1、航空发动机构造及强度,授课教师:艾延廷航发动机教研室,2019/4/29,2,8.4 静子承力系统,承受和传递发动机静子机匣上负荷的壳体和 构件组成了发动机的静子承力系统。,一、单转子发动机传力方案内传力、外传力、内外混合传力及内外平行传力。,1、内传力尾喷管、加力燃烧室上的负荷以及作用于涡轮机匣上负荷,均由机匣3承受并传到前面的安装节。分管式燃烧室多采用。,第8章 航空发动机总体结构设计,2019/4/29,3,图7-29 发动机内传力方案,第8章 航空发动机总体结构设计,2019/4/29,4,2、外传力涡轮转子支点在涡轮后或涡轮之间的情况。,图8.47 外传力方案,第8章 航空发动机总体
2、结构设计,2019/4/29,5,3、内外混合传力,图8.48 WP6发动机静子承力系统简图,第8章 航空发动机总体结构设计,2019/4/29,6,4、内外平行传力,(1)涡轮支承负荷 后支承承力支板 涡轮机匣6 安装节。 (2)尾喷管及涡轮静子负荷 发动机外壳 安装节 。,图8.50 内外平行传力方案,第8章 航空发动机总体结构设计,2019/4/29,7,二、双转子发动机传力方案,图8.51 斯贝发动机承力方案,第8章 航空发动机总体结构设计,2019/4/29,8,(1)低压涡轮后支点7的径向负荷 10根空心承力支板13 内涵道低压涡轮轴承机匣12低压涡轮静子及其后部负荷,(2)附助安
3、装节E:仅承受部分径向负荷,减轻 机匣(内外涵用支板相联)载荷,保证轴向自由膨胀。(3)高压涡轮转子支点6的负荷 燃烧室的盒形结构向前传出。,沿内涵外机匣前传。,第8章 航空发动机总体结构设计,2019/4/29,9,中介机匣4 安装节,盒形结构前端:扩压器机匣7的10个空心翼形整流支板与内外壁焊成一体。盒形结构后端:两股气流中10根空心撑杆将,杆的内端与9焊在一起,外端可拆卸。,(4)低压转子前支点1的负荷 19片进气导流叶片1、进气机匣2低压压气机前静子上的负荷,(5)2、3支点的负荷 中介机匣4的三个翼形 支板 外壳。,第8章 航空发动机总体结构设计,2019/4/29,10,8.5 发
4、动机的受力分析,第8章 航空发动机总体结构设计,按性质分为三类:,一、气体力的计算,气体力 惯性力(旋转件,机动飞行时) 热应力,由组件到整体的计算方法。,(一)进气装置上气体轴向力计算,2019/4/29,11,8.5 发动机的受力分析,第8章 航空发动机总体结构设计,2019/4/29,12,第8章 航空发动机总体结构设计,气流作用在进气装置内壁上的静力:,气流作用在进气装置内壁上的动力:,或写成:,动压力 静压力,(2-1),(2-1a),总和,2019/4/29,13,第8章 航空发动机总体结构设计,讨论:弯管情况下如何?,结论:作用于管道上的气体力为该截面上的动压力与静压力之总和。,
5、而,(2-2),(2-3),若进气装置外表面上的空气压力 所造成的轴向力为 ,则整个进气装置部件上气体力应为:,2019/4/29,14,第8章 航空发动机总体结构设计,式中: 见图(25), 燃气流量,(二)涡轮转子上气体轴向力的计算叶片上气体力+涡轮盘前后各部分所产生的气体轴向力,1、叶片上气体力 由(21)式知:,2019/4/29,15,第8章 航空发动机总体结构设计,3、盘前密封齿以内部分的气体力,(b),(c),2、盘前密封齿以外部分的气体力,(d),4、盘后端面的气体力,单级涡轮转子总的气体轴向力:,2019/4/29,16,第8章 航空发动机总体结构设计,一般为负值,表示与推力
