航空发动机结构-第四章风扇压气机的结构
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涡轮风扇发动机的结构和工作原理
涡轮风扇发动机的结构和工作原理涡轮风扇发动机是一种常用于飞机的发动机类型，它通过涡轮的旋转产生推力，驱动飞机前进。
涡轮风扇发动机由多个部件组成，包括压气机、燃烧室、涡轮和喷气管等。
本文将详细介绍涡轮风扇发动机的结构和工作原理。
一、结构1. 压气机：压气机是涡轮风扇发动机的关键部件之一。
它由多级叶片组成，每一级叶片都会将进气空气压缩，提高气体的密度和压力。
压气机的作用是将进入发动机的空气压缩到更高的压力，为后续的燃烧提供条件。
2. 燃烧室：燃烧室是涡轮风扇发动机中的燃烧部分。
在燃烧室中，燃料与空气混合并点燃，产生高温高压的燃烧气体。
燃烧室内的燃烧过程需要控制好燃烧速度和温度，以保证燃料的充分燃烧，并避免过热引起的损坏。
3. 涡轮：涡轮是涡轮风扇发动机中的动力部分。
当燃烧室中的燃烧气体经过涡轮时，会驱动涡轮旋转。
涡轮与压气机通过轴连接在一起，涡轮的旋转将压气机中的空气压缩并推向喷气管。
4. 喷气管：喷气管是涡轮风扇发动机的出口部分。
经过涡轮的气体通过喷气管排出，形成推力。
喷气管的形状和设计会影响喷气速度和喷气方向，从而影响飞机的推力和飞行性能。
二、工作原理涡轮风扇发动机的工作原理是基于动量守恒和能量守恒的原理。
具体工作过程如下：1. 进气：当飞机起飞时，涡轮风扇发动机会通过进气口吸入大量空气。
进气口的设计可以提高进气效率，保证足够的气体供给。
2. 压缩：进入发动机的空气首先经过压气机的多级叶片压缩，使气体的密度和压力增加。
压气机的叶片旋转产生离心力，将气体向外推送，并将其压缩。
3. 燃烧：压缩后的空气进入燃烧室，与燃料混合并点燃。
燃烧产生的高温高压气体会迅速膨胀，将燃烧室内的压力转化为动能。
4. 膨胀：燃烧后的气体经过涡轮，驱动涡轮旋转。
涡轮的旋转将压气机中的空气压缩并推向喷气管。
同时，涡轮的旋转也为压气机提供动力，使其继续工作。
5. 喷气：经过涡轮的气体流经喷气管，形成高速喷射。
喷气产生的反冲力推动了飞机向前运动，实现了飞机的推进。
风扇压气机结构设计
将材料进行切割和成型处理，满足产品尺寸 和形状要求。
组装和调试阶段
包装和运输阶段
将各部件按照一定的顺序和步骤组装在一起 ，并进行调试和检验。
对成品进行包装，确保在运输过程中不受损 伤，并按照客户要求进行运输。
制造工艺中的关键问题
精度控制
保证各部件的制造精度， 确保组装时的配合精度和 质量。
组装工艺
风扇压气机结构设计
xx年xx月xx日
目录
• 风扇压气机设计总述 • 风扇压气机总体方案及结构设计 • 风扇压气机性能分析与优化 • 风扇压气机制造工艺及质量控制 • 风扇压气机设计的工程应用及效果 • 风扇压气机设计的经验总结与进一步研究
01
风扇压气机设计总述
风扇压气机概述
风扇压气机是一种将电能转化 为空气动能，同时增加空气压
随着航空航天、能源、环保等领域 的不断发展，风扇压气机的应用前 景将更加广阔。
06
风扇压气机设计的经验总结与进一步 研究
设计经验总结
风扇压气机是航空发动机的关键部件之一，其设计需考虑多个因素，如气动性能 、强度、可靠性等。
在设计过程中，需要对压气机的性能参数进行反复迭代和优化，以达到最佳性能 。
优化方案二
通过增加风扇压气机的高压侧和低压侧的壁面附 面层，减少流动损失，提高效率。
对比结果
对三种优化方案进行CFD模拟和实验测试，对比 各种方案的性能提升效果和经济性表现，为风扇 压气机的优化设计提供参考。
04
风扇压气机制造工艺及质量控制
制造工艺流程
设计和准备阶段
切割和成型阶段
根据产品要求进行详细设计，准备所需材料 和工具。
时输出轴功。
工业领域应用
在工业领域，风扇压气机被广泛 应用于各种空气压缩、通风和排 放系统中，如冶炼厂、化工厂等 。
飞机发动机维护—轴流式压气机的结构
图5. 轴流式压气机盘式转子
1、轴流式压气机的转子
