发动机构造与系统总结

扯几吧蛋 · 发表于 2012-6-13 16:25:51

第一章概述
1、  燃气涡轮发动机的类型及特点和应用。
1）、涡轮喷气发动机（简称涡喷发动机）。主要特点：
1.          适用于高速飞行。不需要受速度限制的螺旋桨作为推进器；带加力燃烧 室的涡喷发动机突破音速。
2.          耗油率较高。由于涡喷发动机的推力是由高速排出高温燃气所获得的，所以在得到推力的同时，有不少由燃料燃烧所获得的能量以燃气的动能和热能的形式排出发动机，能量损失较大，因此耗油率较高。
2）、涡轮螺旋桨发动机（简称涡桨发动机）。主要特点：
1.          适用于低、中速飞行。由于涡桨发动机以直径较大的螺旋桨作为推进器，飞行速度受到限制，M=0.5～0.7。
2.          耗油率低。燃气中的大部分能量（85%～90%）在动力涡轮中膨胀作工，驱动螺旋桨旋转产生大部分拉力，剩下的很少能量（10%～15%）在尾喷管中膨胀，产生一小部分推力。由于排气能量损失小，推进效率高，所以耗油率低。
  目前支线用的旅客机仍以该发动机为主。
3）涡轴发动机是用于直升机上的，基本同于涡桨发动机，主要区别一是燃气发生器排出的燃气能量，几乎全部在动力涡轮中膨胀作工，尾喷管排气速度较低，几乎不产生推力；二是输出轴转速较高。
   涡轴发动机也可以作为非航空领域中的动力，如地面发电机、油泵、水泵等的动力，舰船用的动力等。
4）涡轮风扇发动机（简称涡扇发动机）。主要特点：
1.          耗油率低、起飞推力大、噪音低、迎风面积大。
2.          适用于较高的飞行速度，且在很广的飞行速度范围内，都能满足推力和经济性的要求。
5）螺桨风扇发动机（简称桨扇发动机）。特点是兼有涡扇与涡桨发动机两者的优点，即比涡扇发动机省油，经济性接近涡桨发动机的水平，又可以接近涡扇发动机的飞行M数巡航。
2、航空燃气涡轮发动机的组成及作用，会识图。
   1. 进气道
用来引导足够数量的空气顺利进入压气机，在飞行速度大于压气机进口气流速度时，还可起到提高空气压力的作用（冲压作用）。进气道在结构上往往属于飞机机体的一部分，但在作用上属于发动机的组成部分。
2. 压气机
用来压缩空气，提高空气压力。有轴流式压气机和离心式压气机。
3. 燃烧室
由喷嘴喷出适量燃料，同压气机流来的空气混合，组织燃烧，产生高温燃气。
4. 涡轮
在高压高温燃气推动下旋转，带动压气机工作。
5. 尾喷管
高温高压燃气充分膨胀，将部分热能转换为动能，高速向外喷出，产生反作用推力。
6. 附件系统
保证发动机和飞机正常工作所必需的附属系统。前者称为发动机附件，如滑油系统、燃油系统、起动和点火系统、操纵和调节系统等；后者称为飞机附件，如液压系统、气压系统、电气系统等。
3、 燃气发生器的定义，核心机的组成。
由于压气机、燃烧室以及驱动压气机的燃气涡轮所组成的装置是用来提供高压、高温燃气的，因此称他为燃气发生器。又称核心机。
4、 燃气涡轮发动机工作时的受力分析，轴向力的减荷措施。
发动机工作时，在所有的组合件和零件上都作用着各种负荷。根据这些负荷的性质可以分为以下三类：
   气体负荷
气体在发动机中流动时，由于速度、压力、方向变化而作用在与其接触的零、组件上的力和力矩。
Ø          质量负荷
如零件的重力，转子旋转、零件振动或飞机作机动飞行时在零、  组件上产生的惯性力及惯性力矩。
