第十一講航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造及強(qiáng)度

授課教師：艾延廷2023/2/2118.4靜子承力系統(tǒng)

承受和傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)靜子機(jī)匣上負(fù)荷的殼體和構(gòu)件組成了發(fā)動(dòng)機(jī)的靜子承力系統(tǒng)。一、單轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)傳力方案內(nèi)傳力、外傳力、內(nèi)外混合傳力及內(nèi)外平行傳力。1、內(nèi)傳力尾噴管、加力燃燒室上的負(fù)荷以及作用于渦輪機(jī)匣上負(fù)荷，均由機(jī)匣3承受并傳到前面的安裝節(jié)。分管式燃燒室多采用。第8章航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2023/2/212圖7-29發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)傳力方案第8章航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2023/2/2132、外傳力

渦輪轉(zhuǎn)子支點(diǎn)在渦輪后或渦輪之間的情況。圖8.47外傳力方案第8章航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2023/2/2143、內(nèi)外混合傳力圖8.48WP6發(fā)動(dòng)機(jī)靜子承力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖第8章航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2023/2/2154、內(nèi)外平行傳力（1）渦輪支承負(fù)荷后支承承力支板渦輪機(jī)匣6安裝節(jié)。（2）尾噴管及渦輪靜子負(fù)荷發(fā)動(dòng)機(jī)外殼安裝節(jié)。

圖8.50內(nèi)外平行傳力方案

第8章航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2023/2/216二、雙轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)傳力方案圖8.51斯貝發(fā)動(dòng)機(jī)承力方案第8章航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2023/2/217（1）低壓渦輪后支點(diǎn)7的徑向負(fù)荷10根空心承力支板13內(nèi)涵道低壓渦輪軸承機(jī)匣12低壓渦輪靜子及其后部負(fù)荷（2）附助安裝節(jié)E：僅承受部分徑向負(fù)荷，減輕機(jī)匣（內(nèi)外涵用支板相聯(lián)）載荷，保證軸向自由膨脹。（3）高壓渦輪轉(zhuǎn)子支點(diǎn)6的負(fù)荷燃燒室的盒形結(jié)構(gòu)向前傳出。沿內(nèi)涵外機(jī)匣前傳。第8章航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2023/2/218中介機(jī)匣4安裝節(jié)盒形結(jié)構(gòu)前端：擴(kuò)壓器機(jī)匣7的10個(gè)空心翼形整流支板與內(nèi)外壁焊成一體。盒形結(jié)構(gòu)后端：兩股氣流中10根空心撐桿將，桿的內(nèi)端與9焊在一起，外端可拆卸。（4）低壓轉(zhuǎn)子前支點(diǎn)1的負(fù)荷19片進(jìn)氣導(dǎo)流葉片1、進(jìn)氣機(jī)匣2低壓壓氣機(jī)前靜子上的負(fù)荷（5）2、3支點(diǎn)的負(fù)荷中介機(jī)匣4的三個(gè)翼形支板外殼。第8章航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2023/2/2198.5發(fā)動(dòng)機(jī)的受力分析第8章航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按性質(zhì)分為三類：一、氣體力的計(jì)算氣體力慣性力（旋轉(zhuǎn)件，機(jī)動(dòng)飛行時(shí)）熱應(yīng)力由組件到整體的計(jì)算方法。（一）進(jìn)氣裝置上氣體軸向力計(jì)算

2023/2/21108.5發(fā)動(dòng)機(jī)的受力分析第8章航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2023/2/2111第8章航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)氣流作用在進(jìn)氣裝置內(nèi)壁上的靜力:氣流作用在進(jìn)氣裝置內(nèi)壁上的動(dòng)力：或?qū)懗桑簞?dòng)壓力靜壓力(2-1)(2-1a)總和2023/2/2112第8章航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)討論：彎管情況下如何？

結(jié)論：作用于管道上的氣體力為該截面上的動(dòng)壓力與靜壓力之總和。

而(2-2)(2-3)

若進(jìn)氣裝置外表面上的空氣壓力所造成的軸向力為，則整個(gè)進(jìn)氣裝置部件上氣體力應(yīng)為:

2023/2/2113第8章航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)式中：見(jiàn)圖（2—5），—燃?xì)饬髁浚ǘu輪轉(zhuǎn)子上氣體軸向力的計(jì)算葉片上氣體力+渦輪盤(pán)前后各部分所產(chǎn)生的氣體軸向力1、葉片上氣體力由（2—1）式知：pbpapcp1p2p3p42023/2/2114第8章航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3、盤(pán)前密封齒以內(nèi)部分的氣體力

