涡轮风扇发动机27页PPT
第七章涡轮风扇发动机
第7章涡轮风扇发动机Turbo-fan engine第7.1节概述Introduction涡轮风扇发动机简称涡扇发动机，又称为双路式涡轮喷气发动机或内外函式涡轮喷气发动机。
是目前广泛使用的航空燃气轮机之一。
20世纪50年代初期用涡轮螺桨发动机代替活塞式航空发动机，用于旅客机和运输机。
但是当时的涡轮螺桨发动机，由于螺桨设计的原因，不适宜于在高亚声速条件下飞行。
为了提高飞机的飞行速度，50年代中期开始发展涡轮风扇发动机。
涡轮风扇发动机有内外二个函道，在内函燃气发生器后面增加动力涡轮，将燃气发生器产生的一部分或大部分可用功，通过动力涡轮传递给外函通道中的压气机(或称风扇)。
涡轮风扇发动机的优点：涡轮风扇发动机的外函风扇处于飞机进气道内，可以在跨声速或超声速飞行时工作，避免了螺桨在高亚声速飞行时效率低的缺点，它与涡轮喷气发动机相比较，由于将可用功分配给较多的空气，降低了尾喷管气流的喷射速度，提高了发动机的推进效率，增大了发动机的推力(参见第二章第2.5节)。
采用涡轮风扇发动机以后，为提高热效率而提高涡轮前燃气温度不会给推进效率带来不利的影响。
因此，现在高亚声速旅客机和运输机用的涡轮风扇发动机出现了“三高”的趋势：高涡轮前燃气温度T4*、高压气机设计增压比πc*和高函道比B(外函气流量与内函气流量之比)。
20世纪60年代以来涡轮风扇发动机得到了迅速的发展，目前它已取代涡轮喷气发动机和涡轮螺桨发动机成为高亚声速旅客机和运输机的主要动力装置。
2 0世纪60年代以来涡轮风扇发动机得到了迅速的发展，目前它已取代涡轮喷气发动机和涡轮螺桨发动机成为高亚声速旅客机和运输机的主要动力装置。
图7.1.1为美国GE公司的GE90大函道比分排涡轮风扇发动机的外形图，其涡轮前燃气温度T4*为1700K、压气机设计增压比πc*为39.3、函道比B为8.4。
空气流量为1420kg/s、起飞推力高达34250～38920daN。
图7.1.1 GE90大函道比分排涡轮风扇发动机的外形图将涡扇发动机的外函空气与内函涡轮后燃气相渗合，并进行加力燃烧，就成为加力涡轮风扇发动机。
航空发动机结构-涡轮结构设计PPT幻灯片
3.1 机匣
❖机匣的定心
❖机匣防热应力
3.1 机匣
❖机匣的销钉定心
3.2 叶尖间隙控制
❖ 1.影响叶片与机匣间隙的因素：
机匣和叶片的蠕变； 转子与机匣偏心、机匣变形； 通道形式与支点的分布；
❖ 2.设计要求：
机匣刚度好保持圆度 材料的耐高温性能好 保持机匣与转子同心
涡轮叶片与机匣径向间隙变化
2.1 工作叶片
❖ 3. 榫头
双叶片
2.1 工作叶片
❖ 4. 中间叶根(伸根) 作用:
❖ 降低叶片对盘的传 热
❖ 冷却空气导入 ❖ 减小应力集中 ❖ 伸根处可安装阻尼
材料
2.1 工作叶片
❖ 5.锁紧方式
锁片，挡板
2.1 工作叶片
❖ 高寿命，高可靠性锁紧结构
2.1 工作叶片
❖ 5.锁紧方式
材料工艺的选择演变
❖A) 锻造 (60年代) B) 精铸 (70年代) ❖C) 定向结晶(80年代)D) 单向结晶(80年代)
2.1 工作叶片
❖定向结晶 ❖ 单向结晶
2.1 工作叶片
❖ 7.叶片材料
防护涂层
❖铝化物涂层抗氧化腐蚀； ❖Cr抗硫化物腐蚀。
高温涂层
2.2 涡轮盘
❖ 1) 工作条件：
❖ 5.3典型冷却系统
2.3 转子结构
❖ 1. 盘--轴连接
短螺栓连接
2.3 转子结构
❖ 1. 盘--轴连接
圆弧端齿 (RB199)
2.3 转子结构
❖ 1. 盘--轴连接
盘带短轴通过花 键与轴连接
多根长螺栓连接
2.3 转子结构
❖ 2 盘--盘连接
径向销钉 焊接 短螺栓连接 盘上直接开孔螺栓连接 多根长螺栓连接
《涡轮发动机的原理》课件
燃烧过程
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燃烧室中的燃油和压缩空气混合燃烧，
产生高温高压气体。