Ø          温度负荷
由于零、组件受热不均，或相邻各零件材料不同（线膨胀系数不受同），受热后膨胀受到约束时而产生的热应力。
减荷措施：1、将压气机转子与涡轮转子作成刚性联接或用可以传递轴向力的联轴器联接。2、在轴流式压气机最末级轮盘的后方采用封气装置限制高压气流漏入盘后空腔，并将此腔通过机匣上的定径孔与大气相通，这样就减小了作用在末级盘上的气体压力，从而减小了作用于转子上向前的轴向力。3、将压气机后级或出口级的高压气体引到压气机转子第一级轮盘前腔，使作用于第一级轮盘前端面上向后的气体压力增大，从而减小作用于转子上向前的轴向力。
第二章：压气机
1、压气机的分类及特点。
  1）离心式压气机。主要优点是：单级增压比高，一级的增压比可达4︰1～5︰1，甚至更高；同时离心式压气机稳定工作范围宽；结构简单可靠、重量轻，所需要的起动功率小。缺点是流动损失大，尤其是级间损失更大，不适用于多级，最多两级。正因为这样，离心式压气机的效率较低，单位面积的流通能力低，故迎风面积大，阻力大。
2）轴流式压气机。主要优点是：可以用提高级数的方法来提高压气机的总增压比，以提高压气机效率；单位面积流通能力高，所以迎风面积小，阻力小。缺点是单级增压比低，而且结构复杂。
2、常用的防冰装置类型及功能用途。
   危害：冰层会引起发动机进气面积缩小，减小发动机的空气流量，使发动机的性能变坏，严重时还可能引起压气机喘振。此外，由于发动机振动，冰层可能破裂，冰块被吸入发动机内会打伤叶片，甚至会使整台发动机损坏。
  最常用的防冰方法是对容易结冰的零件表面进行加温。常用的加温方式有：压气机的热空气加温；电加温；热滑油加温；混合采用以上几种加温方式。
3、熟悉压气机转子的基本结构形式及特点，会熟练绘制示意图。
轴流式压气机转子的基本结构型式有三种：鼓式、盘式和鼓盘混合式。

鼓式转子的特点是结构简单、零件数目少、加工方便、有较高的抗弯刚度。但由于受到强度的限制。盘式转子的特点是强度好，但抗弯刚性差，并容易发生振动。鼓盘混合式这种转子兼有鼓式转子抗弯性好和盘式转子强度高的优点，因此在发动机中得到广泛应用。
4、长螺杆连接形式的特点。
优点：连接件较少、装拆比较方便。缺点是必须严格控制螺杆的预紧力，以防工作时转子刚性变差，或螺杆内应力过大以致断裂。另外，当压气机气流通道内径变化较大时，鼓筒直径无法适应轮盘直径的变化，因而转子的刚性不能得到充分的加强，这就使长螺栓结构的采用受到一定的限制。
5、  熟悉压气机工作叶片与轮盘的连接形式及其特点。
销钉式、燕尾形、枞树形。 目前压气机工作叶片常用的榫头是燕尾形榫头。
销钉式榫头的特点：
优点：
   这种榫头不用专用设备加工，对单件生产或试验用的发动机有一定的优越性；另外，可以利用改变销子的直径或销子和销孔的配合间隙的方法来改变叶片的自振频率，而不需要改变轮盘和叶片。
缺点：
   但这种榫头承载能力有限，尺寸和重量大，因而，现代发动机上很少采用。
燕尾形榫头的特点：
优点：
   榫头的尺寸较小；重量较轻；能承受较大的负荷，加工方便，生产率高。
缺点：
   榫槽内有较大的应力集中。
   由于叶片安装角要求的很严格，因而不仅要求榫头、榫槽尺寸精度高，各榫槽的位置精确度的要求也很高。一般采用拉削加工。这就使工装复杂，制造成本提高，但拉削加工生产率高。
枞树形榫头重量轻。但是，它靠多对榫齿传力，应力集中严重，工艺性较差。
