1、 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)航空發(fā)動機核心機壓 氣 機1 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)主要內(nèi)容第一節(jié) 概述第二節(jié) 壓氣機工作原理第三節(jié) 壓氣機構(gòu)造第四節(jié) 壓氣機防喘措施第五節(jié) 壓氣機氣流控制系統(tǒng)第六節(jié) 壓氣機附屬裝置第七節(jié) 離心式壓氣機2 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)第四節(jié) 壓氣機防喘措施u壓氣機喘振的定義壓氣機喘振的定義u 產(chǎn)生喘振的機理產(chǎn)生喘振的機理 u 防喘措施防喘措施 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)一、壓氣機喘振 壓氣機喘振是氣流沿壓氣機軸向發(fā)生的低頻率、高振幅的氣流振蕩現(xiàn)象，它產(chǎn)生很大的激振力，導致強烈的機械振動，破壞性很大。4 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)壓氣機喘振的主要特征壓氣機喘振的主要特征 l音調(diào)低而沉悶；音調(diào)低而

2、沉悶；l非常強烈的機械振動；非常強烈的機械振動；l轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定；轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定；l推力突然下降并大幅波動。推力突然下降并大幅波動。l壓氣機出口總壓和流量大幅度波動；壓氣機出口總壓和流量大幅度波動； 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)攻角：攻角： 壓氣機工作葉輪進口處的相對速度的方向與葉片弦壓氣機工作葉輪進口處的相對速度的方向與葉片弦線之間的夾角。線之間的夾角。 壓氣機工作葉輪進口處相對速度的方向與葉片弦線之間的夾角。攻角的物理意義：攻角的物理意義： 當正攻角過大時，會引起葉背處發(fā)生分離；此時，受轉(zhuǎn)子葉片移動速度的作用，分離有愈加惡化的趨勢。負攻角過大時，在葉盆處發(fā)生分離；此時，則不會越來越嚴重。 影響攻角的因素：

3、影響攻角的因素： 壓氣機轉(zhuǎn)速、進氣量、進氣速度。 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)零零功功角角負負功功角角正正功功角角功功角角11111111i :kkkk 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)11ci+i-iw1w1w1u產(chǎn)生負攻角，葉盆分離產(chǎn)生負攻角，葉盆分離當流量增大時：當流量增大時：產(chǎn)生正攻角，葉背分離產(chǎn)生正攻角，葉背分離當流量減小時：當流量減小時：1111ccii 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu) 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu) 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu) 喘振是發(fā)動機的一種不正常的工作狀態(tài)，是由壓氣喘振是發(fā)動機的一種不正常的工作狀態(tài)，是由壓氣機內(nèi)的空氣流量和壓氣機轉(zhuǎn)速偏離設(shè)計狀態(tài)過多而引機內(nèi)的空氣流量和壓氣機轉(zhuǎn)速偏離設(shè)計狀態(tài)過多而引發(fā)的

4、。喘振是發(fā)動機的致命故障，嚴重時可能導致發(fā)發(fā)的。喘振是發(fā)動機的致命故障，嚴重時可能導致發(fā)動機空中停車甚至發(fā)動機損壞。衡量發(fā)動機喘振性能動機空中停車甚至發(fā)動機損壞。衡量發(fā)動機喘振性能的指標叫做的指標叫做 喘振裕度喘振裕度 ，就是說發(fā)動機的進氣口流量，就是說發(fā)動機的進氣口流量變化多少會引發(fā)喘振，這個值一般都要求達到變化多少會引發(fā)喘振，這個值一般都要求達到1515甚甚至至 20 20以上。以上。二、喘振的產(chǎn)生 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu) 喘振的根本原因是由于氣流攻角過大，在葉背處發(fā)生分喘振的根本原因是由于氣流攻角過大，在葉背處發(fā)生分離，而且這種氣流分離擴展到整個葉柵通道。此時壓氣機葉離，而且這種氣流分離擴

5、展到整個葉柵通道。此時壓氣機葉柵完全失去擴壓能力，不能將氣流推向后方，克服后面較強柵完全失去擴壓能力，不能將氣流推向后方，克服后面較強的反壓，于是流量急劇下降。由于動葉葉柵失去擴壓能力，的反壓，于是流量急劇下降。由于動葉葉柵失去擴壓能力，后面的高壓氣體倒流至前面，造成壓氣機后面的反壓降的很后面的高壓氣體倒流至前面，造成壓氣機后面的反壓降的很低，整個壓氣機流路瞬間變得通暢；由于壓氣機仍保持原來低，整個壓氣機流路瞬間變得通暢；由于壓氣機仍保持原來的轉(zhuǎn)速，大量的氣流被重新吸入壓氣機，流入動葉的氣流負的轉(zhuǎn)速，大量的氣流被重新吸入壓氣機，流入動葉的氣流負攻角很快增加到設(shè)計值，壓氣機后面也建立起高壓氣流，

