发动机构造第2章压气机课件.ppt

1、第第2章章 压气机压气机 第第2.1节节 离心式压气机离心式压气机 第第2.2节节 轴流式压气机轴流式压气机第第2.3节节 进气和防冰装置进气和防冰装置第第2.4节节 轴流式压气机转子结构轴流式压气机转子结构 第第2.5节节 轴流式压气机静子结构轴流式压气机静子结构 第第2.6节节 轴流式压气机的防喘机构轴流式压气机的防喘机构 压气机是航空燃气涡轮发动机中的一个重要组压气机是航空燃气涡轮发动机中的一个重要组成部分，它的成部分，它的主要功用是主要功用是对流过它的空气进行压缩，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

2、经济性，增大发动机的推力。善发动机的经济性，增大发动机的推力。 压气机提高空气压力的方法是利用高速旋转的压气机提高空气压力的方法是利用高速旋转的叶片对空气作功，将功转变为压力能。叶片对空气作功，将功转变为压力能。压气机的功用压气机的功用 根据压气机的结构型式和气流的流动特点，压根据压气机的结构型式和气流的流动特点，压气机可分为气机可分为u 离心式压气机离心式压气机u 轴流式压气机轴流式压气机u 混合式压气机混合式压气机 压气机的类型压气机的类型 压气机压气机类类 型型叶尖圆周叶尖圆周速度速度(m/s)增压比增压比效效 率率单位空气流量单位空气流量(kg/sm2)压气机重量占发动压气机重量占发动

3、机重量的百分比机重量的百分比离心式离心式4504804.54.8（级增压比）（级增压比）0.750.7840502025轴流式轴流式280400630（总增压比）（总增压比）0.820.891002002535表表2-1 压气机主要参数的变化范围压气机主要参数的变化范围 轴流式压气机轴流式压气机的增压比大，效率高，单位空气流量大，这的增压比大，效率高，单位空气流量大，这就意味着在相同外廓尺寸条件下，采用轴流式压气机的发就意味着在相同外廓尺寸条件下，采用轴流式压气机的发动机推力大，耗油率低。所以，目前航空燃气涡轮发动机动机推力大，耗油率低。所以，目前航空燃气涡轮发动机上，特别是在大、中推力的发动

4、机上几乎全部采用轴流式上，特别是在大、中推力的发动机上几乎全部采用轴流式压气机。压气机。离心式压气机离心式压气机最先使用在航空发动机上，有着丰富的设计最先使用在航空发动机上，有着丰富的设计和使用经验，而且结构简单，生存能力强，目前主要使用和使用经验，而且结构简单，生存能力强，目前主要使用于教练机、导弹、靶机等小型动力装置和辅助动力装置上于教练机、导弹、靶机等小型动力装置和辅助动力装置上.在直升机的动力装置中，则广泛采用在直升机的动力装置中，则广泛采用混合式的压气机混合式的压气机。 由表由表2-1可以看出：可以看出：第第2.1节节 离心式压气机离心式压气机离心式压气机由离心式压气机由转动部分转动

5、部分与与静止部分静止部分组成。转动部组成。转动部分包括分包括导风轮导风轮、离心叶轮离心叶轮以及带动它们的以及带动它们的转子轴转子轴。静止部分由静止部分由进气装置进气装置、叶叶轮前壁轮前壁、后壁后壁、扩压器扩压器以以及支承转动部分的及支承转动部分的机匣机匣组组成。成。 2.1.1 离心式压气机的组成离心式压气机的组成 典型离心式压气机典型离心式压气机离心式压气机中压力和速度的变化离心式压气机中压力和速度的变化一、导风轮一、导风轮2.1.2 主要部件主要部件 导风轮位于叶轮前部，其导风轮位于叶轮前部，其通道是收敛形的通道是收敛形的。它的。它的功用是功用是使使气流以一定的方向均匀地进入工作叶轮，以减