6、  熟悉机匣的结构形式及应用。
分半式机匣的特点：优点：刚性好，装、拆机匣时不需分解转子，因而不会破坏转子的平衡。只需拆掉一半机匣就可以检查或更换静子及工作叶片，故装配维修性好。
      缺点：机匣壁面较厚，为保证纵向和轴向结合面的连接刚性及密封性，需要采用较厚的安装边及较多的螺栓；机匣的周向刚性较差，为了加强周向刚性，有时机匣上需带有加强环，从而造成分半式机匣重量较大。
整体式机匣 特点：    整体式机匣重量轻，加工量少，周向刚性均匀，但是压气机的装配较复杂，一般要求转子是可拆卸式的，然而多次拆卸转子会影响转子的平衡性。
7、  熟悉压气机的防喘措施：
Ø    压气机的中间级放气机构；
Ø    可调进口导流叶片和静子叶片；
Ø    可变弯度的进口导流叶片；
Ø    进气处理机匣；
Ø    多转子发动机。
   8、压气机功用：主要功用是对流过它的空气进行压缩，提高空气的压力，为燃气膨胀作功创造条件，以改善发动机的经济性，增大发动机的推力。

第3章：燃烧
1、燃气涡轮发动机燃烧室内组织燃烧过程的主要特点和保证燃烧稳定完全的措施。
组织燃烧过程的主要特点
（1）压气机后气流流速高(100～150m/s，12级台风≈20～30m/s)。
（2）余气系数很大(3.O～4.5)。当飞行条件和工作状态改变时，余气系数还要大得多，如猛收油门时，＞40～50。
保证燃烧室内混合气稳定完全燃烧的基本措施
(1)  空气分股
(2)  反向回流
(3)  在燃烧室内形成非均一的混合气  （4）减速扩压
2、熟悉燃烧室的基本类型及特点：
  分管燃烧室的优缺点
  优点：试验和修正比较容易，不需要庞大的试验设备；维护、检查和更换也比较方便，不需要分解整台发动机；从发动机总体结构安排上，与离心压气机的配合比较协调。
缺点：环形截面积的利用率低(仅70一80％)，因而燃烧室内气流平均速度大，这对稳定燃烧是不利的，总压损失也较大；在高空依靠传馅管传递起动火焰，起动性能差；火焰筒表面积与燃烧室容积之比较大，因而火焰筒壁面气膜冷却所需空气量较多；燃烧室出口温度场分布不均匀；燃烧室较重；由发动机承力系统看，只能内传力。
联管燃烧室的优缺点
优点：结构比较紧凑，直径较小，外壳体可以传递扭矩，从而改善发动机整体刚性，有利于减轻发动机的结构重量。试验、维修与拆装燃烧室都比较方便，可以单独更换火焰筒；试验时用气量较少；火焰筒刚性较好；环形面积利用率较高。
缺点：结构复杂，重量较大。
环形燃烧室可分为三种类型：
Ø 直流环形燃烧室
Ø    1. 带单独头部的直流环形燃烧室（便于在火焰筒的头部组织燃烧）
Ø    2. 全环形燃烧室（可以更好的控制壁面厚度的变化，以改善应力的分布，刚性好；无材料搭接，无焊接接头，避免了应力集中和热点，能减少裂缝，延长燃烧室寿命）
Ø 回流环形燃烧室（气流通路较长，油气混合比较均匀，因而减少了排气污染，降低了发烟度）
Ø 折流环形燃烧室（充分利用空间尺寸，缩短转子支点的距离）
3旋流器的作用：使高温燃气在火焰筒头部产生低速回流区，以稳定火焰，以及使空气与燃油很好掺合，点燃后续混合气，提高燃烧效率。旋流器有叶片式和非叶片式两种形式。
4、喷嘴的作用及类型
燃油喷嘴的功用是将燃油雾化（或汽化），加速混合气的形成，保证稳定燃烧和提高燃烧效率。
航空燃气涡轮发动机使用的喷嘴有离心式喷嘴、蒸发管式喷嘴、甩油喷嘴（亦称甩油盘）和气动式喷嘴等
