗
AL-31F简介
AL-31F发动机是由俄罗斯留里卡土星 “科研生产联合体”研制的带加力燃烧室的 涡扇发动机，它是在AL-21的基础上发展而来。 1985年该发动机研制达标后，用于苏-27、苏 -30和苏-35战斗机。除了用在双发布局飞机 之上，它还推出了可用在单发布局飞机上的 改型发动机AL-31FN。
特点：柔性结构，易于安装，具有有效保护作用。
五、涡轮转子-支承结构设计特点
• 低压涡轮
上图所示两个轴承座的力均通过中介机
匣传出。其中，低压涡轮的前轴承位于高压 轴所带的套筒结构内，为中介轴承，高压压 气机的轴颈前断有套齿，套齿带动低压转子 的辊棒轴承及其外面的大滚珠轴承之间的套 筒结构，进一步传动中央锥齿系统。高压转 子的前轴承采用了弹性挤压油膜阻尼器和石 墨封严装置。
四、低压转子联轴器特点
由于低压转子采用四支点支承方案，联轴器
既要传递扭矩又要保证涡轮轴压气机在工作时不 会产生由于转子系统不同心所产生的附加振动， 因此，低压转子采用四个支点低压联轴器，多用 途但复杂。在联轴器设计中，必须解决的问题是， 保证在风扇转子和低压涡轮转子不同心的情况下， 转子系统的稳定工作，同时可以传递大的扭矩和 轴向力。在AL-31F低压转子联轴器的结构设计中， 采用轴向力传递路线和扭矩传递路线分别设计的 概念。通过传扭套齿短轴和风扇后的轴承衬套分 别连接风扇轴和涡轮轴，其中利用三对套齿的间 隙以适应转子的不同心。
低压涡轮后支点：低压涡轮转子的轴颈通过径 向销钉与涡轮盘连接，轴颈通过滚棒轴承支承， 弹性挤压油膜阻尼器，最后将力传到承力支板上。 后支承中同样采用了石墨端面滑油封严组合。
接触式石墨封严装置
• 高压涡轮
高压涡轮转子的后支点：该支点采用中
介轴承设计，用螺栓将后轴颈与高压涡轮盘 连接，使高压涡轮转子后支点尽量靠近低压 涡轮后支点，从而减小高低压转子之间的动 力影响。由于高压涡轮转子后置带你中介轴 承的使用，缩短了发动机长度，省略了一个 承力框架，从而有效地减轻了发动机的质量。 另外，高压涡轮转子后支点也采用了接触式 的石墨封严装置，由一对钢衬套和一对石墨 垫圈组成，石墨垫圈之间有弹簧片，而在钢 衬套之间装有间隔衬筒，以防止封严装置压 得太紧。
3、后传力框架由涡轮后支板、内锥和外机匣组 成。由于高压涡轮轴后支点是转子间中介抽出， 其径向载荷传到低压轴上，连同低压涡轮的径向 载荷由低压涡轮后支点传至后传力框架后，再经 涡轮外机匣等传到辅助安装节上。
三、高压转子连接结构特点
1、高压压气机转子结构的连接特点
叶片与盘的连接：高压压气机中全部采 用了环形燕尾榫头，这种结构加工方便，装 配简单，特别是在更换叶片时只需打开压气 机机匣即可拆装叶片，但由于榫头尺寸相当 于燕尾榫头较小，因而在一些发动机中只用 在离心力较小的压气机后几级叶片上，而AL31F高压压气机中全部采用环形燕尾榫头实属 少见。
3、高低压涡轮结构形式及特点
• 高压涡轮
• 高低压涡轮均为单级。高压涡轮导向器共 有14组，每组3个叶片。高压涡轮转子叶片 共90片，不带冠，榫头处带有摩擦阻尼减 振器。高压涡轮盘与前后轴用螺栓连接。
• 低压涡轮
• 低压涡轮导向器共11组，每组亦为3 个叶片。 转子叶片亦为90片，带冠。低压涡轮轴的特点 是前后分为三段，前、后段由耐热不锈钢制成， 中段由钛合金制成，三段间以“叉型”结构用 径向销钉连为一体。为减小高压涡轮后支承轴 承与低压轴后支点的距离，以减小在工作过程 中转子间的动力影响，低压涡轮盘孔较大，并 通过三叉型轴颈连接低压涡轮盘、涡轮轴和高 压后轴承。
4、支承方式及特点
低压转子的支承方案采用1-2-1四点支承 方案，即风扇转子支承于2个支点，低压涡轮 也支承于2个支点，两转子间采用传递扭矩与 轴向力的特殊的柔性联轴器连接。
高压转子仍采用1-0-1两支点方案，且后 支点为中介支点。
由于低压涡轮转子支承于两个支点上，
工作时非常平稳，因而通过中介轴承支承于 低压涡轮转子上的高压转子，工作非常稳定。 但这种支承方案却使低压转子的联轴器及涡 轮前支点的结构变复杂。
六、减重措施
• 风扇前后轴与轮盘焊接，以减轻转子重量。 • 高压压气机9级压气机盘与叶片连接的榫头
均为环形燕尾槽。 • 采用重量轻的材料，高压压气机第1～6级
盘为钛合金构件，第1～5级转子叶片用钛 合金制成。进口导流器和1级导流器均由钛 合金制成并装在一个由钛合金制成的前机 匣上。 • 采用中介轴承支承可以不用幅板进行减重。
结构特点：
1）风扇机匣为整体分段，这可以最大限度的保证在 任何工作状态下机匣的变形保持原形，从而提高风扇 的效率。 2）风扇转子前两级为焊接，后两级为螺栓连接。这 是由于后轴颈与第三级盘连接，以缩短风扇转子支承 间的距离，此外还可以提高转子的维修性。 3）风扇前后轴与轮盘焊接，以减轻转子重量。 4）前两级风扇叶片与盘连接榫槽槽向固定为径向销 钉，大可承受较大的槽向分力，以保证叶根大的倾斜 角。 5）风扇第四级动叶后对应机匣位置有处理机匣以防 止喘振，扩大稳定工作裕度。 6）由于风扇叶片在设计中过于追求高的效率而采用 大展弦比叶片，从而降低了风扇叶片的抗外物打伤性 能，因此，在结构上通过在前三级叶片上设计凸肩以 保证发动机可靠性。
1、高压压气机结构形式及特点
高压压气机为9级轴流式。第1～3级盘用电子束焊焊 在一起，而第4～6级盘同样用电子束焊焊为一个整体。第 7～9级则为单盘，而用长螺栓与6级盘连在一起。并且9级 压气机盘与叶片连接的榫头均为环形燕尾槽。这种结构对 于叶片较大的前两级叶盘就其强度分析上有较大的不足， 但是为了减轻重量，只能接受这种结构，在结构优化设计 和工艺加工上进行补偿。转子的前轴颈由第4级盘前伸， 第3级处连接，以便缩短转子长度。第1～6级盘为钛合金 构件，第7～9级则用耐热合金制成。第1～5级转子叶片用 钛合金制成，第6～9级转子叶片用耐热合金制成。进口导 流器和1级导流器均由钛合金制成并装在一个由钛合金制 成的前机匣上。进气导流器和第1～2级导流器，共三排是 可调的。1～8级导流器均为悬臂式结构，出口导流器也是 双排串列叶栅。