6、小流动损失。空气流以一定的方向均匀地进入工作叶轮，以减小流动损失。空气在流过它时速度增大，而压力和温度下降。气在流过它时速度增大，而压力和温度下降。 为了将空气无冲击地引入离心叶轮，导风轮的叶片进气边为了将空气无冲击地引入离心叶轮，导风轮的叶片进气边缘向转动的方向弯曲。为了满足气流进入转动部分的相对速度缘向转动的方向弯曲。为了满足气流进入转动部分的相对速度的方向，进气边缘在叶尖弯曲比较多，而在叶根弯曲较少。的方向，进气边缘在叶尖弯曲比较多，而在叶根弯曲较少。 离心压气机的导风轮是由不锈钢精密铸造后经机械加工制离心压气机的导风轮是由不锈钢精密铸造后经机械加工制成。它有若干片带进气边缘扭向的叶片，

7、叶片排气边缘在径向成。它有若干片带进气边缘扭向的叶片，叶片排气边缘在径向线上。导风轮以中心孔安装定位在离心叶轮轴上，由离心叶轮线上。导风轮以中心孔安装定位在离心叶轮轴上，由离心叶轮用销钉带动。用销钉带动。 悬臂式的导风轮叶片容易产生弯曲、扭转或局部振动。当在悬臂式的导风轮叶片容易产生弯曲、扭转或局部振动。当在某种工作转速下叶片产生共振时，导风轮叶片会产生裂纹、某种工作转速下叶片产生共振时，导风轮叶片会产生裂纹、掉块以致折断。此种故障曾在航空发动机上多次发生。掉块以致折断。此种故障曾在航空发动机上多次发生。为改善导风轮工作的可靠性，可以采取如下的措施：为改善导风轮工作的可靠性，可以采取如下的措施

8、：1用抗疲劳性较好的材料来制造导风轮用抗疲劳性较好的材料来制造导风轮。例如，通常钢的抗。例如，通常钢的抗疲劳性优于铝合金，因此，经常用钢来制造导风轮，而离心疲劳性优于铝合金，因此，经常用钢来制造导风轮，而离心压气机的其余部分，例如离心叶轮，机匣用铝合金制造。压气机的其余部分，例如离心叶轮，机匣用铝合金制造。2. 制造中检查并调整导风轮叶片的自振频率制造中检查并调整导风轮叶片的自振频率，使它们在一定，使它们在一定的范围之内，以减少发生共振的机会。的范围之内，以减少发生共振的机会。3. 采取结构措施增加导风轮叶片的刚性采取结构措施增加导风轮叶片的刚性。WP5发动机离心压气机转子发动机离心压气机转子

9、图示导风轮在自由状图示导风轮在自由状态，叶片排气边缘端态，叶片排气边缘端面与叶轮叶片端面间面与叶轮叶片端面间有有0.4630.523毫米毫米的轴向间隙。用螺栓的轴向间隙。用螺栓将导风轮、叶轮轴与将导风轮、叶轮轴与叶轮拧紧后，此轴向叶轮拧紧后，此轴向间隙减小到不大于间隙减小到不大于0.06毫米。此时，在毫米。此时，在导 风 轮 叶 尖 产 生导 风 轮 叶 尖 产 生0.3450.53毫米的毫米的紧度，使叶片的联接紧度，使叶片的联接刚性提高。刚性提高。 4采取结构措施增加导风轮叶片振动时的阻尼采取结构措施增加导风轮叶片振动时的阻尼。例如，。例如，可在导风轮叶片与离心叶轮叶片相邻的端面间涂以橡胶形

10、成可在导风轮叶片与离心叶轮叶片相邻的端面间涂以橡胶形成阻尼。也可在端面开径向的槽，在槽内嵌入橡胶条，同样可阻尼。也可在端面开径向的槽，在槽内嵌入橡胶条，同样可形成减振阻尼。形成减振阻尼。 5由于设计、造型，特别是工艺技术的进步，现代的离由于设计、造型，特别是工艺技术的进步，现代的离心压气机多数已心压气机多数已将导风轮与离心叶轮制成为一整体将导风轮与离心叶轮制成为一整体，没有单，没有单独的导风轮零件，独的导风轮零件，JT15D-4涡轮风扇发动机的离心压气机的转涡轮风扇发动机的离心压气机的转子即是。这样不但流线光顺，不存在导风轮叶片与离心叶轮子即是。这样不但流线光顺，不存在导风轮叶片与离心叶轮叶片