6、這攻角很快增加到設(shè)計值，壓氣機后面也建立起高壓氣流，這時喘振過程中氣流重新吸入狀態(tài)。然而發(fā)生喘振的流動條件時喘振過程中氣流重新吸入狀態(tài)。然而發(fā)生喘振的流動條件沒有改變，隨著壓氣機后面的反壓不斷升高，壓氣機流量又沒有改變，隨著壓氣機后面的反壓不斷升高，壓氣機流量又開始減小，喘振再次發(fā)生，如此反復。開始減小，喘振再次發(fā)生，如此反復。二、喘振的產(chǎn)生 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)13 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)喘振機理喘振機理 當多級軸流式壓氣機中的某些級產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)失速并進一當多級軸流式壓氣機中的某些級產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)失速并進一步發(fā)展時，壓氣機整個通道受阻，阻礙前方氣流流入，使步發(fā)展時，壓氣機整個通道受阻，阻礙前方氣流流入，

7、使氣流擁塞在這些級的前方。與此同時，由于前方氣流暫時氣流擁塞在這些級的前方。與此同時，由于前方氣流暫時堵塞，出口反壓不斷下降，當出口反壓比較低時，壓氣機堵塞，出口反壓不斷下降，當出口反壓比較低時，壓氣機堵塞狀況被解除，被擁塞的氣流克服了氣體慣性一擁而下，堵塞狀況被解除，被擁塞的氣流克服了氣體慣性一擁而下，于是進入壓氣機的空氣流量又超過了壓氣機后方所能排泄于是進入壓氣機的空氣流量又超過了壓氣機后方所能排泄的流量，壓氣機后方空間里的空氣又的流量，壓氣機后方空間里的空氣又“堆積堆積”起來，反壓起來，反壓又急劇升高，造成壓氣機內(nèi)氣流的再次分離堵塞。又急劇升高，造成壓氣機內(nèi)氣流的再次分離堵塞。 航空發(fā)動

8、機原理和結(jié)構(gòu)喘振機理喘振機理 通過壓氣機的氣流反復堵塞又暢通，使的通過壓氣機通過壓氣機的氣流反復堵塞又暢通，使的通過壓氣機的流量大、流速高、可壓縮的空氣在本身慣量和壓氣機給的流量大、流速高、可壓縮的空氣在本身慣量和壓氣機給予的巨大能量作用下產(chǎn)生了周期行的震蕩。予的巨大能量作用下產(chǎn)生了周期行的震蕩。 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)3、 壓氣機防喘系統(tǒng)防喘措施：防喘措施：1、放氣機構(gòu)、放氣機構(gòu)2、旋轉(zhuǎn)一級或數(shù)級導流葉片、旋轉(zhuǎn)一級或數(shù)級導流葉片3、機匣處理、機匣處理4、采用雙軸或三軸結(jié)構(gòu)、采用雙軸或三軸結(jié)構(gòu) 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)防喘措施防喘措施1、放氣機構(gòu)、放氣機構(gòu)從壓氣機某一個或數(shù)個中間截面放氣從壓氣機某一

9、個或數(shù)個中間截面放氣目的：目的：避免氣流堵塞，增加前幾級壓氣機的空氣流量，避免前幾級避免氣流堵塞，增加前幾級壓氣機的空氣流量，避免前幾級因攻角過大而產(chǎn)生氣流分離。因攻角過大而產(chǎn)生氣流分離。放氣機構(gòu)類型放氣機構(gòu)類型： 放氣活門放氣活門雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機，雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機，WP7WP7 放氣帶放氣帶WP6WP6，WP8WP8 放氣窗放氣窗大涵道比渦扇發(fā)動機，低壓壓氣機出口放氣大涵道比渦扇發(fā)動機，低壓壓氣機出口放氣 使用注意點：使用注意點：在發(fā)動機起動和低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)打開，接近發(fā)動機設(shè)在發(fā)動機起動和低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)打開，接近發(fā)動機設(shè)計狀態(tài)時關(guān)閉；放氣孔的位置和排出空氣的數(shù)量需要根據(jù)具體情況計狀態(tài)時關(guān)閉；放氣孔的位置

10、和排出空氣的數(shù)量需要根據(jù)具體情況經(jīng)過試驗進行選擇；經(jīng)過試驗進行選擇； 優(yōu)缺點：優(yōu)缺點：比較簡單、效果好。比較簡單、效果好。 使用中不經(jīng)濟，需要把已經(jīng)壓縮過（使用中不經(jīng)濟，需要把已經(jīng)壓縮過（1025%）的空氣放的空氣放 到周圍大氣中去，損失了壓縮這部分空氣的機械功。到周圍大氣中去，損失了壓縮這部分空氣的機械功。不經(jīng)不經(jīng) 濟。濟。 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)放氣活門解決方法：1、中間級放氣18 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)放氣帶19 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)WP6放氣窗口20 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)2、旋轉(zhuǎn)一級或數(shù)級導流葉片（可調(diào)靜子葉片）、旋轉(zhuǎn)一級或數(shù)級導流葉片（可調(diào)靜子葉片）進口可轉(zhuǎn)的導流葉片或變彎度導流葉片進口