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排气过程
高温高压气体从涡轮中排出，驱动涡轮 机械负载并产生动力。
涡轮发动机的应用
1 航空领域
喷气式飞机和涡扇发动机 广泛应用于商业航空和军 用航空。
2 汽车领域
3 工业领域
涡轮增压技术使汽车发动 机提高功率和燃油经济性。
涡轮发电机和涡轮动力机 械在工业生产中发挥重要 作用。
涡轮发动机的构造
压Байду номын сангаас机的构造
压气机由多级气压扇、高压压气 机和低压压气机组成，负责将空 气压缩。
燃烧室的构造
燃烧室由燃料喷嘴和燃烧室壁面 组成，用于使燃料燃烧并产生高 温高压气体。
涡轮的构造
涡轮由高压涡轮和低压涡轮组成， 通过蓄能机械能以驱动压气机和 涡轮机械负载。
工作过程分析
1
空气压缩过程
压气机将空气压缩，提高密度和温度。
未来发展趋势
涡轮发动机的新技术
新材料、新设计和新制造技术将进一步提高涡轮发 动机的性能。
环保性能的提升
涡轮发动机的燃烧效率和废气排放将得到改善，符 合环保要求。
《涡轮发动机的原理》 PPT课件
涡轮发动机是一种高效且广泛应用于多个领域的发动机。本课件将介绍涡轮 发动机的基本原理、构造、工作过程以及应用和未来发展趋势。
简介
涡轮发动机的定义
涡轮发动机是以涡轮机械能直接驱动气动机械 继续完成机械工作的内燃机。
涡轮发动机的分类
涡轮发动机可以分为喷气式、涡桨和涡扇发动 机。
基本原理
压气机的作用
压气机通过压缩空气 增加其密度，提供给 燃烧室进行燃烧。
典型航空燃气涡轮发动机PPT课件
Typical aero gas turbine engines
精品ppt
1
主要内容
• 燃气涡轮发动机的发明 • 航空燃气涡轮发动机的作用和要求 • 航空燃气涡轮发动机的基本类型 • 典型航空燃气涡轮发动机介绍
精品ppt
2
燃气涡轮喷气发动机的发明
弗兰克·惠特尔 (Frank Whittle) 英国航空工程师、 发明家、喷气 推进技术的先驱、空军准将。1907年6月1日生于英国考文垂的伊 尔斯顿。1923年加入皇家空军，入克伦威尔皇家空军学院学习并 接受飞行训练。1928年在一篇《关于燃气涡轮和喷气反作用飞机》的论 文中，首次提出了喷气热力学的基本公式。同年，惠特尔以优异成绩毕业， 成为皇家空军的战斗机驾驶员。1930年又取得第一个涡轮喷气发动机设计 的专利。1931—1932年任新型飞机试飞员。后到皇家空军工程学校和剑桥 大学进修。
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航空燃气涡轮发动机的作用和要求
设计要求
军用发动机
民用发动机
1. 性能：推力、耗油率、起动等 2. 适用性：稳定性、加力、吸烟 3. 结构和安装 4. 可靠性 5. 维修性 6. 隐身性、矢量推力
1. 起飞推力和推重比 2. 巡航耗油率 3. 结构和安装 4. 可靠性、寿命和维护性 5. 污染物排放 6. 低噪声
英国在第二次世界大战后期和战后使用的各型喷气战斗机，大都是 根据惠特尔的设计而研制成的。50年代初，惠特尔又先后研制成世界上第 一种涡轮螺旋桨旅客机“子爵号”和第一架涡轮喷气客机“彗星号”。 1953年出版了《喷气机：开拓者的精故品事ppt》。1996年8月9日去世，享年3 89岁。
燃气涡轮喷气发动机的发明
1. 涡轮喷气发动机 Turbo-jet engine
第13讲 涡轮螺桨发动机PPT课件
8.1 涡桨发动机概述
1985年10月中德联合研制MPC-75飞机（70座级支线客机）
8.1 涡桨发动机概述
MPC75的发动机GE36，无涵道风扇发动机 （Unducted Fan，UDF）
8.1 涡桨发动机概述 安-70运输机由乌克兰的安东诺夫科学技术综合体(
前安东诺夫设计局)研制，与俄罗斯联邦共同开发。 总重47吨，在3800千米～7400千米的高度上 能运载25～35吨货物。