11、工作表面平滑衔接的问题，而且由根本上解决了悬臂的叶片工作表面平滑衔接的问题，而且由根本上解决了悬臂的导风轮叶片刚性差而引起的振动裂纹问题。但这种一体化的导风轮叶片刚性差而引起的振动裂纹问题。但这种一体化的转子在制造与检验方面需要更复杂的工艺装备。转子在制造与检验方面需要更复杂的工艺装备。JT15D-4涡轮风扇发动机的离心压气机涡轮风扇发动机的离心压气机二、离心叶轮二、离心叶轮 离心叶轮通常用铝合金、钢或钛合金锻件经机械加工制成。离心叶轮通常用铝合金、钢或钛合金锻件经机械加工制成。为有效地利用叶轮外径的切线速度以提高叶轮对气流的加功量，为有效地利用叶轮外径的切线速度以提高叶轮对气流的加功量，叶轮

12、的进口要向中心收拢以使它的直径尽量减小。一般进口处叶轮的进口要向中心收拢以使它的直径尽量减小。一般进口处的外径相当叶轮外径的的外径相当叶轮外径的0.60.7。降低这一数值对提高叶轮的加。降低这一数值对提高叶轮的加功能力十分有利。功能力十分有利。 早期的离心叶轮叶片沿径向是直的，例如早期的离心叶轮叶片沿径向是直的，例如WP5发动机的离发动机的离心叶轮以及心叶轮以及WP11发动机的离心叶轮。这种叶片设计与制造均发动机的离心叶轮。这种叶片设计与制造均比较方便。当代的离心压气机为改善效率与特性，不但采用后比较方便。当代的离心压气机为改善效率与特性，不但采用后弯的、弯的、S型的叶片，而且在两个叶片之间还

13、有较短的分流叶片。型的叶片，而且在两个叶片之间还有较短的分流叶片。这种叶轮加工比较困难，通常要在四座标或五座标数控铣床上这种叶轮加工比较困难，通常要在四座标或五座标数控铣床上加工。此外，有些叶轮在槽道的壁面留有铣削的刀痕用以增加加工。此外，有些叶轮在槽道的壁面留有铣削的刀痕用以增加叶轮的加功量。叶轮的加功量。三、扩压器三、扩压器 扩压器位于叶轮的出口处，其通道是扩张形的，空气在流扩压器位于叶轮的出口处，其通道是扩张形的，空气在流过它时，将动能转变为压力位能，使速度下降，压力和温度都过它时，将动能转变为压力位能，使速度下降，压力和温度都上升。在离心式压气机中，通常压力的升高一半在叶轮中，另上升。

14、在离心式压气机中，通常压力的升高一半在叶轮中，另一半在扩压器中。一半在扩压器中。 最简单的扩压器是沿圆周通道面积逐渐加大的蜗壳式扩压最简单的扩压器是沿圆周通道面积逐渐加大的蜗壳式扩压器。它的结构简单，特性平稳。但是，由于气流在扩压器内按器。它的结构简单，特性平稳。但是，由于气流在扩压器内按螺旋线展开流动，轨迹较长，所以流动损失较大。故它只用在螺旋线展开流动，轨迹较长，所以流动损失较大。故它只用在离心增压器中。离心增压器中。 航空燃气涡轮发动机的离心式压气机通常采用叶片式的扩航空燃气涡轮发动机的离心式压气机通常采用叶片式的扩压器。若干沿周向分布的叶片，使得由离心叶轮甩出的气流，压器。若干沿周向分