1.1 转子的基本形式 3）鼓盘式——由若干个轮盘、鼓筒和前、后半轴组成。盘缘上有安 装转子叶片的榫槽。
图6. 轴流式压气机鼓盘式转子
1、轴流式压气机的转子
1.2 转子叶片 由叶身和榫头组成。 1）叶身——早期有带减振凸台的风扇叶片；后期取消凸台改用蜂窝 夹层材料的宽弦风扇叶片。
图3. 轴流式压气机转子的基本形式
1、轴流式压气机的转子
1.1 转子的基本形式 1）鼓式——圆柱形或圆锥形筒状结构，外表面有环槽或纵槽用于安 装转子叶片。
图4. 轴流式压气机鼓式转子
1、轴流式压气机的转子
1.1 转子的基本形式 2）盘式——由轴和若干轮盘组成，盘和盘之间可以螺栓连接或焊接 成整体。盘缘上有转子叶片安装榫槽。
航空涡轮发动机（M5）
压气机
二 轴流式压气机
的结构
PART
过渡页
Transition Page
轴流式压气机由转子组件、静子组件这两大部件组成。根据工作原理， 沿轴向，转子在前静子在后，交错排列从而具有多级。
图2. 轴流式压气机的组成
1、轴流式压气机的转子
1.1 转子的基本形式 基本形式有鼓式、盘式、鼓盘式。
图7. 风扇叶片
1、轴流式压气机的转子
1.2 转子叶片 2）榫头——有销钉式、燕尾形、枞树形三种形式。
图8. 叶片榫头
2、轴流式压气机的静子
2.1 压气机机匣 机匣有分段式、分半式和整体式三种。
图9. 典型发动机的高压压气机分半式机匣
2、轴流式压气机的静子
2.2 静子叶片
图10. 静子叶片的固定方式
1、轴流式压气机的转子
1.1 转子的基本形式 3）鼓盘式——由若干个轮盘、鼓筒和前、后半轴组成。盘缘上有安 装转子叶片的榫槽。
图6. 轴流式压气机鼓盘式转子
1、轴流式压气机的转子
1.2 转子叶片 由叶身和榫头组成。 1）叶身——早期有带减振凸台的风扇叶片；后期取消凸台改用蜂窝 夹层材料的宽弦风扇叶片。
图3. 轴流式压气机转子的基本形式
1、轴流式压气机的转子
1.1 转子的基本形式 1）鼓式——圆柱形或圆锥形筒状结构，外表面有环槽或纵槽用于安 装转子叶片。
图4. 轴流式压气机鼓式转子
1、轴流式压气机的转子
1.1 转子的基本形式 2）盘式——由轴和若干轮盘组成，盘和盘之间可以螺栓连接或焊接 成整体。盘缘上有转子叶片安装榫槽。
航空涡轮发动机（M5）
压气机
二 轴流式压气机
的结构
PART
过渡页
Transition Page
轴流式压气机由转子组件、静子组件这两大部件组成。根据工作原理， 沿轴向，转子在前静子在后，交错排列从而具有多级。
图2. 轴流式压气机的组成
1、轴流式压气机的转子
1.1 转子的基本形式 基本形式有鼓式、盘式、鼓盘式。
图7. 风扇叶片
1、轴流式压气机的转子
1.2 转子叶片 2）榫头——有销钉式、燕尾形、枞树形三种形式。
图8. 叶片榫头
2、轴流式压气机的静子
2.1 压气机机匣 机匣有分段式、分半式和整体式三种。
图9. 典型发动机的高压压气机分半式机匣
2、轴流式压气机的静子
2.2 静子叶片
图10. 静子叶片的固定方式
压气机
喘振机理 通过压气机的气流反复堵塞又畅通，使的通过压气机的流量大、流速高、
可压缩的空气在本身惯量和压气机给予的巨大能量作用下产生了周期行的震荡。
3、 压气机防喘系统
防喘措施： 1、放气机构 2、旋转一级或数级导流叶片 3、机匣处理 4、采用双轴或三轴结构
防喘措施
1、放气机构——从压气机某一个或数个中间截面放气
• 两面进气,这样可以增大进气量 • 对于平衡作用在轴承上的轴向力也有好处
一、 离心式压气机的组成
工作叶轮
一、离心式压气机的组成
• 3、扩压器
• 位于叶轮的出口处 • 其通道是扩张形的 • 空气在流过它时, 速度下降, 压力和温度都上升
• 密封装置分类
• 接触式：涨圈式密封 • 非接触式：
• 篦齿封严 • 蜂窝封严 • 石墨＋篦齿 • 刷式封严
1、 封气装置
1 、 封气装置
各种不同的典型密封装置
1. 封 气 装 置
1. 封 气 装 置
各种不同的典型密封装置
• 蜂窝封严和刷式封严
2 、 间隙控制装置
