航空燃气涡轮发动机构造 第6章 附件传动装置和减速器
典型航空燃气涡轮发动机结构分析讲义
典型航空燃气涡轮发动机结构分析（讲义）北京航空航天大学能源与动力工程学院2007年3月前言航空燃气涡轮发动机的发展已有70年的历史，特别是在近20年以来在结构设计，生产工艺和应用材料上都有了飞速的发展，同时在结构设计上英国罗罗公司，美国通用电气公司、普惠技术联合公司和俄罗斯的航空动力设计集团都逐步形成各自的设计风格和结构特点。
在航空发动机的结构设计中各设计集团在新机的结构设计上一般新结构所占比例不超过30％，因此，在航空发动机发动机结构设计中体现出鲜明的继承性和创新性。
在初步学习了航空发动机结构设计的基础知识后，通过对各设计集团（公司）所设计的航空发动机，在结构设计中的特征进行对比分析有助于更好的了解各种结构的使用优点和问题。
本讲义选取了6种结构设计特征鲜明的燃气涡轮发动机在结构设计方面进行了论述和分析，以加深对航空发动机结构设计中的各种结构使用的条件的理解。
为适合航空发动机维修专业学生的使用，本讲义对两种民用涡扇发动机（CFM56、PW4000）的维修和装配进行了介绍。
目录第一章WP7涡喷发动机 (1)1.1概况 (1)1.2结构和系统 (3)1）总体结构 (3)2）压气机 (8)3）燃烧室 (13)4）涡轮 (15)5）加力燃烧室 (22)6）附件传动系统 (23)7）滑油系统 (24)第二章斯贝涡扇发动机 (26)2.1研制概况 (26)2.2结构和系统 (26)1）总体结构 (26)2）压气机 (28)3）高压压气机 (33)4）燃烧室 (33)5）高压涡轮................................................................................................................................. - 37 -6）低压涡轮................................................................................................................................. - 37 -7）加力燃烧室............................................................................................................................. - 37 -8）尾喷管..................................................................................................................................... - 39 -9）其他......................................................................................................................................... - 39 -第三章F404系列涡轮风扇发动机.................................................................................................... - 40 -3.1F404系列发动机研制与结构 .. (40)1）发展综述................................................................................................................................. - 40 -2）结构设计特点......................................................................................................................... - 41 -3.2F414发动机研制与结构 (43)1）研制背景................................................................................................................................. - 43 -2）主要设计特点......................................................................................................................... - 44 -3.3广泛的可靠性试验 . (48)3.4研制概况 (50)第四章АЛ-31Ф涡扇发动机 (51)4.1研制概况 (51)4.2结构和系统 (51)第五章CFM56系列涡轮风扇发动机结构 (59)5.1CFM56系列发动机研制背景及发展概况 (59)1）发展概述 (59)2）技术数据 (61)3）装机对象 (61)4）结构概述 (61)5.2结构设计特点 (62)1）总体结构 (62)2）风扇及增压压气机 (65)3) 风扇叶片及进气整流锥 (67)4）风扇机匣 (72)5）高压压气机(HPC) (72)6）扩散器及燃烧室 (74)7）高压涡轮 (76)8）低压涡轮(LPT) (80)9) 发动机安装节 (83)10）滑油系统 (84)11) 控制系统 (84)12）起动系统 (85)第六章PW4000系列涡轮风扇发动机结构 (86)6.1PW4000系列发动机研制背景及发展概况 (86)1）发展综述 (86)2）装机对象 (87)3）技术数据 (88)4）结构概述 (88)6.2结构设计特点 (89)1）总体结构 (89)2）低压压气机（LPC） (96)3）压气机进气锥 (97)4）风扇叶片 (98)5）风扇机匣 (99)6）中介机匣 (102)7）高压压气机(HPC) (103)8）扩散器及燃烧室 (104)9）涡轮导向器 (108)10）高压涡轮(HPT) (108)11）低压涡轮(LPT) (110)12）涡轮排气机匣 (111)13）角齿轮箱（AGB） (112)14）主齿轮箱(MGB) (113)15）发动机安装节 (113)第一章WP7涡喷发动机1.1概况涡喷7系列发动机是带加力燃烧室的双转子涡轮喷气发动机，是歼7、歼八8飞机的动力装置。
发动机构造第6章 附件传动装置和减速器
应用：它通常应用在涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机上。 目前，有些大流量比的涡轮风扇发动机也利用减速器来传动 风扇，这种带有减速器的风扇称为传动式风扇。
在燃气涡轮发动机中，为提高涡轮的效率，涡轮转子叶 片尖部的切线速度很高。不同空气流量的发动机由于流通部 分平均直径不同，相应于这些切线速度的最有利的工作转速 也不同。
一、涡轮螺旋桨发动机的双级行星齿轮减速器
涡轮螺旋桨发动机的减速器由于减速比较小，通常要采用 行星式减速的传动方案。比较常用的是双级行星齿轮减速器。 下图所示是PT6A-27涡轮螺旋桨发动机的减速器。PT6A27 发动机是一种用于小型民用飞机的发动机，其起飞功率为 500kW ，螺旋桨由发动机的自由涡轮经减速器带动，在各种 工作状态均保持其转速为 2200 转 / 分。自由涡轮工作转速为 33000转/成与工作原理 典型的恒速传动装置，由差动齿轮传动机构、可变液压组 件和固定液压组件三部分组成。通过这三部分的联合控制和传 输，可得到恒定的输出转速，以驱动交流发电机工作。
图6-9 典型的恒速传动装置
图6-10 CSD传动关系示意图
第6.4节 减速器
6.4.1 减速器的功用 作用：航空动力装置的减速器用来联接并传动飞行器的推进 装置（螺旋桨或旋翼），使被传动的推进装置与航空燃气涡 轮发动机的各旋转部件均在各自最有利的切线速度（转速） 下工作，以提高这些部件和推进装置的效率。
6.4.2 减速器的结构
减速器的结构取决于它的传动方式，而传动方式主要与 减速比的大小有关。（减速比＝输出转速 / 输入转速）
减速比大时，通常采用简单的平行固定轴的传动方式，与 一般常用的齿轮减速器相同，传动式风扇的减速器一般采用 这种形式。在直升机上使用的涡轮轴发动机，由于有机外主 减速器，其机内减速器减速比较大，一般也使用简单的平行 固定轴传动，有时减速齿轮可以有两级。 当减速比较小时，为使减速器结构紧凑，尺寸、重量小， 通常采用各种行星式减速传动方案。根据减速比大小，可有 一级或二级。此外还有差动式的传动方案。
飞机结构与系统：11-5航空燃气涡轮动力装置的附件系统
11.5.4 发动机起动系统
1、发动机启动系统的组成及工作
启动机
电启动机 输出功率受限，用于小功率涡桨涡轴和APU
11.5.4 发动机起动系统
1、发动机启动系统的组成及工作
启动机
空气启动机：用于大中型民航飞机
11.5.4 发动机起动系统
1、发动机启动系统的组成及工作
点火装置
作用： 发动机启动时提供高能点火；特殊情况下再点火 工作：
低电压高能量 注意：不能长期点火
启动供油装置：燃调
启动程序机构
11.5.4 发动机起动系统
2、发动机启动的过程
启动的三个阶段
功 率
N
N涡
N起 + N涡
N起
N
N压
n1 n最小
n2
n慢车 转速n
11.5.4 发动机起动系统
2、发动机启动的过程
油滤 初级孔
双油路燃油喷嘴
11.5.1 燃油系统
3、燃油喷嘴
气动式
燃油/空气 压气机供气 燃油
气动式喷嘴
11.5.1 燃油系统
3、燃油喷嘴
蒸发管式
燃油
混合气
空气
T型蒸发管喷嘴示意图
11.5.1 燃油系统
4、燃油调节器
油门杆给 定的N 1
PMC INOP
T1 P1
e修
PMC
发动机实际N 2
+
- 转速传感器
11.5.4 发动机起动系统
3、发动机的空中起动
―发动机空中停车的处置措施 ―控制飞机的姿态、方向和高度； ―判定失效发动机 ―完成发动机的空中停车程序并向地面报告
11.5.4 发动机起动系统
航空燃气涡轮发动机的双速传动装置及主要构件设计与加工路线制定