15、布的叶片，使得由离心叶轮甩出的气流，沿叶片组成的气流通道扩压。气流在这种扩压器内流动的路径沿叶片组成的气流通道扩压。气流在这种扩压器内流动的路径短，流动损失小。短，流动损失小。 WP11发动机的叶发动机的叶片式扩压器是一个钣片式扩压器是一个钣金组合件。它由钣料金组合件。它由钣料制成的叶片及前盖板、制成的叶片及前盖板、后盖板组成。后盖板组成。17片叶片叶片两侧各有三个榫头，片两侧各有三个榫头，以它插入前、后盖板以它插入前、后盖板相对应的槽内，用铜相对应的槽内，用铜钎焊固定。整个扩压钎焊固定。整个扩压器用六个螺栓固定在器用六个螺栓固定在离心机匣上。离心机匣上。 有的发动有的发动机上采用了管机上采用

16、了管式扩压器。按式扩压器。按气流流线方向气流流线方向弯曲的渐扩导弯曲的渐扩导管将气流由径管将气流由径向引到轴向，向引到轴向，同时在管内扩同时在管内扩压。这样可以压。这样可以提高在稳定工提高在稳定工作状况下扩压作状况下扩压器的效率。器的效率。离心式压气机的优缺点离心式压气机的优缺点 离心式压气机的主要优点是：单级增压比高，一离心式压气机的主要优点是：单级增压比高，一级的增压比可达级的增压比可达4151，甚至更高；同时离心式，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。需要的起动功率小。缺点是流动损失大，尤其是级

17、间损失更大，不适用于缺点是流动损失大，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，阻力较低，单位面积的流通能力低，故迎风面积大，阻力大。大。 根据转子的数目，轴流式压气机可分为根据转子的数目，轴流式压气机可分为u 单转子压气机单转子压气机u 双转子压气机双转子压气机u 三转子（多转子）压气机三转子（多转子）压气机第第2.2节节 轴流式压气机轴流式压气机 轴流式压气机由两个基本部分组成：轴流式压气机由两个基本部分组成：u固定部分：固定部分：由几排整流叶片组成，叫做压气机静子；由几

18、排整流叶片组成，叫做压气机静子；u旋转部分：旋转部分：由几排工作叶片组成，叫做压气机转子。由几排工作叶片组成，叫做压气机转子。压气机的静子叶片（整流器）和转子叶片（叶轮）交错压气机的静子叶片（整流器）和转子叶片（叶轮）交错排列，一个叶轮和一个整流器组成一个单级压气机，它排列，一个叶轮和一个整流器组成一个单级压气机，它是多级轴流式压气机的基本单元，为了提高压气机的增是多级轴流式压气机的基本单元，为了提高压气机的增压比，轴流式压气机可多达压比，轴流式压气机可多达1517级。级。轴流式压气机的组成轴流式压气机的组成对压气机结构的基本要求是：对压气机结构的基本要求是：（1） 满足性能所提出的各项要求，

19、如通道面积、迎风满足性能所提出的各项要求，如通道面积、迎风面积、级数、叶片型面及安装角等。面积、级数、叶片型面及安装角等。（2） 采取适当的防喘措施，保证压气机稳定工作范围采取适当的防喘措施，保证压气机稳定工作范围宽广。宽广。（3） 满足强度、振动及刚性要求，主要部件寿命长。满足强度、振动及刚性要求，主要部件寿命长。（4） 结构简单，尺寸小，重量轻。结构简单，尺寸小，重量轻。（5） 装配维修方便，制造成本低。装配维修方便，制造成本低。图图2-11 CFM56涡扇发动机的压气机构造涡扇发动机的压气机构造图图2-12 PW2037涡扇发动机的压气机构造涡扇发动机的压气机构造图图2-13 斯贝发动机

20、的压气机构造斯贝发动机的压气机构造图图2-14 J85发动机的压气机构造发动机的压气机构造第第2.3节节 进气和防冰装置进气和防冰装置 压气机的进气部分一般包括压气机的进气部分一般包括进气装置进气装置和和防冰装防冰装置置。 进气装置的功用进气装置的功用是保证气流以最小的损失均匀是保证气流以最小的损失均匀地进入压气机；而地进入压气机；而防冰装置的功用防冰装置的功用是对进气装置易是对进气装置易结冰的零件表面进行加温防止结冰。结冰的零件表面进行加温防止结冰。2.3.1 进气机匣和进口导流叶片进气机匣和进口导流叶片 进气机匣一般由机匣内、外壁、进口导流叶片及进气整流进气机匣一般由机匣内、外壁、进口导流