(b)(c)2、盤(pán)前密封齒以外部分的氣體力

(d)4、盤(pán)后端面的氣體力

單級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子總的氣體軸向力：2023/2/2115第8章航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般為負(fù)值，表示與推力相反。（三）典型發(fā)動(dòng)機(jī)各部件上的氣體軸向力分布及轉(zhuǎn)子軸向力減荷(2-4)（1）地面試車條件，轉(zhuǎn)子最大轉(zhuǎn)速；（2）外界大氣溫度最低（一般為），飛機(jī)靠近地面以最大速度飛行。發(fā)動(dòng)機(jī)的總推力：各部件上氣體軸向力代數(shù)和。發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度校核用計(jì)算狀態(tài)：2023/2/2116第8章航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

單個(gè)軸承能承受的軸向力為：10～20KN3500+25400+6500+12500+2900=5080012700+23100+6300=421002023/2/2117第8章航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減載措施：（1）滲入B腔的高壓空氣通入大氣，使腔內(nèi)壓力下降到1.3～1.6bar,此時(shí)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子軸向力從52000daN下降到29000daN;(2)從第五級(jí)壓氣機(jī)后引入氣體至A腔，使壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子軸向力從29000daN下降到25400daN;(3)渦輪轉(zhuǎn)子與壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子軸向力相反，把兩組合件軸向聯(lián)結(jié)，可抵消大部分軸向力25400-23100=2300（daN）2023/2/2118第8章航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子減荷的實(shí)際考慮：

（1）不僅地面狀態(tài)，而且其他狀態(tài)下氣體軸向力不能超過(guò)止推軸承所允許的負(fù)荷；（2）軸向力不能太小，防止?jié)L球與內(nèi)外環(huán)產(chǎn)生滑動(dòng)造成滑蹭損傷；（3）軸向力不能改變方向，防止軸承受沖擊，具體措施如下：

①兩轉(zhuǎn)子軸向聯(lián)結(jié)，計(jì)算地面狀態(tài)剩余軸向力；②選擇減荷壓力及受壓面積大小，使整個(gè)轉(zhuǎn)子軸向力負(fù)荷低于止推軸承允許承受的負(fù)荷；③校核其他狀態(tài)軸向力負(fù)荷。2023/2/2119第8章航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2023/2/2120第8章航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為0，Ⅰ兩截面周向分速度平均值和平均半徑；為燃?xì)饬髁浚╧g/s）。二、氣體力作用于組合件的扭矩軸向進(jìn)氣→葉柵作用于氣體的扭矩：2023/2/2121第8章航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)即故因出口氣流接近軸向，認(rèn)為同理，在渦輪轉(zhuǎn)子葉片中，葉片給氣流的扭矩為：由反作用原理，氣體給葉柵的反作用力矩：2023/2/2122第8章航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則（反作用力）同理，軸流式壓氣機(jī)所受總扭矩為零：在渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)中，略去機(jī)械損失，但不計(jì)傳動(dòng)附件扭矩，則渦輪轉(zhuǎn)子反向扭矩2023/2/2123第8章航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較上面等式，有（渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)上承受的總扭矩為零）2023/2/2124第8章航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三、發(fā)動(dòng)機(jī)的慣性力和慣性力矩靜子機(jī)匣上的陀螺力矩：—發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量—與的夾角

2023/2/2125第8章航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)飛機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)，轉(zhuǎn)子的慣性離心力W—轉(zhuǎn)子重量→

飛機(jī)或飛機(jī)零部件質(zhì)量慣性力是飛機(jī)或飛機(jī)零部件重量的n倍，飛機(jī)強(qiáng)度規(guī)范有規(guī)定。飛機(jī)俯沖拉起時(shí)n最大，殲擊機(jī)n=7～8,轟炸機(jī)n=3～6。（2-6）2023/2/2126第8章航空發(fā)動(dòng)機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)飛機(jī)強(qiáng)度規(guī)范給定的n→:2023/2/21278.7發(fā)動(dòng)機(jī)在飛機(jī)上的安裝安裝節(jié)：發(fā)動(dòng)機(jī)與飛機(jī)的聯(lián)接件。主安裝節(jié)：承受軸向力，軸向定位。輔助安裝節(jié)：承受徑向和周向負(fù)荷。

（1）主安裝節(jié)所在平面為主安裝平面，位于剛性強(qiáng)、強(qiáng)度大的零件上；盡可能位于低溫處;注意發(fā)動(dòng)機(jī)重心位置；縮短與止推