• 目的：减少叶尖漏气，进一步提高发动机的性能和效率。
• 使气流拐弯并以一定方向均匀进入工作叶轮, 以减小流动损失 • 此过程中气流加速，防止出现拐弯分离流
• 气流参数变化
• 空气在流过它时速度增大,而压力和温度下降
一、 离心式压气机的组成
2、工作叶轮
• 高速旋转的部件 • 工作叶轮上叶片间的通道是扩张形的 • 空气在流过它时, 对空气作功, 加速空气的流速, 同时提高空气的压力 • 从结构上叶轮分单面叶轮和双面叶轮两种
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4、双转子或三转子压气机
为了解决压气机增压比和风扇转速的矛盾，人们很自然的想到了三转 子结构。所谓三转子就是在双转子发动机上又多了一级风扇转子。这样， 风扇、低压压气机和高压压气机都自成一个转子，各自都有各自的转速。 因此，设计师们就可以相对自由地设计发动机风扇转速、风扇直径以及涵 道比。而低压压气机的转速也就可以不再受风扇的掣肘。
《航空发动机结构》PPT课件
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燃气涡轮发动机的基本机理---喷气推进原理： 喷气推进是牛顿第三定律（作用在物体上的每一
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4、WZ发动机
主要部件：进气道、压气机、燃烧室、动力涡 轮、自由涡轮、尾喷管
特点：通常带有自由涡轮，而其他形式的涡轮 喷气发动机一般没有自由涡轮。
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5 桨扇发动机
螺桨风扇发动机是一种介于涡扇发动机和涡桨 发动机之间的一种发动机形式。它既可看作带除去 外涵道的大涵道比涡扇发动机，又可看作高速先进 螺桨的涡桨发动机，因而兼有前者飞行速度高和后 者耗油率低的优点。目前正处于研究和实验阶段。
航空发动机结构分析
1. 目录
2. 绪论 3. 压气机 4. 涡轮 5. 燃烧室 6. 尾喷管 7. 总体结构 8. 受力分析
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西北工业大学装置。自从人类尝试进行
有翼飞行器飞行以来，经历了无数次失败，只是在使 用了活塞式内燃机以后，才在20世纪初把第一架飞机 送上蓝天。
• 对单转子发动机来讲，就是指压气机、主燃烧 室的带动压气机的涡轮；
• 对双转子发动机来讲，就是指高压压气机、主 燃烧室和高压涡轮。
以核心机为基础，增添不同类型的部件 就可以发展成不同类型的发动机。
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燃气涡轮发动机的主要性能参数 推力 单位推力 推重比 单位迎面推力 单位燃油消耗率 增压比涡轮前燃气温度涵道比
桨扇发动机的概念研 究始于70年代中期。80年 代后半期已完成地面和飞 行验证试验，基本达到预 期目标。由于航空公司的 综合经济因素和公众接受 心理等种种原因，桨扇发 动机尚未进入实用阶段。
风扇压气机结构设计
优化方法
几何优化
调整风扇压气机的叶片形状、角 度和位置等几何参数，以提高其
性能表现。
流动控制
采用适当的流动控制措施，如安装 导流叶片、使用湍流模型等，改善 风扇压气机的内部流场结构。
多学科优化
综合考虑结构、热力学和气动力学 等多个学科因素，进行多学科优化 设计，提高整体性能。
优化实例
某型风扇压气机通过改进叶片形状，减少了流动 损失，提高了效率。
轻量化
风扇压气机的设计应尽可能减 轻其重量，以减小发动机的总
重，提高飞行器的性能。
维护性
风扇压气机的设计应便于维护 和修理，降低维护成本，提高
发动机的经济性。
03 风扇压气机的设计方法
设计方法概述
理论设计
基于压气机气动理论和结 构力学原理，进行风扇压 气机的设计。
实验设计
通过实验测试和数据分析， 对风扇压气机进行优化设 计。