21、叶片及进气整流罩等组成。在进气机匣的中心，往往装着压气机转子的前支承罩等组成。在进气机匣的中心，往往装着压气机转子的前支承以及低压转子转速表传感器等附件，因而进口导流叶片常常做以及低压转子转速表传感器等附件，因而进口导流叶片常常做成空心的，中间穿过滑油、通气、防冰空气的管路以及附件传成空心的，中间穿过滑油、通气、防冰空气的管路以及附件传动杆等。动杆等。 下图所示的进气机匣中，钢制的内、外壁与钢的空心导流下图所示的进气机匣中，钢制的内、外壁与钢的空心导流叶片焊为一体，形成低压压气机前轴承的传力件。为了减小叶叶片焊为一体，形成低压压气机前轴承的传力件。为了减小叶片在引入防冰热空气时受热膨胀产生热应

22、力，片在引入防冰热空气时受热膨胀产生热应力，19片导流叶片均片导流叶片均与半径方向倾斜与半径方向倾斜710。这样做，还可以使导流叶片的尾迹力。这样做，还可以使导流叶片的尾迹力均匀地作用在工作叶片上，有效地减小工作叶片的激振力。均匀地作用在工作叶片上，有效地减小工作叶片的激振力。2.3.1 进气机匣和进口导流叶片进气机匣和进口导流叶片 当风扇叶片或压气机第一级工作叶片在超跨音速状态下当风扇叶片或压气机第一级工作叶片在超跨音速状态下工作时，往往不带进口导流叶片。此时进气机匣只有机匣外工作时，往往不带进口导流叶片。此时进气机匣只有机匣外壁，整流罩则固定在转子上和转子一起旋转，如壁，整流罩则固定在转子

23、上和转子一起旋转，如CFM56和和PW2037发动机的进气机匣。发动机的进气机匣。2.3.2 防冰装置防冰装置 当发动机在空气湿度较高和温度接近当发动机在空气湿度较高和温度接近0的条的条件下工作时，在压气机进口部分就会出现结冰现象。件下工作时，在压气机进口部分就会出现结冰现象。 危害：危害：冰层会引起发动机进气面积缩小，减小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，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，冰层可能破裂，冰块被

24、吸入发动机内会打伤叶片，甚至会使整台发动机损坏。甚至会使整台发动机损坏。 要求：要求：防冰系统必须保证在飞机飞行范围内有效防冰系统必须保证在飞机飞行范围内有效地防止结冰。防冰系统的工作必须可靠，同时要求重地防止结冰。防冰系统的工作必须可靠，同时要求重量轻，便于安装和维修，工作时不至引起发动机性能量轻，便于安装和维修，工作时不至引起发动机性能的很大损失。的很大损失。 最常用的最常用的防冰方法防冰方法是对容易结冰的零件表面进行是对容易结冰的零件表面进行加温。常用的加温方式有：压气机的加温。常用的加温方式有：压气机的热空气加温热空气加温；电电加温加温；热滑油加温热滑油加温；混合采用混合采用以上几种加

25、温方式。以上几种加温方式。 在涡喷和涡扇发动机上，多采用压气机后级引来在涡喷和涡扇发动机上，多采用压气机后级引来的热空气加温。在进气部分有减速装置的涡桨、涡轴的热空气加温。在进气部分有减速装置的涡桨、涡轴或单转子涡扇发动机中，则常常利用冷却减速齿轮后或单转子涡扇发动机中，则常常利用冷却减速齿轮后的热滑油防冰。的热滑油防冰。 图图2-16 热空气加温防冰热空气加温防冰 图图2-17 热空气、热滑油、电加温防冰热空气、热滑油、电加温防冰 图图2-15 斯贝发动机压气机的进气及防冰装置斯贝发动机压气机的进气及防冰装置 防冰热空气从高压防冰热空气从高压12级空气集气级空气集气环引出，通过防冰管进入防冰