目录1 引言 (1)1.1航空发动机的重要性 (1)1.2航空燃气发动机的现状与发展 (1)1.3选题的目的和意义 (2)1.4本课题研究的问题 (2)2 附件传动系统 (3)2.1附件传动系统的工作条件和设计要求 (4)2.2航空燃气涡轮发动机中双速传动装置概述 (4)2.3航空燃气涡轮发动机中双速传动装置工作原理 (5)2.4燃气涡轮发动机起动过程 (6)2.5棘轮式齿轮 (7)3 航空齿轮 (9)3.1航空齿轮加工现状与发展 (9)3.2航空传动齿轮构件对材料技术的要求 (9)3.3国内外航空发动机齿轮材料 (10)3.3.1 几种齿轮材料的工艺性 (11)3.3.2 齿轮材料的发展前景 (11)4 棘轮式齿轮设计 (13)4.1参数输入 (13)4.2轮齿参数的一般设计原则 (13)4.3齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择 (13)4.3.1 小齿轮齿数 z1 的选择 (14)4.3.2 齿宽系数φd的选择 (14)4.3.3 齿轮传动的许用应力 (15)4.3.4 齿轮精度的选择 (17)4.4双速传动装置中齿轮传动比的确定 (18)4.4.1 齿轮具体参数计算 (19)5 齿轮主要制造方法 (26)6 棘轮式齿轮的加工工艺 (28)6.1棘轮式齿轮主体加工规程 (29)6.2棘轮轴的加工工艺规程 (31)6.3零件组合焊接 (32)7 结论 (34)参考文献 (35)致谢 (36)1 引言随着燃气涡轮发动机的发展，推重比的要求越来越高，就要求尽量减轻发动机中部件的数量和结构重量，减小发动机的结构尺寸，以符合未来飞机制造的需要。
1.1 航空发动机的重要性航空发动机的作用是非常重要的，其性能的好坏直接影响着飞机的飞行性能、可靠性及经济性，因此，它被喻为飞机的“心脏”。
由于航空发动机要在高温、高压、高转速和高负荷的环境中长期反复地工作，而且还要求具有重量轻、体积小、推力大、使用安全可靠及经济性好等特点，因此，必须要有很强的设计、加工及制造能力，是一种典型的技术密集型产品。
燃气涡轮发动机总体结构
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发动机附件系统及发动机仪表
❖ 第一节 附件系统在发动机上的安装和传动 ❖ 第二节 起动和点火 ❖ 第三节 滑油系统 ❖ 第四节 发动机的参数测量及仪表
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第一节 附件系统在发动机上的安装和传动
❖ 附件的安装应远离高温区，即在燃烧室和涡轮机匣 的外面应尽量不安装附件，为了发动机能安全工作， 油泵一类的附件如滑油泵、燃油泵、液压泵应避免 安装在高温区；其次受附件材 料的限制，为了使附 件正常工作也必须避开高温区。所以，附件传动机 匣一般安装在温度较 低的压气机机匣上。
(1)、静不平衡 (2)、动不平衡
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三、转子的临界转速
❖ 临界转速是转子固有的，它与转子的质量和刚性有 关，发动机在临界转速附近工作时，会产 生剧烈的 振动。
1、临界转速试验 转子的挠度急剧增加的转速就叫做转子的临界转速。 2、转子的临界转速 转子的质量越小和刚性越大，临界转速越高。
小轴弯曲刚性的办法 ❖ 降低发动机转子刚性较好的办法是支承的轴承座中
采用一些特殊的降低刚性的构造
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五、“挤压油膜”式轴承
❖ 目的： 在某些发动机上，为了尽量减少从旋转组件传向轴承座 的动力负荷的影响，采用了“挤压油膜”式轴承。
❖ 形式： 在轴承外圈和轴承座之间留有很小的间隙，该间隙中充 满了滑油。 该油膜阻尼了旋转组件的径向运动及传向轴承座的动力 载荷，因此减低了发动机的振动及疲劳损坏的可能性。
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❖ 滚动轴承的组成：
由内圈、外圈，一组滚动体（滚珠或滚棒）和保持架组成。 内圈通常装在轴上，与轴紧配合，并与轴一起旋转。 内套圈外表面上有供滚珠或滚棒滚动的沟槽，称内沟或内滚道。 外圈通常在轴承座或机械壳体上，与轴承座孔成过渡配合，起支撑
发动机构造附件传动装置和减速器资料共43页文档
发动机构造附件传动装置和减速器Fra bibliotek 料1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
燃气涡轮发动机06A
发动机 教研室
第6章 涡轮
6.1 涡 轮
涡轮的功用 涡轮的功用是使燃气膨胀，推动涡轮旋转 ，输出功，去带动压气机和附件。 带动的附件有：发电机、燃油泵、滑油泵 、齿轮系等。 涡轮分为径向式和轴流式两种类型。目前 民用航空发动机多用的是轴流式涡轮。
6.1 涡轮的分类
冲击式涡轮
10
6.2 涡轮的结构
导向器叶片和工作叶片都是扭转的,即在叶片叶尖 处的倾斜度大,而安装角小,在叶根处倾斜度小,而 安装角大。 叶片的安装角是叶片的弦线与额线方向之间的夹 角。 扭转的原因是使燃气在沿叶片长度的所有部位有 相同的作功量并且保证进入排气系统的气流具有 均匀的轴向速度。 对导向器叶片的最主要要求是“耐热”，虽然采 取了冷却措施，但仍使用镍合金来制造。
推动涡轮旋转的扭矩是由于气流方向改变而产生的。 叶轮前的导向器两个相邻叶片之间的通道是收敛形的，燃气在其 中膨胀加速并使气流拐弯。 冲击式涡轮的工作叶片的特征是前缘和后缘较薄, 而中间较厚。
推动涡轮旋转的扭矩是由于气流速度的大小和方向的改变而产生 的。 叶轮前的导向器使燃气流改变方向,但不改变压力。 反力式涡轮工作叶片的特征是前缘较厚, 而后缘较薄。 推动涡轮旋转的扭矩是由于气流速度的大小和方向的改变而产生 的。一般大约冲击式占50%,反力式占50% 。 目前燃气涡轮发动机中多采用冲击－反力式涡轮。
20
6.2 涡轮的结构
内部冷却式机匣