离心式喷嘴优缺点：离心式喷油嘴工作可靠，有较好的雾化质量，结构坚固，易于调试，故航空发动机中用得最多。但离心式喷油嘴存在高温富油区，容易造成发烟污染，而且在不同的飞行条件下，燃烧室出口温度场变化较大。
气动喷嘴的优缺点：优点是油气混合均匀，避免了主燃区的局部富油区，减少了冒烟和积炭；火焰呈兰色，辐射热量少，使火焰筒壁温较低，气动喷嘴不要求很高的供油压力，而且在较宽的工作范围内，喷雾锥角大致保持不变，所以容易使燃烧室出口温度场分布比较均匀、稳定；简化供油管道，仅用单管供油。气动喷嘴的缺点是：由于油气充分掺混，贫油熄火极限大大降低，使燃烧室稳定工作范围变窄；在起动时，气流速度较低，压力较小，雾化不良。
蒸发管喷嘴的优缺点：燃烧室燃烧效率较高，不冒烟，出口温度场较稳定。缺点是燃烧室稳定工作范围较窄，蒸发管本身冷却困难；管内预混油气存在自燃问题；需要辅助起动供油系统
甩油喷嘴的优缺点：燃油雾化是转速的作用，不受燃油流量的影响。燃油在离心力作用下，油孔出口处油的动压大于98×l05帕，保证良好雾化。在环境温度接近燃油冰点
5、连焰管的作用：传播火焰以及均衡各火焰筒的压力
第4章：涡轮
1、结构分析（设计优点、隔热、热变形等方面）

靠盘与轴间压紧的圆柱面配合保证装配时的定心，采用24个精密螺栓连接，保证工作时定心并传递负荷。轮盘前端伸出一段较长的薄壁筒，上面开有冷却空气通气孔，可以减少盘向轴的传热量。轴承内环内表面开有轴向槽。滑油从此槽中引入润滑冷却轴承。它不仅可减少向轴承传热，还可以改善轴承的冷却效果。涡轮轴后端壁向盘方向凹入，可以缩短盘与轴间的距离，但轴的受力状态不好，因此轴做得较厚些。

2、  熟悉各种涡轮叶片的结构特点及作用。
不带冠的涡轮叶片
带冠的涡轮叶片：叶冠的作用是，减小叶片尖部由叶盆向叶背的潜流，降低二次损失，提高涡轮效率；相邻叶片的叶冠抵紧后可以减小叶片的扭曲变形和弯曲变形，增强叶片的刚性，提高叶片的振动频率；当叶片产生振动时，相邻叶冠间产生摩擦可以吸收振动能量，起到减振作用，带冠叶片多采用对气动有利的薄叶型。带冠叶片的缺点：带冠叶片的缺点是叶冠较重。工作时增加了叶身的离心拉伸应力，也增加了轮盘的负荷。叶冠和叶身转接处易造成应力集中。
第5章
1、尾喷管的功用和类型。
  尾喷管的主要功用是将从涡轮流出的燃气膨胀、加速，将燃气的部分热焓转变为动能，使燃气以很高的速度排出，以产生很大的推力。其次是通过反推力装置改变喷气方向，即变向后的喷气为向斜前方的喷气，产生反推力，以迅速降低飞机落地后的滑跑速度，缩短飞机的滑跑距离；第三是降低发动机的排气噪音，最后是通过调节喷管的临界面积来改变发动机的工作状态。 尾喷管分为：
Ø 亚音速喷管：通道是收敛形的，喷口面积固定或可调
Ø 超音速喷管：通道是先收敛后扩张形的，喷口面积可调
2、 发动机噪音来源及减噪措施：
涡轮喷气发动机的噪音源主要有三个：一个是喷出的高温高速燃气与外界大气混合所产生的噪音；一个是空气进入进气道及在发动机流动过程中产生的噪音；第三个是发动机的振动所产生的噪音。前两个是主要的噪音源。常用消音的方法有三种：降低喷气速度，利用吸音材料，改变振动频率。

  第6章 附件传动装置和减速器
1、熟悉减速器的功用和常用结构形式
   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。