11、可轉(zhuǎn)的導流葉片或變彎度導流葉片n 目的：當壓氣機在非設(shè)計狀態(tài)工作時，通過改變?nèi)~片角度（或葉身目的：當壓氣機在非設(shè)計狀態(tài)工作時，通過改變?nèi)~片角度（或葉身扭轉(zhuǎn)）來使壓氣機進口預(yù)旋量相應(yīng)改變，使第一級轉(zhuǎn)子葉片進口氣流扭轉(zhuǎn)）來使壓氣機進口預(yù)旋量相應(yīng)改變，使第一級轉(zhuǎn)子葉片進口氣流的攻角恢復到接近設(shè)計狀態(tài)的數(shù)值，消除了葉背上的氣流分離，避免的攻角恢復到接近設(shè)計狀態(tài)的數(shù)值，消除了葉背上的氣流分離，避免喘振。喘振。 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)2、旋轉(zhuǎn)一級或數(shù)級導流葉片（可調(diào)靜子葉片）、旋轉(zhuǎn)一級或數(shù)級導流葉片（可調(diào)靜子葉片）進口可轉(zhuǎn)的導流葉片或變彎度導流葉片進口可轉(zhuǎn)的導流葉片或變彎度導流葉片 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)2、

12、旋轉(zhuǎn)一級或數(shù)級導流葉片（可調(diào)靜子葉片）、旋轉(zhuǎn)一級或數(shù)級導流葉片（可調(diào)靜子葉片）多級可調(diào)靜子葉片多級可調(diào)靜子葉片 可以使第一級后面的若干級轉(zhuǎn)子葉片進口氣流的攻角也接近可以使第一級后面的若干級轉(zhuǎn)子葉片進口氣流的攻角也接近設(shè)計狀態(tài)的數(shù)值。設(shè)計狀態(tài)的數(shù)值。 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)3、機匣處理 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)機匣處理25 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)4、雙轉(zhuǎn)子或三轉(zhuǎn)子壓氣機26 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)4、采用雙軸或三軸結(jié)構(gòu)、采用雙軸或三軸結(jié)構(gòu) 將壓氣機分成兩個或三個轉(zhuǎn)子，分別由各自的渦輪來帶動，使將壓氣機分成兩個或三個轉(zhuǎn)子，分別由各自的渦輪來帶動，使得一臺高增壓比的壓氣機成為兩個或三個低增壓比的壓氣機得一臺高

13、增壓比的壓氣機成為兩個或三個低增壓比的壓氣機。 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)4、雙轉(zhuǎn)子或三轉(zhuǎn)子壓氣機28 為了提高壓氣機的工作效率并增加發(fā)動機喘振裕度，為了提高壓氣機的工作效率并增加發(fā)動機喘振裕度，人們想到了用雙轉(zhuǎn)子來解決問題，即讓發(fā)動機的低壓壓氣人們想到了用雙轉(zhuǎn)子來解決問題，即讓發(fā)動機的低壓壓氣機和高壓壓氣機工作在不同的轉(zhuǎn)速之下，這樣低壓壓氣機機和高壓壓氣機工作在不同的轉(zhuǎn)速之下，這樣低壓壓氣機與低壓渦輪聯(lián)動形成低壓轉(zhuǎn)子，高壓壓氣機與高壓渦輪聯(lián)與低壓渦輪聯(lián)動形成低壓轉(zhuǎn)子，高壓壓氣機與高壓渦輪聯(lián)動形成高壓轉(zhuǎn)子。由于低壓壓氣機和高壓壓氣機分別裝在動形成高壓轉(zhuǎn)子。由于低壓壓氣機和高壓壓氣機分別裝在兩個同心的

14、傳動軸上，當壓氣機的空氣流量和轉(zhuǎn)速前后矛兩個同心的傳動軸上，當壓氣機的空氣流量和轉(zhuǎn)速前后矛盾時，它們就可以自動調(diào)節(jié)，推遲了前面各級葉片上的氣盾時，它們就可以自動調(diào)節(jié)，推遲了前面各級葉片上的氣流分離，從而增加了喘振裕度。流分離，從而增加了喘振裕度。 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)4、雙轉(zhuǎn)子或三轉(zhuǎn)子壓氣機29 然而雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的發(fā)動機也并不是完美的。在雙轉(zhuǎn)子然而雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的發(fā)動機也并不是完美的。在雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的渦扇發(fā)動機上，由于風扇通常和低壓壓氣機聯(lián)動，結(jié)構(gòu)的渦扇發(fā)動機上，由于風扇通常和低壓壓氣機聯(lián)動，風扇為了遷就壓氣機而必須在高轉(zhuǎn)速下運行，高轉(zhuǎn)速帶來風扇為了遷就壓氣機而必須在高轉(zhuǎn)速下運行，高轉(zhuǎn)速帶來的巨大離心