涡轮机匣内表面上装有块状的底座, 用以保护外环, 这 底座可与导向器叶片作成一体, 成为叶片的外冠, 外冠 用螺钉固定在机匣上,外叶冠与机匣之间有间隙, 形成双 层壁。 将燃烧室的二股气流引入此间 隙中进行冷却和隔热, 使机匣 内表面不与高温燃气接触。 这种涡轮机匣在发动机工作过 程中膨胀较少, 涡轮径向间隙 比较稳定, 并且热应力较小, 不致出现收缩变形, 翘曲及裂 纹等故障。
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
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6.2 双速传动装置
❖滚棒离合器
滚棒离合器为超越 离合器的一种。它 由外环、隔圈、星 形轮、卡圈、滚棒 和前、后盖板等组 成
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6.2 双速传动装置
滚棒离合器构造
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离心飞重式转速调节器和伺服油缸
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6.3 恒速传动装置（CSD）
正向差动工作状态
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6.3 恒速传动装置（CSD）
反向差动工作状态
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6.1 附件传动装置
外部传动装置
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6.1 附件传动装置
中心传动装置：将发动机转子的转动变为 与发动机轴线相垂直的转动。以便将发动 机转子的一部分功率传递到发动机外。中 心传动装置一般由一对锥型齿轮1和2组成。
Z3 Z2
Z4
Z1
涡桨5发动机减速器的传动关系
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6.4 减速器
ALF502涡轮风扇发动机的传动式风扇
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6.5 测扭机构
测扭机构：用以测量发动机在不同工作状态下的实际输 出扭矩大小的机构（发动机的实际功率） ❖功用:
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6.1 附件传动装置
附 件 传 动 装 置 的 结 构 布 局
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6.2 双速传动装置
❖目的：
减少发动机零件数目，从而轻发动机重量 将起动机与发电机作为一体，成为起动-发电机， • 发动机起动时，作为直流电动机 • 起动后，作为发电机
6.4 减速器
传动方案：简单传动式方案
(a)外啮合方案；(b)内啮合方案。1-主动齿轮；2，3-中间齿轮；4-从动齿轮
i n4 n2 n4
n1
n1 n3
6.4 减速器
游星式传动方案
(a)单游星式；(b)重游星式。1-太阳轮；2，3-游星齿轮；4-内齿轮； H-游星架 Company Logo
6.4 减速器
在某些中等 功率或大功率的 涡轮螺旋桨发动 机上，为了改善 轮齿负荷的分配 情况，采用差动 式行星齿轮减速 器。
涡桨5发动机双级差动式行星齿轮减速器的传动方C案ompany Logo
6.4 减速器
Z6 Z5
外部传动装置：将垂直于发动机转子轴线 的转动变为轴向的转动，并将传递到发动 机外的功率分配给各附属系统。外部传动 装置一般由一对锥型齿轮3和4组成。
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6.1 附件传动装置
❖要求：
转速、转向、传动功率、安装位置 便于接近和维护 尺寸小、重量轻 线路短 安装位置温度低
6.4 减速器
功用:
使被传动的推进装置及各旋转部件均在最有利的 转速下工作,提高效率
分类:
机内与机外减速器 同心与偏心减速器 单桨与双桨减速器
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6.4 减速器
在燃气涡轮发动机中，为提高涡轮的效率， 涡轮转子叶片尖部的切线速度很高。不同空气 流量的发动机由于流通部分平均直径不同，相 应于这些切线速度的最有利的工作转速也不同， 但均远大于推进装置的工作转速。
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6.4 减速器
❖ 减速器的结构
减速器的结构取决于它的传动方式，而传动方式主 要与减速比的大小有关。
（减速比＝输出转速 / 输入转速） 减速比大：简单的平行固定轴的传动方式 当减速比较小：各种行星式减速传动方案
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附件传动 装置
中心传动 装置
外部传动 装置
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6.1 附件传动装置
中心传动装置
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6.1 附件传动装置
中心传动装置