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。减速比大时，通常采用简单的平行固定轴的传动方式，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，此外还有差动式的传动方案。
2、附件传动装置的组成、附件传动装置的驱动力来自哪里？
附件传动装置一般由中心传动装置和外部传动装置两部分组成。驱动力：在单转子发动机中，附件传动装置均由压气机轴驱动。有的由压气机前部传动，有的由压气机后部传动。在多转子发动机中，主要附件均由高压转子驱动。低压转子、中压转子只驱动该转子的转速传感器、转速调节器、辅助滑油泵等。
3、熟悉CSD的定义、结构、功用。
   定义：交流发电机是由发动机通过附件传动装置来驱动的。对于机械式，交流发电机输出的交流电的频率f与发电机的电极对数p及发电机轴的转速n有关，当发电机的电极对数p一定时，发电机输出的交流电的频率f就只与发电机轴的转速n有关。为此，要得到恒频交流电，交流发电机的转速必须恒定。但发动机的转速是变化的，为此在发动机的附件传动装置和发电机之间应有一套保持交流发电机转速恒定的变传动比装置，即恒速传动装置。
  结构：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。
  功用：恒速传动装置的功用就是在发动机的各种状态下（即各种转速下）使交流发电机以恒定的转速工作，以输出频率为400Hz的恒频交流电。
4、熟悉双速传动装置的作用与组成，简述其工作原理。
   功用：连接附件传动装置和启动发电机，自动实现起动过程和工作进程（发电）两条不同的传动路线和传动比。
原理：起动时的传动路线：

第7章：发动机总体结构设计
1、熟悉轴承的类型及作用：
按照承受载荷的方向不同，轴承可分为向心型轴承、推力型轴承和向心推力型轴承三大类。向心轴承只能承受径向载荷；推力轴承只能承受轴向载荷；而向心推力轴承既可承受径向载荷也能承受轴向载荷，有以承受径向载荷为主的，也有以承受轴向载荷为主的。
  另外注意止推轴承和中介轴承的作用
止推轴承：承受转子的轴向负荷、径向负荷；绝对转子相对于机匣的轴向位置
中介轴承：可使发动机长度缩短，承力机匣数减少。
2、滑油供入轴承的方式：侧向喷射与环下供油。
3、熟悉RB211、PW4000、CFM56的支承方案
4、熟悉连轴器的作用和类型。
作用：只传递扭矩：压气机转子和涡轮转子各有自己的止推支点的四支点支承方案
传递扭矩和轴向力：只有一个止推支点的四支点支承方案
传递扭矩、轴向力和径向力：大多数的三支点支承方案
类型：刚性联轴器有套齿式和短螺栓联接式。
   柔性联轴器有四支点用的浮动式套齿联轴器、带有球形接头的套齿联轴器、带有半球形接头的套齿联轴器、具有浮动球形垫圈的套齿联轴器
5、熟悉各种支持方案及其表示方法。
6、熟悉减小减小机匣径向间隙的措施。
（1）尽量减小装配间隙。这样各工作状态的间隙也相应缩小，但这会造成在过渡状态转子和静子间的互相摩擦。为避免摩擦所带来的严重后果，在机匣内壁装上易磨材料例如石墨块或蜂窝结构。
（2）采用双层机匣。将机匣分为两层，中间通以燃烧室二股气流或某级压气机引来的空气，使涡轮外环外面不直接与空气接触。过渡状态时外环反应速度减慢，以控制机匣和转子之间的热响应匹配。这样还可以将机匣的受热件与受力件分开，让温度较低的外层机匣受力。
（3） 采用低线膨胀系数的合金做涡轮机匣