风扇压气机结构设计
目录
CONTENTS
• 引言 • 风扇压气机的基本原理 • 风扇压气机的设计方法 • 风扇压气机的结构设计 • 风扇压气机的性能仿真与优化 • 结论与展望
01 引言
研究背景和意义
随着航空工业的快速发展，风扇压气机作为航空发动机的关 键部件，其性能和效率对整个发动机的性能有着重要影响。 因此，研究风扇压气机的结构设计具有重要的实际意义。
04 风扇压气机的结构设计
风扇叶轮设计
总结词：高效低阻
详细描述：风扇叶轮设计应注重提高空气流动效率，降低流动阻力，以达到更高的压缩效率。叶轮的形状、叶片的数目、角 度以及材料选择都是关键因素。
机匣设计
总结词
刚度与强度
详细描述
机匣作为风扇压气机的外壳，需要承受内部的气体压力和旋转力矩。因此，机匣设计应注重提高刚度 和强度，防止变形和振动。同时，机匣的冷却设计也是关键。
航空发动机原理图文解析
航空发动机原理－－螺桨风扇发动机螺桨风扇发动机是一种介于涡轮风扇发动机和涡轮螺旋桨发动机之间的一种发动机形式，其目标是将前者的高速性能和后者的经济性结合起来，目前正处于研究和实验阶段。
螺桨风扇发动机的结构见图，它由燃气发生器和一副螺桨-风扇（因为实在无法给这个又象螺旋桨又象风扇的东东起个名字，只好叫它螺桨-风扇）组成。
螺桨-风扇由涡轮驱动，无涵道外壳，装有减速器，从这些来看它有一点象螺旋桨；但是它的直径比普通螺旋桨小，叶片数目也多（一般有6～8叶），叶片又薄又宽，而且前缘后掠，这些又有些类似于风扇叶片。
根据涡轮风扇发动机的原理，在飞行速度不变的情况下，涵道比越高，推进效率就越高，因此现代新型不加力涡轮风扇发动机的涵道比越来越大，已经接近了结构所能承受的极限；而去掉了涵道的涡轮螺旋桨发动机尽管效率较高，但由于螺旋桨的速度限制无法应用于M0.8~M0.95的现代高亚音速大型宽体客机，螺桨风扇发动机的概念则应运而生。
由于无涵道外壳，螺桨风扇发动机的涵道比可以很大，以正在研究中的一种发动机为例，在飞行速度为M0.8时，带动的空气量约为内涵空气流量的100倍，相当于涵道比为100，这是涡轮风扇发动机所望尘莫及的，将其应用于飞机上，可将高空巡航耗油率较目前高涵道比轮风扇发动机降低15%左右。
同涡轮螺旋桨发动机相比，螺桨风扇发动机的可用速度又高很多，这是由它们叶片形状不同所决定的。
普通螺旋桨叶片的叶型厚度大以保证强度，弯度大以保证升力系数，从剖面来看，这种叶型实际上就是典型的低速飞机的机翼剖面形状，它在低速情况下效率很高，但一旦接近音速，效率就急剧下降，因此装有涡轮螺旋桨发动机的飞机速度限制在M0.6~M0.65左右；而螺桨-风扇的既宽且薄、前缘尖锐并带有后掠的叶型则类似于超音速机翼的剖面形状，这种叶型的跨音速性能就要好的多，在飞行速度为M0.8时仍有良好的推进效率，是目前新型发动机中最有希望的一种。
当然，螺桨风扇发动机也有其缺点，由于转速较高，产生的振动和噪音也较大，这对舒适性有严格要求的客机来讲是一个难题。
航空发动机结构-第四章风扇压气机的结构
❖ 叶片在轮盘槽内的固定
卡圈、锁片、锁板、销钉
2.压气机工作叶片结构
❖ 根部 (榫头)
❖销钉连接
2.压气机工作叶片结构
❖ 根部 (榫头) ❖锁片槽向固定
2.压气机工作叶片结构
❖ 根部 (榫头) ❖锁片、销钉槽向固定
2.压气机工作叶片结构
❖ 根部 (榫头) ❖凸台、钢丝槽向固定
2.压气机工作叶片结构
2.压气机工作叶片结构
2.压气机工作叶片结构
2.压气机工作叶片结构
❖ 带蜂窝结构
❖ 带波纹片结构
❖RR公司的空心叶片设计
2.压气机工作叶片结构
2.压气机工作叶片结构
❖ 根部 (榫头)
叶片和盘的连接部分并将叶片的离心力均匀加在 盘缘上。
轴向燕尾型--广泛采用于风扇、压气机中。 环形燕尾槽--用于高压后几级中。 榫树型榫头--在压气机中较少使用。
❖ 措施：
热空气； 热滑油； 防冰涂层； 进气锥形状
3.防外来物打伤（FOD）
❖ 大涵道比风扇及涡轮轴发动机尤为重要
3.防外来物打伤（FOD）
❖ 防止外物打伤的措施：