15、力就要求風扇的葉片長度不能太大，涵道比自的巨大離心力就要求風扇的葉片長度不能太大，涵道比自然也上不去，而涵道比越高的發(fā)動機越省油。低壓壓氣機然也上不去，而涵道比越高的發(fā)動機越省油。低壓壓氣機為了遷就風扇也不得不降低轉(zhuǎn)速和單級增壓比，單級增壓為了遷就風扇也不得不降低轉(zhuǎn)速和單級增壓比，單級增壓比降低的后果就是不得不增加壓氣機的級數(shù)來保持一定的比降低的后果就是不得不增加壓氣機的級數(shù)來保持一定的總增壓比。這樣一來壓氣機的重量就難以下降?？傇鰤罕?。這樣一來壓氣機的重量就難以下降。 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)4、雙轉(zhuǎn)子或三轉(zhuǎn)子壓氣機30 為了解決壓氣機增壓比和風扇轉(zhuǎn)速的矛盾，人們很為了解決壓氣機增壓比和風扇轉(zhuǎn)速

16、的矛盾，人們很自然的想到了三轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。所謂三轉(zhuǎn)子就是在雙轉(zhuǎn)子發(fā)自然的想到了三轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。所謂三轉(zhuǎn)子就是在雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機上又多了一級風扇轉(zhuǎn)子。這樣，風扇、低壓壓氣機動機上又多了一級風扇轉(zhuǎn)子。這樣，風扇、低壓壓氣機和高壓壓氣機都自成一個轉(zhuǎn)子，各自都有各自的轉(zhuǎn)速。和高壓壓氣機都自成一個轉(zhuǎn)子，各自都有各自的轉(zhuǎn)速。因此，設(shè)計師們就可以相對自由地設(shè)計發(fā)動機風扇轉(zhuǎn)速、因此，設(shè)計師們就可以相對自由地設(shè)計發(fā)動機風扇轉(zhuǎn)速、風扇直徑以及涵道比。而低壓壓氣機的轉(zhuǎn)速也就可以不風扇直徑以及涵道比。而低壓壓氣機的轉(zhuǎn)速也就可以不再受風扇的掣肘。再受風扇的掣肘。 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)4、雙轉(zhuǎn)子或三轉(zhuǎn)子壓氣機31 為了解決壓氣機增壓

17、比和風扇轉(zhuǎn)速的矛盾，人們很為了解決壓氣機增壓比和風扇轉(zhuǎn)速的矛盾，人們很自然的想到了三轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。所謂三轉(zhuǎn)子就是在雙轉(zhuǎn)子發(fā)自然的想到了三轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。所謂三轉(zhuǎn)子就是在雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機上又多了一級風扇轉(zhuǎn)子。這樣，風扇、低壓壓氣機動機上又多了一級風扇轉(zhuǎn)子。這樣，風扇、低壓壓氣機和高壓壓氣機都自成一個轉(zhuǎn)子，各自都有各自的轉(zhuǎn)速。和高壓壓氣機都自成一個轉(zhuǎn)子，各自都有各自的轉(zhuǎn)速。因此，設(shè)計師們就可以相對自由地設(shè)計發(fā)動機風扇轉(zhuǎn)速、因此，設(shè)計師們就可以相對自由地設(shè)計發(fā)動機風扇轉(zhuǎn)速、風扇直徑以及涵道比。而低壓壓氣機的轉(zhuǎn)速也就可以不風扇直徑以及涵道比。而低壓壓氣機的轉(zhuǎn)速也就可以不再受風扇的掣肘。再受風扇的掣肘。 航空發(fā)動機原

18、理和結(jié)構(gòu)4、雙轉(zhuǎn)子或三轉(zhuǎn)子壓氣機32 但和雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機相比，三轉(zhuǎn)子發(fā)動機的結(jié)構(gòu)進一但和雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機相比，三轉(zhuǎn)子發(fā)動機的結(jié)構(gòu)進一步變得復雜。三轉(zhuǎn)子發(fā)動機有三個相互套在一起的共軸步變得復雜。三轉(zhuǎn)子發(fā)動機有三個相互套在一起的共軸轉(zhuǎn)子，支撐結(jié)構(gòu)更加復雜，軸承的潤滑也更加困難。三轉(zhuǎn)子，支撐結(jié)構(gòu)更加復雜，軸承的潤滑也更加困難。三轉(zhuǎn)子發(fā)動機比雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機多了很多工程上的難題，可轉(zhuǎn)子發(fā)動機比雙轉(zhuǎn)子發(fā)動機多了很多工程上的難題，可是英國的羅爾斯是英國的羅爾斯羅伊斯公司還是對它情有獨鐘。羅伊斯公司還是對它情有獨鐘。羅羅羅公司的羅公司的RB-211RB-211渦扇發(fā)動機上用的就是三轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，渦扇發(fā)動機上用的就是三轉(zhuǎn)子

