发动机部分

y504536953 · 发表于 2017-12-25 11:11:05

牛顿第三定律：每一作用力都有一与其大小相等、方向相反的反作用力。

涵道比：外涵道和内涵道（压气机、燃烧室、涡轮）空气流量的比值，

大气温度升高会使发动机的进气量减小，从而使发动机推力下降；

温度下降空气密度增加，压力下降又使空气密度下降；

飞行高度增加，发动机所产生的推力下降。当达到36000英尺，同温层，空气密度随高度上升而下降得更快，推力也就下降得更快。

环境温度35℃以内，发动机能产生额定功率，超过温度，额定功率下降，最大功率下降，推力下降。

压气机出口压力p2进口压力p1的比叫做压气机的增压比。

喘振：指气流沿压气机轴线发生的低频率、高振幅（强烈的压力和空气流量波动）的气流振荡现象。

原因：进入压气机的空气流量不能与压气机转速相适应。低转速、起动过程及发动机加、减速时，空气的流动速度不能很好地与转子转速配合，造成攻角加大。气体开始在叶背后缘分离。压气机叶栅完全失去扩压能力。工作叶片再也没有能力克服后面较高的反压，推着气流向后流动了，流量急剧下降。由于叶栅没有扩压能力，后面高压气体可能通过分离的叶栅通道而倒流至前方，这就是“喘振”吐气的原因。气流返回后，整个压气机的流路变得瞬间通畅，瞬间大量气体又被重新吸入压气机，开始向后流动。由于转速与流量不匹配，气流又分离，再返回，从而出现流动、分离、返回这种脉动现象。由于气流倒流，使进入燃烧室的空气减少，而造成排气温度升高或超温，可能烧坏发动机。

防喘措施是可调静子叶片和进口导向叶片以及放气活门和机匣处理。

通过调节静子叶片的安装角度来调整工作叶片的进气方向，当转速低时，关闭静子叶片，使进入压气机的空气流量减少，而随着压气机转速的增加，静子叶片逐渐打开，增加进气量，直到最大开度为止。

放气活门一般安装在压气机中间某级或末级。压气机喘振时，前面级在大的攻角下工作，后面级在大的负攻角下工作，即“前喘后堵”。放气系统一般在低转速或发动机在瞬态打开，把部分压缩空气放掉，一方面解除后面级的堵塞状态，另一方面加大通过前面级的气体量，使前面级的气流轴向速度加大，攻角减小，避免气流在叶背分离。缺点是浪费一部分压气机功，导致发动机推力损失，燃油消耗率增加，燃烧室出口温度升高。

压气机由高、低压两个涡轮来带动，形成两个转子。两个转子没有机械连接，靠气动匹配联系在一起。低压涡轮驱动低压压气机，高压涡轮驱动高压压气机。低压压气机由于攻角大而变得“重”，转速自动下降，使轮缘速度与气流轴向速度下降相适应，从而使攻角减小避免喘振发生。高压涡轮做功能力下降少，后面级处于“涡轮”状态，高压转子转速就会升高，使攻角增加而退出“堵塞”状态。

压气机由转子和静子组成。转子由工作叶片、轮盘（鼓筒）、轴和一些连接件组成。转子有三种形式：鼓式、盘式和盘鼓混合式。

鼓式转子是一个圆柱形或圆锥形鼓筒，鼓筒前后分别与转轴连接在一起。鼓筒式转子结构简单，零件数目少，且具有较高的抗弯曲刚性。鼓筒式转子的圆周速度一般不超过200米/秒，一般只在转速低的低压转子上采用。

盘式转子由一个或一组盘与转轴组成。转轴上的扭矩传给盘，盘上加工有安装工作叶片的榫槽。与鼓盘式转子相比，盘的强度高，但把多个盘连接后所形成的转子的抗弯曲强度低，容易产生振动。当采用多级盘式结构时，通常都要采取增强转子刚度的措施。

转子由盘、鼓筒和轴组成，一般把盘和鼓做成一体。每级之间靠螺栓连接或焊接在一起，

压气机工作叶片的叶型除了常规飞机翼型外，又发展扩散叶型、端弯叶型、前掠和后掠叶型等。

扩散叶型通过控制叶型升力面上气流的扩散来防止附面层分离，提高压气机效率和喘振裕度。能允许更高气流马赫数。叶型前后、缘较厚，也提高了叶片抵抗沙尘颗粒的磨蚀能力。

端弯叶型考虑了端壁区域真实气流速度分布和端壁区的二次流特征。可补偿端壁附面层影响，提高压气机性能。即可用在转子叶片也可静子叶片。

前掠转子叶片对提高风扇的效率和失速裕度都有好处。后掠宽弦风扇叶片可使空气流量增加。

当工作叶片较长时，为避免发生共振和颤振，一般在叶身上加工有凸台。相邻叶片凸台连成一环，彼此制约，使叶片不能做幅度较大振动。抵抗叶片扭转，增强支撑刚性，使叶片固有频率提高，降低叶根部弯曲和扭转能力。凸台的压紧面还产生摩擦，起到抑制振动作用。凸台也使叶片的抗外来物损伤能力得到提高。在凸台相互接触表面涂有硬质材料的合金，以增强表面的耐磨性能。减振凸台位于叶高四分之三处。尤其风扇叶片，在设置凸台位置时，应避免凸台后的尾流进入核心机，影响效率。