叶片上加凸台，带冠； 小展弦比叶片 进气锥及增压级气路形状 中介机匣位置 防尘网 粒子分离器
3.防外来物打伤（FOD）
3.防外来物打伤（FOD）
❖可无内环
外环与机匣连接：
❖焊接、机匣内开槽、螺母连接；
第四节 防冰、防喘装置等
❖ 1.进气机匣 ❖ 2.防冰系统 ❖ 3.防外来物打
伤
1.进口导向器叶片
❖ 组成：
内外环 进口导向器叶片
❖ 进口导流叶片
正预旋 反预旋
2.防冰系统
2.防冰系统
❖ 防冰条件：
卡圈、锁片、锁板、销钉
2.压气机工作叶片结构
❖ 根部 (榫头)
❖销钉连接
2.压气机工作叶片结构
❖ 根部 (榫头) ❖锁片槽向固定
2.压气机工作叶片结构
❖ 根部 (榫头) ❖锁片、销钉槽向固定
2.压气机工作叶片结构
❖ 根部 (榫头) ❖凸台、钢丝槽向固定
2.压气机工作叶片结构
2.压气机工作叶片结构
2.压气机工作叶片结构
2.压气机工作叶片结构
❖ 带蜂窝结构
❖ 带波纹片结构
❖RR公司的空心叶片设计
2.压气机工作叶片结构
2.压气机工作叶片结构
❖ 根部 (榫头)
叶片和盘的连接部分并将叶片的离心力均匀加在 盘缘上。
轴向燕尾型--广泛采用于风扇、压气机中。 环形燕尾槽--用于高压后几级中。 榫树型榫头--在压气机中较少使用。
❖ 措施：
热空气； 热滑油； 防冰涂层； 进气锥形状
3.防外来物打伤（FOD）
❖ 大涵道比风扇及涡轮轴发动机尤为重要
3.防外来物打伤（FOD）
❖ 防止外物打伤的措施：
叶片上加凸台，带冠； 小展弦比叶片 进气锥及增压级气路形状 中介机匣位置 防尘网 粒子分离器
3.防外来物打伤（FOD）
3.防外来物打伤（FOD）
❖可无内环
外环与机匣连接：
❖焊接、机匣内开槽、螺母连接；
第四节 防冰、防喘装置等
❖ 1.进气机匣 ❖ 2.防冰系统 ❖ 3.防外来物打
伤
1.进口导向器叶片
❖ 组成：
内外环 进口导向器叶片
❖ 进口导流叶片
正预旋 反预旋
2.防冰系统
2.防冰系统
❖ 防冰条件：
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航空发动机结构
第四章 风扇/压气机的结构
第四章 风扇/压气机结构
❖ 第一节 概 述 ❖ 第二节 转子系统 ❖ 第三节 静子系统 ❖ 第四节 辅助系统
防冰装置、防喘装置等
第一节 概 述
❖1. 组成及分类
组成;
❖进气道、静子、转子、防喘/防冰系统。
分类：
❖轴流、离心、混合压气机。
气动特征，结构特征
第一节 概 述
❖ 4. 气流通道形式
等外径设计
❖能充分提高叶片切向速度，加大加工量。 ❖以减少压气机级数。 ❖切向速度受到强度的限制。 ❖多在压气机前面几级使用。
F404低压风扇
❖等外径气流通道设计
第一节 概 述
等内径设计
❖优点：提高末级叶片效率。 ❖缺点：对气体加功量小，级数多。
等中径设计
❖介于两者之间，一般均混合采用。
4.转子平衡
❖ 动不平衡：单位：牛顿 * 米*米
第三节 轴流压气机静子
❖1. 风扇机匣结构 ❖2. 压气机机匣结构 ❖3. 整流器
1.风扇静子机匣
❖ 1.承力机匣框架：
铸焊组合
❖ 2.出口导向叶片：
距离---噪音
❖ 3.包容环：
防止叶片飞出
❖ 4.吸音衬套：
声学衬套。
风扇机匣的包容性
2. 压气机机匣
风扇叶片的槽向固定
❖CFM56-5B 风扇连接
3.压气机轮盘结构
❖ 作用
固定叶片并使叶片对 气体作功。
负荷很大是重要零件。
❖ 剖面形状
外缘：视叶片尺寸定 内部：由强度而定。 中心：开孔大加厚。
3.压气机轮盘结构
❖ 盘～轴作成一体简化结构
❖ 盘～叶片做成一体
（Blade+Disk＝Blisk）
❖ 整体叶环
（Blade+Ring＝Bling）
3.压气机轮盘结构
❖ 整体叶盘结构 ❖ 减少榫头的漏气量提 高效率
❖ 避免由榫头的磨蚀、 裂纹及锁片的损坏带 来的故障
❖ 要考虑叶片被外物打 伤后的维修问题
❖ 设计中要保证前缘具 有较小振动应力和较 高的抗外物打伤能力
风扇盘结构
4.转子平衡