19、結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子數(shù)量的增加帶來了風扇、壓氣機和渦輪的優(yōu)化。該轉(zhuǎn)子數(shù)量的增加帶來了風扇、壓氣機和渦輪的優(yōu)化。該型發(fā)動機裝備在許多型號的客機上。型發(fā)動機裝備在許多型號的客機上。 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)4、雙轉(zhuǎn)子或三轉(zhuǎn)子壓氣機33 為了千方百計提高壓氣機的喘振裕度，除了采用雙為了千方百計提高壓氣機的喘振裕度，除了采用雙轉(zhuǎn)子壓氣機外，中間級放氣以及機匣處理等措施已逐漸轉(zhuǎn)子壓氣機外，中間級放氣以及機匣處理等措施已逐漸被廣泛運用。在很多現(xiàn)代化的發(fā)動機上人們都保留了放被廣泛運用。在很多現(xiàn)代化的發(fā)動機上人們都保留了放氣活門以備不時之需。比如在氣活門以備不時之需。比如在JT9DJT9D渦扇發(fā)動機上，普拉渦扇發(fā)動機上，普

20、拉特特惠特尼公司就分別在高、低壓壓氣機的第惠特尼公司就分別在高、低壓壓氣機的第4 4、9 9、1515級上保留了三個放氣活門。級上保留了三個放氣活門。 昆侖昆侖 發(fā)動機也采用了先進發(fā)動機也采用了先進的機匣處理措施，以及數(shù)字式防喘控制系統(tǒng)。的機匣處理措施，以及數(shù)字式防喘控制系統(tǒng)。 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)4、雙轉(zhuǎn)子或三轉(zhuǎn)子壓氣機 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)第五節(jié)第五節(jié) 壓氣機氣流控制系統(tǒng)壓氣機氣流控制系統(tǒng)壓氣機容易發(fā)生喘振的工作狀態(tài)和外部條件壓氣機容易發(fā)生喘振的工作狀態(tài)和外部條件n 起動及低功率狀態(tài)起動及低功率狀態(tài)n發(fā)動機轉(zhuǎn)速（推力）下降過程發(fā)動機轉(zhuǎn)速（推力）下降過程n民用飛機打開反推民用飛機打開反推n軍

21、機打開加力軍機打開加力n殲擊機作大過載機動飛行殲擊機作大過載機動飛行n使用操作不當使用操作不當 措施：中間級放氣，雙轉(zhuǎn)子，進口可調(diào)導流葉片和多級措施：中間級放氣，雙轉(zhuǎn)子，進口可調(diào)導流葉片和多級可調(diào)整流葉片并用可調(diào)整流葉片并用氣流控制系統(tǒng)氣流控制系統(tǒng) 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)第五節(jié)第五節(jié) 壓氣機氣流控制系統(tǒng)壓氣機氣流控制系統(tǒng)一般組成：一般組成：n放氣系統(tǒng)（起動放氣，程序放氣，打開反推放氣）放氣系統(tǒng)（起動放氣，程序放氣，打開反推放氣）n可變靜子葉片系統(tǒng)可變靜子葉片系統(tǒng) 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)第六節(jié) 壓氣機附屬裝置1、 封氣裝置封氣裝置2 、間隙控制裝置、間隙控制裝置3 、防冰系統(tǒng)、防冰系統(tǒng) 航空發(fā)動機原

22、理和結(jié)構(gòu)1、 封氣裝置封氣裝置 目的：避免壓氣機轉(zhuǎn)子和靜子之間的級間漏目的：避免壓氣機轉(zhuǎn)子和靜子之間的級間漏氣損失，提高壓氣機效率。氣損失，提高壓氣機效率。有效措施：減少漏氣面積和減少壓力差有效措施：減少漏氣面積和減少壓力差密封裝置分類密封裝置分類n接觸式：漲圈式密封接觸式：漲圈式密封n非接觸式：非接觸式：w篦齒封嚴篦齒封嚴w蜂窩封嚴蜂窩封嚴w石墨篦齒石墨篦齒w刷式封嚴刷式封嚴 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)1、 封氣裝置封氣裝置 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)1 、 封氣裝置封氣裝置 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)1. 封氣裝置各種不同的典型密封裝置各種不同的典型密封裝置 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)1.封氣裝置各種不同的典型密