凸台缺点：凸台区域叶身局部加厚，会使叶片通道实际流通面积减少。气流流过凸台区分离，凸台尾迹干扰，使压气机效率下降，增加压气机耗油率。凸台的存在也使叶片不容易拆装。

为克服缺点有不带凸台、效率高的宽弦风扇叶片。这种弦比常规叶片弦宽度增加40%左右。这样不但有较高抗外来物损伤能力，也不易振动。但重量增加，相应轴、支承结构和机匣等增强。罗*罗公司采用宽弦空心钛合金风扇叶片。不但解决了重量问题，叶片抗外来物损伤能力也得到增强。

小尺寸宽弦风扇叶片一般是实心。

宽弦叶片不仅提高风扇流通能力和效率，也减小外来物进入核心机的作用。由于叶片宽，叶片与核心机进口距离加大，这样大部分外来物能在流动过程中靠离心力甩到外涵道，而不进入核心机。

把叶片前缘后掠，可有效降低叶片通道中的激波强度，从而降低激波附面层干扰引起的流动损失。

大型涡轮风扇发动机进气锥通常固定在风扇盘上，随风扇转子转动。作用是使来流从实心通道逐步过渡为环形，让气流平滑地从叶根处进入风扇叶片通道。满足要求：承受鸟击或外来物撞击；耐腐蚀；尽量使来流物杂质流入外涵道；防冰。

进气整流锥由玻璃纤维制成，表面涂有聚氨酯。在锥顶部粘有橡胶头，解决进气锥防冰问题。

压气机静子

轴流式压气机静子由机匣和静子叶片组成。除承受静子叶片本身所受负荷，还承受并传递转子负荷。静子是气流通道一部分，还承受气体压力、温度变化引起的应力。要求静子有足够的强度和刚性，重量轻，静子连结部位密封要好，不漏气；工作过程中不变形或变形小，不影响转子工作。

机匣包括外机匣、内机匣和风扇出口导向叶片。内、外机匣之间靠风扇出口导向叶片和左、右两个A型支架连结起来，并形成部分外涵道。A型支架的内端靠螺栓与内机匣相连，连接点与机匣表面相切，采用球形座；风扇机匣的顶部是发动机的前吊点，发动机的推力由前吊点传给飞机。

内、外机匣基本钛合金制成，外机匣前段包容环由铝合金制成，包容环外面由Kevlar包层，以形成风扇包容环。Kevlar分前后两段，前段30层，后段15层。层外有环氧树脂防腐蚀。包容能力强，重量轻。为进一步减轻重量，把铝合金包容机匣改为等格框机匣。更薄更轻。

包容机匣的内部镶嵌有填充式蜂窝结构摩擦层，以保证风扇结构间隙能做得很小。外机匣内表面镶嵌消音板，吸收外涵空气流动产生噪音。外机匣进口前缘钢衬套，万一风扇叶片断裂可挂在进气道的安装边，防止叶片从进气道飞出。

机匣有分半式和整体式，单层和双层机匣之分。双层机匣刚性更好，更能承受飞行所产生的各种负荷。双层机匣还为压气机放气和引气系统提供了简单的集气方式。

进口导向叶片和前3级静子叶片可调，所以在机匣上加工有很多孔，以便安装可调静子叶片。后段机匣为整体机匣，在9级处，有一封严环把空腔分为前后两个腔室：前腔室是压气机7级放气集气腔，后腔室是9级放气集气腔。

机匣内表面与转子叶片相对环面都加工有封严涂层，用来减小叶尖间隙。分半式机匣优点：拆装方便，不需要分解转子，因而不影响转子平衡。缺点：机匣壁较厚。为保证纵向连接刚性和连接后的密封性，安装边较厚，，连接螺栓多，重量大。现在发动机采用前后分段式整体机匣，

轴流式压气机的气流控制系统

控制方法：可调静子叶片系统和放气活门系统。

可调静子叶片通过摇臂与作动环连在一起，当作动环围绕机匣转动时，摇臂带动静子叶片转动，改变叶片的角度。作动环通过连杆与作动机构连在一起。当作动环围绕机匣转动，摇臂带动静子叶片转动，改变叶片角度。作动环通过连杆与作动机构连接在一起。

作动筒靠发动机燃油系统的压力燃油作动，控制系统通过控制作动筒的伸缩和缩回控制静子叶片的角度。

可调静子叶片由FADEC控制。FADEC根据高压转子的转速信号N2和高压压气机进口温度T2.5来控制静子叶片的开度。作动筒上集成有线性可变差分传感器（LVDT），其向FADEC提供作动筒位置反馈信号，从而实现闭环控制。

可调静子叶片系统包括进口导向叶片可调和前两级静子叶片可调。作动筒通过连杆带动曲臂轴，各级可调静子叶片的作动环通过连杆与曲臂轴连接。作动筒有2个，分别在压气机的左侧和右侧。作动筒的液压力是高压燃油。EEC（发动机电子控制器）根据中压压气机的转速和进口温度向控制器发信号，控制送往作动筒伸出、缩进端的高压燃油，使作动筒柱塞伸出、缩进。作动筒带动曲臂轴转动，曲臂轴再通过连杆驱动各级作动环转动，从而改变各级静子叶片的角度。LVDT给EEC提供VSV的实际位置。作动筒伸出，VSV朝打开方向转动，即允许更多空气进入。缩回时，VSV朝关闭方向转动，即减少进入压气机的空气量。