❖ 静不平衡量：单位：牛顿 * 米
❖销钉连接
2.压气机工作叶片结构
❖ 根部 (榫头) ❖锁片槽向固定
2.压气机工作叶片结构
❖ 根部 (榫头) ❖锁片、销钉槽向固定
2.压气机工作叶片结构
❖ 根部 (榫头) ❖凸台、钢丝槽向固定
2.压气机工作叶片结构
❖ 根部 (榫头) ❖卡环槽向固定
2.压气机工作叶片结构
❖ 环型燕尾榫头
加工简单 安装方便 承受负荷小 零件数目减少
2.压气机工作叶片结构
2.压气机工作叶片结构
❖ 根部 (榫头)
叶片和盘的连接部分并将叶片的离心力均匀加在 盘缘上。
轴向燕尾型--广泛采用于风扇、压气机中。 环形燕尾槽--用于高压后几级中。 榫树型榫头--在压气机中较少使用。
❖ 叶片在轮盘槽内的固定
卡圈、锁片、锁板、销钉
2.压气机工作叶片结构
❖ 根部 (榫头)
❖ 鼓加强盘：
盘的变形大于鼓的变形。
混合式转子
1. 转子的基ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ结构
❖二、转子的连结形式：
短螺栓连接 焊接的盘鼓混合式转子 销钉连接转子 长螺栓连接转子
短螺栓连接转子
二、转子的连结形式
❖发动机转子应力分布
焊接的盘鼓混合式转子
销钉连接 转子
长螺栓连接转子
长螺栓连接转子
❖AL-31F
2.压气机工作叶片结构
CFM56-5C高压压气机
❖等内径气流通道设计
第二节 轴流压气机转子
❖1. 转子的基本结构 ❖2. 压气机工作叶片结构 ❖3. 压气机轮盘结构 ❖4. 转子平衡技术
1. 转子的基本结构
❖ 一、结构分类
鼓式转子
❖结构简单弯曲刚性好 ❖转速受到限制(低于200米/秒)。 ❖大流量比发动机增压级多采用。
❖ 分类
使用材料:
❖镁合金、铝合金、钛合金、合金钢.
加工工艺:
❖ 铸造、锻造、板料焊接、轧等.
2. 压气机机匣
❖ 形状
分半机匣
❖简单易安装、刚性不均。
分段整环机匣
❖刚性好、不易安装。
双层机匣
❖机匣受力和保持气流通道机匣分开，可便于 间隙控制以提高压气机效率。
2. 压气机机匣
❖ 机匣间的连接
螺钉、螺栓 精密螺栓 自锁螺栓
伤
1.进口导向器叶片
❖ 组成：
内外环 进口导向器叶片
❖ 进口导流叶片
正预旋 反预旋
2.防冰系统
2.防冰系统
❖ 防冰条件：
水分和温度。
❖ 结冰后果：
进气流量降低 涡轮前温度提高 冰脱落打伤叶片
❖ 措施：
热空气； 热滑油； 防冰涂层； 进气锥形状
3.防外来物打伤（FOD）
❖ 叶身
叶型：
❖ 亚音、超音
叶尖切速：
❖ 决定叶片的加功量
宽弦：
❖ 提高抗外物打伤能力，减振
2.压气机工作叶片结构
端弯叶片
2.压气机工作叶片结构
❖带凸肩叶片
❖宽弦叶片
2.压气机工作叶片结构
2.压气机工作叶片结构
2.压气机工作叶片结构
❖ 带蜂窝结构
❖ 带波纹片结构
❖RR公司的空心叶片设计
❖ 螺栓的选取
机匣刚度 机匣气封性
2. 压气机机匣
高压压气机机匣
3.整流器
❖ 1 叶片
叶型为亚音、有带冠、底座
❖ 2 外环、内环
加强叶片强度，提高自振频率； 内环有封严装置防止级间漏气；
❖可无内环
外环与机匣连接：
❖焊接、机匣内开槽、螺母连接；
第四节 防冰、防喘装置等
❖ 1.进气机匣 ❖ 2.防冰系统 ❖ 3.防外来物打
鼓式转子—斯贝MK-202
❖鼓式转子
鼓式转子—CFM56
1. 转子的基本结构
❖ 一、结构分类
盘式转子
❖盘的强度好 ❖弯曲刚性差 ❖盘易产生振动
盘式转子—PW4000
加强盘式转子
• SPEY 低压压气机转子
混合式转子
❖ 恰当半径：
盘的变形等于鼓的变形。
❖ 盘加强鼓：
盘的变形小于鼓的变形。
❖大涵道比涡轮风扇发动机
第一节 概 述
❖小涵道比涡轮风扇发动机
第一节 概 述
❖涡轮螺桨发动机
第一节 概 述
❖涡轮轴发动机
第一节 概 述
❖ 2.特 点
进口处：
❖外物易打伤、结冰、腐蚀。
转速高：
❖叶片根部、轮盘承受负荷极大，平衡要求高。
对空气做功：
❖要求效率高、叶型设计。
叶片高而薄：
❖易振动、高频疲劳。