23、封裝置各種不同的典型密封裝置 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)蜂窩封嚴和刷式封嚴蜂窩封嚴和刷式封嚴 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)2 、 間隙控制裝置間隙控制裝置 目的：減少葉尖漏氣，進一步提高發(fā)動機的性能和效率。目的：減少葉尖漏氣，進一步提高發(fā)動機的性能和效率。分類：分類：n主動間隙控制：主動間隙控制： 高壓壓氣機后段采用雙層機匣，外層承力件，內(nèi)高壓壓氣機后段采用雙層機匣，外層承力件，內(nèi)層是壓氣機氣流通道外廓，雙層間形成層是壓氣機氣流通道外廓，雙層間形成環(huán)形腔環(huán)形腔。在發(fā)。在發(fā)動機不同狀態(tài)下，向環(huán)形腔內(nèi)通以不同溫度和壓力的動機不同狀態(tài)下，向環(huán)形腔內(nèi)通以不同溫度和壓力的空氣，與轉(zhuǎn)子內(nèi)腔配合，使機匣與轉(zhuǎn)子的徑向變形協(xié)

24、空氣，與轉(zhuǎn)子內(nèi)腔配合，使機匣與轉(zhuǎn)子的徑向變形協(xié)調(diào)一致，從而保證較小的間隙值。調(diào)一致，從而保證較小的間隙值。n被動間隙控制：被動間隙控制： 雙層機匣采用特殊結(jié)構(gòu)（懸臂式機匣，環(huán)形頂板雙層機匣采用特殊結(jié)構(gòu)（懸臂式機匣，環(huán)形頂板緩沖器）緩沖器） 隔熱材料和隔熱罩隔熱材料和隔熱罩 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu) 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)防冰系統(tǒng)當飛機穿過含有冷水汽的云層，或在空氣濕度較高和氣溫接近零度的條件下工作時，發(fā)動機進口部分，就會出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象。防冰方法對容易結(jié)冰的零件表面進行加溫。常用熱源有：壓氣機熱空氣、電加熱和滑油加熱。46第六節(jié) 壓氣機附屬裝置 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)3. 防冰系統(tǒng)防冰系統(tǒng) 常用防冰方法常

25、用防冰方法對零件表面加溫對零件表面加溫n熱空氣防冰熱空氣防冰WS9，WP6，WP7n熱滑油防冰熱滑油防冰n電加熱防冰電加熱防冰 WJ n組合防冰組合防冰減小零件表面水的附著力減小零件表面水的附著力n在零件表面涂憎水劑在零件表面涂憎水劑WP7整流罩整流罩 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)需要進行防冰的部位需要進行防冰的部位 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)熱熱空空氣氣防防冰冰 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)熱空氣、滑油和電加熱混合型防冰熱空氣、滑油和電加熱混合型防冰 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu) 不需要采用防冰措施不需要采用防冰措施 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)第七節(jié) 離心壓氣機52離心式壓氣機由導風輪、葉輪、擴壓器等組成離心式壓氣機由導風輪、

26、葉輪、擴壓器等組成( (下圖下圖) )。 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)第七節(jié) 離心壓氣機53 空氣由進氣道進入壓氣機、經(jīng)過與葉輪一起旋轉(zhuǎn)的空氣由進氣道進入壓氣機、經(jīng)過與葉輪一起旋轉(zhuǎn)的導風輪的導引進入葉輪。在高速旋轉(zhuǎn)葉輪作用下，空氣導風輪的導引進入葉輪。在高速旋轉(zhuǎn)葉輪作用下，空氣由葉輪中心被離心力甩向葉輪外緣，壓力也逐漸提高，由葉輪中心被離心力甩向葉輪外緣，壓力也逐漸提高，由葉輪流出的空氣進入擴壓器后速度降低，壓力再次提由葉輪流出的空氣進入擴壓器后速度降低，壓力再次提高，最后由出氣管流出壓氣機。高，最后由出氣管流出壓氣機。 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)第七節(jié) 離心壓氣機 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)第七節(jié) 離心壓氣機5

27、5 離心式壓氣機的空氣流量為數(shù)公斤至數(shù)十公斤每秒。離心式壓氣機的空氣流量為數(shù)公斤至數(shù)十公斤每秒。亞音速離心式壓氣機的增壓比約為亞音速離心式壓氣機的增壓比約為4.5,4.5,超音速離心式壓氣超音速離心式壓氣機可達機可達8 81010，效率約為，效率約為0.780.78。 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)離心式壓氣機的特點及應(yīng)用離心式壓氣機的特點及應(yīng)用n與軸流壓氣機相比具有迎風面積尺寸大、效率低的特點與軸流壓氣機相比具有迎風面積尺寸大、效率低的特點w不宜用于高速飛行的大推力發(fā)動機上不宜用于高速飛行的大推力發(fā)動機上n具有特性平緩、結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好等優(yōu)點具有特性平緩、結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好等優(yōu)點w在早期中小推力發(fā)動