26、电磁活门。环引出，通过防冰管进入防冰电磁活门。当接通防冰系统时，防冰电磁活门打开，当接通防冰系统时，防冰电磁活门打开，使热空气通过防冰管进入进气机匣周围使热空气通过防冰管进入进气机匣周围的防冰总管，防冰总管里的前后两排防的防冰总管，防冰总管里的前后两排防冰空气管将热空气分配到进口导流叶片冰空气管将热空气分配到进口导流叶片内。大部分热空气在流到叶片根部后折内。大部分热空气在流到叶片根部后折转向上，沿叶片的进、排气边缘流到防转向上，沿叶片的进、排气边缘流到防冰总管腔内，再通往发动机进气道前缘冰总管腔内，再通往发动机进气道前缘进行防冰，小部分热空气由进气内机匣进行防冰，小部分热空气由进气内机匣通过通

27、过5根导管，引往进气整流罩的头部，根导管，引往进气整流罩的头部，沿着整流罩的夹层流到整流罩后部，然沿着整流罩的夹层流到整流罩后部，然后排入主气流。后排入主气流。 图图2-18 CFM56的锥形进气整流罩的锥形进气整流罩 CFM56风扇发动机的进气整流罩呈锥形，分两段制成，前风扇发动机的进气整流罩呈锥形，分两段制成，前段为玻璃纤维加树脂烧结而成（段为玻璃纤维加树脂烧结而成（Kinel），后段为钛合金。与常），后段为钛合金。与常用的椭圆形整流罩做对比，在相同的条件下，结冰量仅为椭圆形用的椭圆形整流罩做对比，在相同的条件下，结冰量仅为椭圆形的的6%，因而该机未采用防冰装置。，因而该机未采用防冰装置。

28、 在现代大型风扇发动机如在现代大型风扇发动机如JT9D、CF6、PW4000、V2500等上，由于压气机进口处只有和风扇叶片一起等上，由于压气机进口处只有和风扇叶片一起旋转的进气整流罩，采用了加强的宽叶弦风扇叶片，旋转的进气整流罩，采用了加强的宽叶弦风扇叶片，叶片稠度较小，而且采取了防外物打伤的措施，经试叶片稠度较小，而且采取了防外物打伤的措施，经试验证明，即使有结冰现象也并未造成规范不允许的损验证明，即使有结冰现象也并未造成规范不允许的损坏，所以这些发动机的进气整流罩都没有防冰装置。坏，所以这些发动机的进气整流罩都没有防冰装置。2.3.3 防止外来物打伤的措施防止外来物打伤的措施 一些小型的

29、涡桨或涡一些小型的涡桨或涡轴发动机，由于要用在各轴发动机，由于要用在各种地面条件下起落的运输种地面条件下起落的运输机或直升机上，容易吸入机或直升机上，容易吸入地面的砂石及其它杂物，地面的砂石及其它杂物，所以在进气装置处设有所以在进气装置处设有防防尘网尘网或进口或进口粒子分离器粒子分离器等等进气防护装置。前者会增进气防护装置。前者会增加进气的阻力，后者巧妙加进气的阻力，后者巧妙地利用了石粒等杂物的离地利用了石粒等杂物的离心惯性力使其排出发动机心惯性力使其排出发动机外，因此效果较好。外，因此效果较好。图图2-19 采用进气防尘网的涡桨发动机采用进气防尘网的涡桨发动机 飞鸟撞击飞鸟撞击 飞鸟撞击飞鸟

30、撞击 在大型的（风扇）发动机中，除砂石等杂物外，在大型的（风扇）发动机中，除砂石等杂物外，飞机在航线中受到飞鸟撞击也是十分严重的问题。飞机在航线中受到飞鸟撞击也是十分严重的问题。 世界上第一起造成人员死亡的鸟击事件发生在世界上第一起造成人员死亡的鸟击事件发生在1912年：美国飞行员卡尔年：美国飞行员卡尔罗杰斯驾机在南美海岸作罗杰斯驾机在南美海岸作飞行表演时，一只海鸥缠住了操纵杆控制线，造成飞飞行表演时，一只海鸥缠住了操纵杆控制线，造成飞机失控坠入大海，飞行员丧生。机失控坠入大海，飞行员丧生。 1988年埃塞俄比亚的一架波音年埃塞俄比亚的一架波音737飞机在起飞飞机在起飞爬升到爬升到3800米时

