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风扇压气机结构设计.ppt

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风扇 压气 结构设计
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第二讲 风扇/压气机结构设计,离心(斜流)压气机轴流压气机(风扇),2006年3月,航空发动机结构设计,2,第二讲 风扇/压气机结构设计,第一节 概 述第二节 转子系统第四节 静子系统第五节 辅助系统防冰装置、防喘装置等,2006年3月,航空发动机结构设计,3,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,2006年3月,航空发动机结构设计,4,第一节 概 述,大涵道比涡轮风扇发动机,2006年3月,航空发动机结构设计,5,第一节 概 述,小涵道比涡轮风扇发动机,2006年3月,航空发动机结构设计,6,第一节 概 述,涡轮螺桨发动机,2006年3月,航空发动机结构设计,7,第一节 概 述,涡轮轴发动机,2006年3月,航空发动机结构设计,8,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。,2006年3月,航空发动机结构设计,9,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。,2006年3月,航空发动机结构设计,10,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,2006年3月,航空发动机结构设计,11,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。,2006年3月,航空发动机结构设计,12,,F404低压风扇,等外径气流通道设计,2006年3月,航空发动机结构设计,13,第一节 概 述,等内径设计优点:提高末级叶片效率。(为什么?)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。,2006年3月,航空发动机结构设计,14,CFM56-5C高压压气机,等内径气流通道设计,2006年3月,航空发动机结构设计,15,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,2006年3月,航空发动机结构设计,16,1. 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。,2006年3月,航空发动机结构设计,17,鼓式转子—斯贝MK-202,鼓式转子,2006年3月,航空发动机结构设计,18,鼓式转子—CFM56,2006年3月,航空发动机结构设计,19,,,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,2006年3月,航空发动机结构设计,20,盘式转子—PW4000,2006年3月,航空发动机结构设计,21,,加强盘式转子,SPEY 低压压气机转子,2006年3月,航空发动机结构设计,22,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。鼓加强盘:盘的变形大于鼓的变形。,2006年3月,航空发动机结构设计,23,混合式转子,2006年3月,航空发动机结构设计,24,1. 转子的基本结构,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,2006年3月,航空发动机结构设计,25,短螺栓连接转子,2006年3月,航空发动机结构设计,26,二、转子的连结形式,发动机转子应力分布,2006年3月,航空发动机结构设计,27,,,焊接的盘鼓混合式转子,2006年3月,航空发动机结构设计,28,,销钉连接 转子,2006年3月,航空发动机结构设计,29,长螺栓连接转子,2006年3月,航空发动机结构设计,30,长螺栓连接转子,AL-31F,2006年3月,航空发动机结构设计,31,2.压气机工作叶片结构,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,2006年3月,航空发动机结构设计,32,2.压气机工作叶片结构,端弯叶片,2006年3月,航空发动机结构设计,33,2.压气机工作叶片结构,带凸肩叶片,宽弦叶片,2006年3月,航空发动机结构设计,34,2.压气机工作叶片结构,2006年3月,航空发动机结构设计,35,2.压气机工作叶片结构,2006年3月,航空发动机结构设计,36,2.压气机工作叶片结构,RR公司的空心叶片设计,带蜂窝结构,带波纹片结构,2006年3月,航空发动机结构设计,37,2.压气机工作叶片结构,2006年3月,航空发动机结构设计,38,2.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,2006年3月,航空发动机结构设计,39,2.压气机工作叶片结构,根部 (榫头),销钉连接,2006年3月,航空发动机结构设计,40,2.压气机工作叶片结构,根部 (榫头),锁片槽向固定,2006年3月,航空发动机结构设计,41,2.压气机工作叶片结构,根部 (榫头),锁片、销钉槽向固定,2006年3月,航空发动机结构设计,42,2.压气机工作叶片结构,根部 (榫头),凸台、钢丝槽向固定,2006年3月,航空发动机结构设计,43,2.压气机工作叶片结构,根部 (榫头),卡环槽向固定,2006年3月,航空发动机结构设计,44,,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,2006年3月,航空发动机结构设计,45,风扇叶片的槽向固定,2006年3月,航空发动机结构设计,46,,CFM56-5B 风扇连接,2006年3月,航空发动机结构设计,47,3.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。,2006年3月,航空发动机结构设计,48,3.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),2006年3月,航空发动机结构设计,49,,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,2006年3月,航空发动机结构设计,50,风扇盘结构,2006年3月,航空发动机结构设计,51,4.转子平衡,静不平衡量:单位:牛顿 * 米,2006年3月,航空发动机结构设计,52,4.转子平衡,动不平衡:单位:牛顿 * 米*米,2006年3月,航空发动机结构设计,53,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,2006年3月,航空发动机结构设计,54,1.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。,2006年3月,航空发动机结构设计,55,风扇机匣的包容性,2006年3月,航空发动机结构设计,56,2. 压气机机匣,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.,2006年3月,航空发动机结构设计,57,2. 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。,2006年3月,航空发动机结构设计,58,2. 压气机机匣,机匣间的连接螺钉、螺栓 精密螺栓自锁螺栓,螺栓的选取机匣刚度机匣气封性,2006年3月,航空发动机结构设计,59,2. 压气机机匣,2006年3月,航空发动机结构设计,60,,高压压气机机匣,2006年3月,航空发动机结构设计,61,3.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;,2006年3月,航空发动机结构设计,62,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,2006年3月,航空发动机结构设计,63,1.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降低进口M数 反预旋--使加工量加大。,2006年3月,航空发动机结构设计,64,2.防冰系统,2006年3月,航空发动机结构设计,65,2.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,2006年3月,航空发动机结构设计,66,3.防外来物打伤(FOD),大涵道比风扇及涡轮轴发动机尤为重要,2006年3月,航空发动机结构设计,67,3.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,2006年3月,航空发动机结构设计,68,3.防外来物打伤(FOD),2006年3月,航空发动机结构设计,69,GE90,RB211-535E4,3.防外来物打伤(FOD),2006年3月,航空发动机结构设计,70,CFM56-2,CFM56-3,3.防外来物打伤(FOD),2006年3月,航空发动机结构设计,71,CFM56-5,CFM56-7,2006年3月,航空发动机结构设计,72,4. 防喘装置,1.喘振原因进气畸变,吞烟,进气道堵塞。2.防喘措施放气机构可调进口导向器叶片可调静子叶片处理机匣多转子。,2006年3月,航空发动机结构设计,73,,放气机构,2006年3月,航空发动机结构设计,74,,可调静子叶片,2006年3月,航空发动机结构设计,75,,处理机匣,2006年3月,航空发动机结构设计,76,,PD-33发动机处理机匣,
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