28、機以及近期小型發(fā)動機上得到了應(yīng)在早期中小推力發(fā)動機以及近期小型發(fā)動機上得到了應(yīng)用用n早期離心式壓氣機單級增壓比為早期離心式壓氣機單級增壓比為3.0-4.53.0-4.5，效率為，效率為0.75-0.780.75-0.78n6060年代借助于數(shù)值流場計算技術(shù)使增壓比達到年代借助于數(shù)值流場計算技術(shù)使增壓比達到6-86-8n組合壓氣機（前面加上組合壓氣機（前面加上1-21-2級超跨音速軸流壓氣機），應(yīng)用級超跨音速軸流壓氣機），應(yīng)用于性能良好的小型風扇發(fā)動機于性能良好的小型風扇發(fā)動機第七節(jié) 離心壓氣機 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)定義：定義：n空氣在工作葉輪內(nèi)沿遠離空氣在工作葉輪內(nèi)沿遠離葉輪旋轉(zhuǎn)中心的方向流動

29、葉輪旋轉(zhuǎn)中心的方向流動 離心式壓氣機的組成離心式壓氣機的組成n由進氣裝置由進氣裝置, 工作葉輪工作葉輪, 擴壓器擴壓器, 集氣管等部分組集氣管等部分組成成n葉輪和擴壓器是其中兩個葉輪和擴壓器是其中兩個主要部件主要部件圖圖41 離心式壓氣機離心式壓氣機 第七節(jié) 離心壓氣機 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)一、一、 離心式壓氣機的組成離心式壓氣機的組成1、進氣裝置、進氣裝置 n安裝在葉輪的進口處，其通道是收斂形的安裝在葉輪的進口處，其通道是收斂形的 n功用功用w使氣流拐彎并以一定方向均勻進入工作葉輪使氣流拐彎并以一定方向均勻進入工作葉輪, 以減小流動損失以減小流動損失w此過程中氣流加速，防止出現(xiàn)拐彎分離流此過

30、程中氣流加速，防止出現(xiàn)拐彎分離流n氣流參數(shù)變化氣流參數(shù)變化w空氣在流過它時速度增大空氣在流過它時速度增大,而壓力和溫度下降而壓力和溫度下降 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)一、一、 離心式壓氣機的組成離心式壓氣機的組成2、工作葉輪、工作葉輪n高速旋轉(zhuǎn)的部件高速旋轉(zhuǎn)的部件 n工作葉輪上葉片間的通道是擴張形的工作葉輪上葉片間的通道是擴張形的n空氣在流過它時空氣在流過它時, 對空氣作功對空氣作功, 加速空氣的流加速空氣的流速速, 同時提高空氣的壓力同時提高空氣的壓力n從結(jié)構(gòu)上葉輪分單面葉輪和雙面葉輪兩種從結(jié)構(gòu)上葉輪分單面葉輪和雙面葉輪兩種 w兩面進氣兩面進氣,這樣可以增大進氣量這樣可以增大進氣量w對于平衡作用在

31、軸承上的軸向力也有好處對于平衡作用在軸承上的軸向力也有好處 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)一、一、 離心式壓氣機的組成離心式壓氣機的組成工作葉輪 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)一、離心式壓氣機的組成一、離心式壓氣機的組成3、擴壓器、擴壓器 n位于葉輪的出口處位于葉輪的出口處 n其通道是擴張形的其通道是擴張形的n空氣在流過它時空氣在流過它時, 速度下降速度下降, 壓力和溫度都上升壓力和溫度都上升 4、集氣管、集氣管 n使氣流變?yōu)檩S向使氣流變?yōu)檩S向, 將空氣引入燃燒室將空氣引入燃燒室 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)一、一、 離心式壓氣機的組成離心式壓氣機的組成離心式壓氣機的主要優(yōu)點：離心式壓氣機的主要優(yōu)點：n單級增壓比高單級增

32、壓比高n一級的增壓比可達一級的增壓比可達4:15:1, 甚至更高甚至更高n同時離心式壓氣機穩(wěn)定的工作范圍寬同時離心式壓氣機穩(wěn)定的工作范圍寬n結(jié)構(gòu)簡單可靠結(jié)構(gòu)簡單可靠n重量輕重量輕, 所需要的起動功率小所需要的起動功率小 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)一、一、 離心式壓氣機的組成離心式壓氣機的組成主要缺點：主要缺點：n但它的流動損失大但它的流動損失大, 尤其是級間損失更大尤其是級間損失更大, 不適于用不適于用多級多級, 最多兩級最多兩級n效率較低效率較低, 一般離心式壓氣機的效率最高只有一般離心式壓氣機的效率最高只有8385, 甚至不到甚至不到80n單位面積的流通能力低單位面積的流通能力低, 故迎風面積大