6、相反。,(三)典型发动机各部件上的气体轴向力分布及转 子轴向力减荷,(2-4),(1)地面试车条件,转子最大转速; (2)外界大气温度最低(一般为 ),飞机 靠近地面以最大速度飞行。,发动机的总推力:各部件上气体轴向力代数和。,发动机强度校核用计算状态:,2019/4/29,17,第8章 航空发动机总体结构设计,单个轴承能承受的轴向力为:1020KN,3500+25400+6500+12500+2900=50800,12700+23100+6300=42100,2019/4/29,18,第8章 航空发动机总体结构设计,减载措施:(1)渗入B腔的高压空气通入大气,使腔内压力下降到1.31.6ba
7、r,此时压气机转子轴向力从52000daN下降到29000daN;(2)从第五级压气机后引入气体至A腔,使压气机转子轴向力从29000daN下降到25400daN;(3)涡轮转子与压气机转子轴向力相反,把两组合件轴向联结,可抵消大部分轴向力25400-23100=2300(daN),2019/4/29,19,第8章 航空发动机总体结构设计,发动机转子减荷的实际考虑:(1)不仅地面状态,而且其他状态下气体轴向力 不能超过止推轴承所允许的负荷;(2)轴向力不能太小,防止滚球与内外环产生滑 动造成滑蹭损伤;(3)轴向力不能改变方向,防止轴承受冲击,具 体措施如下:,两转子轴向联结,计算地面状态剩余轴
8、向力;选择减荷压力及受压面积大小,使整个转子轴向力负荷低于止推轴承允许承受的负荷;校核其他状态轴向力负荷。,2019/4/29,20,第8章 航空发动机总体结构设计,2019/4/29,21,第8章 航空发动机总体结构设计,为0,两截面周向分速度平均值和平均半径;为燃气流量(kg/s)。,二、气体力作用于组合件的扭矩,轴向进气 ,叶栅作用于气体的扭矩:,2019/4/29,22,第8章 航空发动机总体结构设计,即,故,因出口气流接近轴向,认为,同理,在涡轮转子叶片中,叶片给气流的扭矩为:,由反作用原理,气体给叶栅的反作用力矩:,2019/4/29,23,第8章 航空发动机总体结构设计,则,(反
9、作用力),同理,轴流式压气机所受总扭矩为零:,在涡喷发动机中,略去机械损失,但不计传动 附件扭矩,则,涡轮转子反向扭矩,2019/4/29,24,第8章 航空发动机总体结构设计,比较上面等式,有,(涡喷发动机上承受的总扭矩为零),2019/4/29,25,第8章 航空发动机总体结构设计,三、发动机的惯性力和惯性力矩,静子机匣上的陀螺力矩:,发动机转子绕轴线的转动惯量, 与 的夹角,2019/4/29,26,第8章 航空发动机总体结构设计,飞机转弯时,转子的惯性离心力,W转子重量,飞机或飞机零部件质量惯性力是飞机或飞机零部件重量的n倍,飞机强度规范有规定。,飞机俯冲拉起时n最大,歼击机n=78,
10、轰炸机n=36。,(2-6),2019/4/29,27,第8章 航空发动机总体结构设计,根据飞机强度规范给定的n :,2019/4/29,28,8.7 发动机在飞机上的安装安装节:发动机与飞机的联接件。主安装节:承受轴向力,轴向定位。辅助安装节:承受径向和周向负荷。,(1)主安装节所在平面为主安装平面,位于刚性强、强度大的零件上;尽可能位于低温处;注意发动机重心位置;缩短与止推轴承的轴向距离。,(2)辅助安装面:没有主安装面的安装面。,(3)推力圆:发动机的反推力作用点位于截面中心的一个范围;主安装面上主安装节多于两个时,各主安装节的连线尽可能不通过推力圆,以使所有安装节在发动机工作期间受力方向不变。,第8章 航空发动机总体结构设计,2019/4/29,29,WP6发动机安装节的分布,第8章 航空发动机总体结构设计,