8.2 涡轮螺桨发动机的分类
功率为2000kw或2000kw以下的涡桨发动机，其空气 流量都低于10kg/s，小流量燃气发生器采用离心式压气机较 合理，特别是压气机的出口高压部分采用离心式压气机，可 以避免轴流式压气机叶片短小、效率低和结构复杂等缺点。
具有离心式压气机的分轴式涡轮螺桨发动机 具有双级离心式压气机的分轴式涡轮螺桨发动机
8.3 涡轮螺桨发动机的性能指标
涡轮螺桨发动机的性能指标
性能指标
表示方法
功率 耗油率
用 Ppr 表示螺桨轴功率， 其单位是千瓦 kW
用 sfcpr 表示按轴功率计 算的耗油率，其单位是 kg•kW-1•h-1
用当量功率 Pe 表示 按当量功率计算的耗油率 sfce
8.3 涡轮螺桨发动机的性能指标 涡轮螺桨发动机的功率和耗油率有两种表示方法
8.1 涡桨发动机概述
具有动力涡轮的涡桨发动机，动力涡轮转速一般在 6000～12000转／分。定轴式涡桨发动机，燃气发生器 的涡轮转速一般在8000～18000转／分，但是螺旋桨的 转速必须很低，一般只有1000转／分左右。因此，在涡 轮螺旋桨发动机中，均要有减速器 。
8.1 涡桨发动机概述
由螺旋桨、减速器、进气道、压气机、燃烧室、涡轮、 尾喷管组成
航空涡轮发动机
图1 涡扇发动机剖视图1、前言涡扇发动机是现代先进战斗机的心脏，它是高科技的结晶，是工业和材料科学高度发达的产物，多少国家因为它而被挡在航空大国之外。
也许有人会想，这样一个高科技的结晶，我们普通人想必很难理解它是如何工作的吧？其实并不是这样，它的工作原理还是很容易理解的。
作为军迷，对它有所了解就能自己判断一些消息的真伪，识破一些显而易见的谎言。
本文就对涡扇发动机进行简要科普，只要学过初高中物理的同学都看得懂，想得通。
上图是涡扇发动机的剖视图，将其更进一步简化，就得到下面的平面示意图（虽然图2是大涵道比的发动机，但基本结构一样，用于解说无妨）。
以下解说请对照这两张图来阅读。
图2 涡扇发动机纵向刨面投影图2、基本结构和工作原理涡扇发动机的主体结构可以看做由一粗一细的两根管子套在一起形成的。
较细的那根管子从前到后依次包裹着低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、中/低压涡轮，最后连接到尾喷管（战机发动机在尾喷管前还常有加力燃烧室）。
由于各级压气机叶轮的直径逐渐缩小，较细的这根管子不是直桶形，而是类似于细腰花瓶一样的形状（图1）。
这根较细的管子所包裹的内部空间就叫做内涵道。
而套在内涵道外部的较粗的管子从前到后依次包裹着风扇（民航客机发动机上可见的旋转叶轮）和部分或整个内涵道。
涡扇发动机是这样工作的：旋转的风扇从发动机前方吸入空气，其中一部分空气进入内涵道，另一部分进入外涵道。
进入内涵道的空气再经过一系列串联的叶轮，即压气机（为简化起见，压气机的结构和原理以后叙述，这里姑且把压气机看成一系列直径较小的风扇），每经过一级压气机空气就被压缩，密度增大、温度上升。
经过低压和高压压气机压缩的空气继续向前来到燃烧室，在燃烧室中与喷入的燃油混合燃烧。
燃烧的高温使空气膨胀冲击燃烧室后方的涡轮。
涡轮就像风车一样，所不同的是风车是靠流动的空气驱动，而涡轮是靠燃烧室排放的高温高压燃气驱动。
燃气驱动涡轮做功，由于涡轮跟风扇、低压和高压压气机连在同一根轴上，因此涡轮带动前方的风扇、高压和低压压气机转动，继续为燃烧室提供空气。
燃气涡轮发动机概述
F100-PW-229
129.4 kN
推重比=8.0
F110-GE-129
129.1 kN
推重比=8.0
AL-31F(АЛ-31Ф) 122.6 kN
推重比=8.0
授课人 贾斯法
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第4代战斗机的特点
❖高的敏捷性 ❖好的隐身性 ❖短距起飞着陆能力 ❖超声速巡航能力
授课人 贾斯法