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6.1 附件传动装置
可变液压组件
固定液压组件
恒速传动装置的组成
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6.3 恒速传动装置（CSD）
典型的恒速传动装置
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6.3 恒速传动装置（CSD）
CSD传动关系示意图
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6.3 恒速传动装置（CSD）
轴B
动装置工作原理(作为启动电动机)
棘爪离合器 （合闸）
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6.2 双速传动装置
齿轮7
棘爪离合器 （离闸）
滚棒离合器 （合闸）
摩擦离合器
轴A
启动-发电机
轴B
附件传动装置 主传动轴
发动机转子
双速传动装置工作原理(作为发电机)
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。
6.1 附件传动装置
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6.1 附件传动装置
中心传动 装置
外部传动 装置
附件传动 装置
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6.1 附件传动装置
6.2 双速传动装置
棘爪离合器 棘爪离合器也是超越离合器的一种，它由棘轮、
离合子、以及安装离合子的安装座等组成
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6.2 双速传动装置
启动-发电机
轴A
摩擦离合器
齿轮6 齿轮7
滚棒离合器 （离闸）
齿轮4 齿轮5
中心传动装置
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6.1 附件传动装置
水平斜齿轮
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6.1 附件传动装置
水平斜齿轮
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6.1 附件传动装置
径向斜齿轮
控制功率,不至于过大引起零件损坏; 发现发动机的不正常工作状态; 协调各发动机功率; ❖测取办法: 直接测取弹性轴相对角位移 测取静子件作用力
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6.5 测扭机构
涡桨5发动机的测扭机构
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6.5 测扭机构
Gas Turbine
Aero-engine
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第6章 附件传动装置和减速器
6. 附件传动装置和减速器
6.1 附件传动装置 6.2 双速传动装置 6.3 恒速传动装置 6.4 减速器 6.5 测扭机构
中国民航飞行学院 航空工程学院
6.1 附件传动装置
❖附件传动装置 将发动机转子的功率、转速传输到附件并驱动
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6.3 恒速传动装置（CSD）
功用：
发动机在不同转速时，保持发电机转速恒定 工作状态：增速传动状态
减速传动状态 直接传动状态
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6.3 恒速传动装置（CSD）
恒速传动装置
差动齿轮传动机构
PT6A-27涡轮螺旋桨发动机减速器的测扭机构
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6. 附件传动装置和减速器
本章结束
中国民航飞行学院 航空工程学院
对于涡桨5发动机，螺旋桨功率NB可由下式计算：
NB=0.19417Pm （kW）
式中：Pm为测扭机构滑油表压力指示值，如滑油表 指示压力为8629.85kpa，则发动机功率为：
NB=0.19417×8629.85≈1675 kW
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6.5 测扭机构
6.4 减速器
差动式传动方案
(a)单游星差动式；(b)重游星差动式。1-主动齿轮；2，3-游星齿轮；4-中心轮； H-游星架
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6.4 减速器
PT6A-27涡轮螺旋桨发动机的减速器
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6.2 双速传动装置
两对正齿轮 一套棘爪离合器 一套摩擦离合器 一套滚棒离合器
典型的双速传动装置
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6.2 双速传动装置
❖摩擦离合器
摩擦离合器是起 过载保护作用的。 它由一组铜片、 钢片、弹簧和内 齿轮、外齿轮等 组成。