第一节 概 述
❖ 3.要求解决的问题
转子要有足够的刚性和强度；
❖基本原则是等强度，等刚度设计
抗外物打伤能力和包容能力强；
❖采用结构措施提高可靠性
防喘、减缓振动，避免共振； 效率提高、工作稳定可靠； 重量轻、寿命长、成本低。
转子在横向力作用下的变形
高压转子沿轴向弯曲刚性基本上为等刚度
第一节 概 述
第四章 风扇/压气机的结构
第四章 风扇/压气机结构
❖ 第一节 概 述 ❖ 第二节 转子系统 ❖ 第三节 静子系统 ❖ 第四节 辅助系统
防冰装置、防喘装置等
第一节 概 述
❖1. 组成及分类
组成;
❖进气道、静子、转子、防喘/防冰系统。
分类：
❖轴流、离心、混合压气机。
气动特征，结构特征
第一节 概 述
❖ 4. 气流通道形式
等外径设计
❖能充分提高叶片切向速度，加大加工量。 ❖以减少压气机级数。 ❖切向速度受到强度的限制。 ❖多在压气机前面几级使用。
F404低压风扇
❖等外径气流通道设计
第一节 概 述
等内径设计
❖优点：提高末级叶片效率。 ❖缺点：对气体加功量小，级数多。
等中径设计
❖介于两者之间，一般均混合采用。
4.转子平衡
❖ 动不平衡：单位：牛顿 * 米*米
第三节 轴流压气机静子
❖1. 风扇机匣结构 ❖2. 压气机机匣结构 ❖3. 整流器
1.风扇静子机匣
❖ 1.承力机匣框架：
铸焊组合
❖ 2.出口导向叶片：
距离---噪音
❖ 3.包容环：
防止叶片飞出
❖ 4.吸音衬套：
声学衬套。
风扇机匣的包容性
2. 压气机机匣
风扇叶片的槽向固定
❖CFM56-5B 风扇连接
3.压气机轮盘结构
❖ 作用
固定叶片并使叶片对 气体作功。
负荷很大是重要零件。
❖ 剖面形状
外缘：视叶片尺寸定 内部：由强度而定。 中心：开孔大加厚。
3.压气机轮盘结构
❖ 盘～轴作成一体简化结构
❖ 盘～叶片做成一体
（Blade+Disk＝Blisk）
❖ 整体叶环
（Blade+Ring＝Bling）
3.压气机轮盘结构
❖ 整体叶盘结构 ❖ 减少榫头的漏气量提 高效率
❖ 避免由榫头的磨蚀、 裂纹及锁片的损坏带 来的故障
❖ 要考虑叶片被外物打 伤后的维修问题
❖ 设计中要保证前缘具 有较小振动应力和较 高的抗外物打伤能力
风扇盘结构
4.转子平衡
❖ 静不平衡量：单位：牛顿 * 米
❖销钉连接
2.压气机工作叶片结构
❖ 根部 (榫头) ❖锁片槽向固定
2.压气机工作叶片结构
❖ 根部 (榫头) ❖锁片、销钉槽向固定
2.压气机工作叶片结构
❖ 根部 (榫头) ❖凸台、钢丝槽向固定
2.压气机工作叶片结构
❖ 根部 (榫头) ❖卡环槽向固定
2.压气机工作叶片结构
❖ 环型燕尾榫头
加工简单 安装方便 承受负荷小 零件数目减少
2.压气机工作叶片结构
2.压气机工作叶片结构
❖ 根部 (榫头)
叶片和盘的连接部分并将叶片的离心力均匀加在 盘缘上。
轴向燕尾型--广泛采用于风扇、压气机中。 环形燕尾槽--用于高压后几级中。 榫树型榫头--在压气机中较少使用。
❖ 叶片在轮盘槽内的固定
卡圈、锁片、锁板、销钉
2.压气机工作叶片结构
❖ 根部 (榫头)
❖ 鼓加强盘：
盘的变形大于鼓的变形。
混合式转子
1. 转子的基ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ结构
❖二、转子的连结形式：
短螺栓连接 焊接的盘鼓混合式转子 销钉连接转子 长螺栓连接转子
短螺栓连接转子
二、转子的连结形式
❖发动机转子应力分布
焊接的盘鼓混合式转子
销钉连接 转子
长螺栓连接转子
长螺栓连接转子
❖AL-31F
2.压气机工作叶片结构
CFM56-5C高压压气机
❖等内径气流通道设计
第二节 轴流压气机转子
❖1. 转子的基本结构 ❖2. 压气机工作叶片结构 ❖3. 压气机轮盘结构 ❖4. 转子平衡技术
1. 转子的基本结构
❖ 一、结构分类
鼓式转子
❖结构简单弯曲刚性好 ❖转速受到限制(低于200米/秒)。 ❖大流量比发动机增压级多采用。
❖ 分类
使用材料:
❖镁合金、铝合金、钛合金、合金钢.