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四代机对发动机的要求
授课人 贾斯法
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4.涡轮喷气发动机—压气机
❖ 作用: ❖提高进入燃烧室的空气压力
❖ 重要参数: ❖增压比(P出口/P进口)
❖ 影响发动机性能好坏的一个主要参数
授课人 贾斯法
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4.涡轮喷气发动机—燃烧室
❖ 作用、特点、构造
授课人 贾斯法
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4.涡轮喷气发动机—涡轮
❖作用： ❖燃气膨胀作功驱动压气机
授课人 贾斯法
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联合攻击机 JSF
❖一机三型 ❖ 一条生产线完成三型飞机生产
一机三型 ❖ CTOL型 常规起降 23 t 空军用 ❖ STOVL短距起飞垂直降落型 23 t
海军陆战队、英海军用 ❖ CV即舰载型 海军用 较前二者重
授课人 贾斯法
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联合攻击机 JSF
❖ ~2010年服役 ❖ 将与F-22成为美国主力战斗机 ❖ 投资约160亿美元 ❖ 计划生产3000架 ❖ 供英海军60架、英空军200架
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高涵道比涡扇发动机
❖ 2001年11月19月 ❖ GE-90推力达到
535 kN
授课人 贾斯法
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2006年3月 航空发动机发展特点
航空发动机结构设计
❖对产品的设计要求 ❖适用性、可靠性、维修性 ❖经济性、耐久性
第三章涡轮机及喷气发动机1PPT资料45页
第二节 热力涡轮机级的基本理论
热力涡轮机=汽轮机+燃气轮机 一、透平级的概念 1．级的定义： 一列静叶和一列动叶组成的最基本的
工作单元，称为透平级。是透平机械能量转换的单 元。 2．级内能量转换原理： 喷嘴：工质在喷嘴中膨胀→使其温度、压力下降→ 速度增加→将热能转换为动能，获得高速汽流；
发展机组容量的原因： 1） 减小电站单位容量的造价；相对20MW机
组电站单位造价，50MW机组电站的单位造价 可降低15%；100MW的电站单位造价可降低 25%； 2） 提高机组的效率 减小新建电站数目，加快电站建设速度。
二、构造与分类
1．蒸汽轮机 简称汽轮机，工质为水蒸气，旋转式叶片机械； 1） 结构特点
前苏联：1960初，仅有5台16MW的蒸汽机； 1970年底，15MW以上的蒸汽机，达 235台，其中，30MW的机组69台。
我国：1955年制造第一台蒸汽机，6000千瓦， 到70年代末，已生产1.2万千瓦、2.5万千
瓦、5MW、10MW、20MW的蒸汽机。 目前运行中的最大机组容量为1300MW。
用途： （1）地面机械——发电、船舶、机车等的动力源 （2）航空用飞机的动力 （3）涡轮喷气式发动机——用于高速飞机。因其
喷射速度大。
3．燃气轮机与蒸汽机的比较 缺点：单机容量小；效率低； 优点：设备简单、轻便； 用水量少； 便于自动控制、起动快
4．发展规模 美国：1950年，每台蒸汽机平均容
量为4MW； 1962年，为 13.5MW； 1972年，为 52MW。
地面燃气轮机：要求提供轴功率，所以需要动力透平; 单轴式—动力透平和燃气透平固定在同一根轴上； 分轴式——动力透平具有单独的旋转轴： 优点：燃气发生器转子和动力透平可有不同转速， 使各部分具有较高的工作效率和较宽的运行范围。