33、故迎風面積大, 阻力大阻力大 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)二、二、 空氣在離心式壓氣機中的流動空氣在離心式壓氣機中的流動空氣在導流器中的流動空氣在導流器中的流動n單面進氣的離心式壓氣機葉輪的進口直接與進氣道的單面進氣的離心式壓氣機葉輪的進口直接與進氣道的出口相接出口相接n雙面進氣離心式壓氣機的進氣裝置一般由雙面進氣離心式壓氣機的進氣裝置一般由預(yù)旋片預(yù)旋片和和分分氣盆氣盆構(gòu)成構(gòu)成w預(yù)旋片的作用在于造成工作輪進口有一定規(guī)律的氣預(yù)旋片的作用在于造成工作輪進口有一定規(guī)律的氣流切向速度分布流切向速度分布w分氣盆的作用則在于將經(jīng)過預(yù)旋片的空氣分為數(shù)層分氣盆的作用則在于將經(jīng)過預(yù)旋片的空氣分為數(shù)層,以便將空氣較均勻地

34、充滿工作輪葉片的進口以便將空氣較均勻地充滿工作輪葉片的進口w進氣裝置中的流道做成略有收斂進氣裝置中的流道做成略有收斂,使空氣經(jīng)過它后使空氣經(jīng)過它后,速速度略有增大，以減少流動損失度略有增大，以減少流動損失 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)圖圖45 雙面離心式壓氣機進氣裝置雙面離心式壓氣機進氣裝置 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)空氣在工作葉輪中的流動空氣在工作葉輪中的流動 n工作葉輪的直徑符號標注如圖工作葉輪的直徑符號標注如圖4-6(a)所示。如果用某所示。如果用某直徑直徑D的圓柱面去截取工作葉輪的圓柱面去截取工作葉輪,并展為平面并展為平面,即得如即得如圖圖4-6(b)所示的圖形。所示的圖形。圖圖46 工作葉輪前的速

35、度三角形和導風輪扭轉(zhuǎn)的作用工作葉輪前的速度三角形和導風輪扭轉(zhuǎn)的作用 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)進口截面上速度三角形分析進口截面上速度三角形分析導風輪相關(guān)概念導風輪相關(guān)概念n對于直式導風輪，工作輪葉片的前緣與輪緣速度相垂直對于直式導風輪，工作輪葉片的前緣與輪緣速度相垂直,則空則空氣微團勢必和葉片相撞擊因而引起過大的損失或工作不穩(wěn)定。氣微團勢必和葉片相撞擊因而引起過大的損失或工作不穩(wěn)定。n葉片的前緣要有扭轉(zhuǎn)角葉片的前緣要有扭轉(zhuǎn)角,它的數(shù)值一般比相對速度的進口角大它的數(shù)值一般比相對速度的進口角大24,也就是攻角也就是攻角n由于沿半徑增大而減小由于沿半徑增大而減小,因此葉片前緣的扭轉(zhuǎn)角也應(yīng)沿半徑增因此葉片前

36、緣的扭轉(zhuǎn)角也應(yīng)沿半徑增大而減小大而減小 n為了便于制造和更換為了便于制造和更換,常把前緣扭轉(zhuǎn)部分的葉片與葉輪分開常把前緣扭轉(zhuǎn)部分的葉片與葉輪分開,前前者叫導風輪者叫導風輪,后者仍叫葉輪后者仍叫葉輪 22121211 rVuVw rrVuVtg11111常常數(shù)數(shù) 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)空氣在工作葉輪中的流動空氣在工作葉輪中的流動n氣流經(jīng)過導風輪氣流經(jīng)過導風輪,相對速度從進口相對速度從進口w1的的轉(zhuǎn)為軸向轉(zhuǎn)為軸向,進進入葉輪后沿徑向向外流動入葉輪后沿徑向向外流動,并有一定的擴壓作用并有一定的擴壓作用n進入葉輪之后氣流由軸向轉(zhuǎn)為徑向進入葉輪之后氣流由軸向轉(zhuǎn)為徑向,向外流動向外流動,以相以相對速度對速度w2離開葉輪離開葉輪 n假設(shè)此過程為定熵過程則假設(shè)此過程為定熵過程則222122222121uuwwdp 航空發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)氣體經(jīng)過工作葉輪的擴壓氣體經(jīng)過工作葉輪的擴壓n離心式壓氣機靜壓增加主要在工作葉輪中實離心式壓氣機靜壓增加主要在工作葉輪中實現(xiàn)，增壓比為現(xiàn)，增壓比為2.5-3.0n工作葉輪中氣體增壓有兩方面因素工作葉輪中氣體增壓有兩方面因素w相對速度的變化相對速度的變化w圓周速度的變化（占據(jù)主導地位）圓周速