加工工艺:
❖ 铸造、锻造、板料焊接、轧等.
2. 压气机机匣
❖ 形状
分半机匣
❖简单易安装、刚性不均。
分段整环机匣
❖刚性好、不易安装。
双层机匣
❖机匣受力和保持气流通道机匣分开，可便于 间隙控制以提高压气机效率。
2. 压气机机匣
❖ 机匣间的连接
螺钉、螺栓 精密螺栓 自锁螺栓
伤
1.进口导向器叶片
❖ 组成：
内外环 进口导向器叶片
❖ 进口导流叶片
正预旋 反预旋
2.防冰系统
2.防冰系统
❖ 防冰条件：
水分和温度。
❖ 结冰后果：
进气流量降低 涡轮前温度提高 冰脱落打伤叶片
❖ 措施：
热空气； 热滑油； 防冰涂层； 进气锥形状
3.防外来物打伤（FOD）
❖ 叶身
叶型：
❖ 亚音、超音
叶尖切速：
❖ 决定叶片的加功量
宽弦：
❖ 提高抗外物打伤能力，减振
2.压气机工作叶片结构
端弯叶片
2.压气机工作叶片结构
❖带凸肩叶片
❖宽弦叶片
2.压气机工作叶片结构
2.压气机工作叶片结构
2.压气机工作叶片结构
❖ 带蜂窝结构
❖ 带波纹片结构
❖RR公司的空心叶片设计
❖ 螺栓的选取
机匣刚度 机匣气封性
2. 压气机机匣
高压压气机机匣
3.整流器
❖ 1 叶片
叶型为亚音、有带冠、底座
❖ 2 外环、内环
加强叶片强度，提高自振频率； 内环有封严装置防止级间漏气；
❖可无内环
外环与机匣连接：
❖焊接、机匣内开槽、螺母连接；
第四节 防冰、防喘装置等
❖ 1.进气机匣 ❖ 2.防冰系统 ❖ 3.防外来物打
鼓式转子—斯贝MK-202
❖鼓式转子
鼓式转子—CFM56
1. 转子的基本结构
❖ 一、结构分类
盘式转子
❖盘的强度好 ❖弯曲刚性差 ❖盘易产生振动
盘式转子—PW4000
加强盘式转子
• SPEY 低压压气机转子
混合式转子
❖ 恰当半径：
盘的变形等于鼓的变形。
❖ 盘加强鼓：
盘的变形小于鼓的变形。
❖大涵道比涡轮风扇发动机
第一节 概 述
❖小涵道比涡轮风扇发动机
第一节 概 述
❖涡轮螺桨发动机
第一节 概 述
❖涡轮轴发动机
第一节 概 述
❖ 2.特 点
进口处：
❖外物易打伤、结冰、腐蚀。
转速高：
❖叶片根部、轮盘承受负荷极大，平衡要求高。
对空气做功：
❖要求效率高、叶型设计。
叶片高而薄：
❖易振动、高频疲劳。
第一节 概 述
❖ 3.要求解决的问题
转子要有足够的刚性和强度；
❖基本原则是等强度，等刚度设计
抗外物打伤能力和包容能力强；
❖采用结构措施提高可靠性
防喘、减缓振动，避免共振； 效率提高、工作稳定可靠； 重量轻、寿命长、成本低。
转子在横向力作用下的变形
高压转子沿轴向弯曲刚性基本上为等刚度
第一节 概 述