31、，遭遇鸟击，结果造成机上米时，遭遇鸟击，结果造成机上85人死人死亡，亡，21人受伤。人受伤。 1996年年9月月22日，美国空军的一架由波音日，美国空军的一架由波音707改改装的装的E-3A预警机从阿拉斯加的埃尔门多夫空军基地预警机从阿拉斯加的埃尔门多夫空军基地起飞。飞机以起飞。飞机以230海里海里/小时的速度滑跑，在抬起前小时的速度滑跑，在抬起前轮的一刹那，撞上了轮的一刹那，撞上了30多只加拿大鹅。瞬间两台发多只加拿大鹅。瞬间两台发动机火光冲天。飞机坠毁在机场附近的洼地里。动机火光冲天。飞机坠毁在机场附近的洼地里。24名空勤人员全部遇难。名空勤人员全部遇难。 2005年年5月月15日，日，中

32、中国国际航空公司一架空客国国际航空公司一架空客A319型客机从杭州飞往广型客机从杭州飞往广州途中，在州途中，在5000米高空与一米高空与一只飞鸟相撞，机头雷达防护只飞鸟相撞，机头雷达防护罩撞出一个比脸盆还大的凹罩撞出一个比脸盆还大的凹坑。坑。撞击位置距离飞行员驾撞击位置距离飞行员驾驶舱仅有驶舱仅有1米多。米多。 2005年年4月月20日上午日上午8时时38分，一架波音分，一架波音737-300班机，在重庆江北国际机场遭遇鸽群班机，在重庆江北国际机场遭遇鸽群“袭击袭击”，造成左边发动机停止工作。机长依靠右边发动机单造成左边发动机停止工作。机长依靠右边发动机单机工作，在空中盘旋机工作，在空中盘旋5

33、9分钟后安全着陆。分钟后安全着陆。 发动机的发动机的38块风扇叶片中，块风扇叶片中，19块已全部报废块已全部报废（每片价值（每片价值15万元）。中国国际航空报告的数据显万元）。中国国际航空报告的数据显示，此次直接经济损失达示，此次直接经济损失达295万元。万元。在发动机内找到的信鸽残骸在发动机内找到的信鸽残骸 “420鸽子撞机鸽子撞机”事件示意图事件示意图 飞鸟撞击飞鸟撞击2010年，全国个机场、航空公司和飞机维修年，全国个机场、航空公司和飞机维修公司等有关部门共上报在中国大陆地区发生鸟击公司等有关部门共上报在中国大陆地区发生鸟击事件事件971起，由于鸟击所造成的事故征候持续占到起，由于鸟击所

34、造成的事故征候持续占到了全部飞行事故征候数量的了全部飞行事故征候数量的30以上，成为第一以上，成为第一大航空器事故征候类型，因鸟击造成经济损失约大航空器事故征候类型，因鸟击造成经济损失约合人民币合人民币14429.6万元。万元。 据权威统计，全世界每年大约发生据权威统计，全世界每年大约发生1万万次次鸟撞飞机事件。自鸟撞飞机事件。自1960年以来，世界范围内年以来，世界范围内由于飞鸟的撞击至少造成了由于飞鸟的撞击至少造成了78架民用飞机损架民用飞机损失、失、201人丧生，人丧生，250架军用飞机损失、架军用飞机损失、120名飞行员丧生。名飞行员丧生。飞机为什么怕飞鸟？飞机为什么怕飞鸟？ 在一般人

35、看来，小小飞鸟与钢筋铁骨的飞机在在一般人看来，小小飞鸟与钢筋铁骨的飞机在天空相撞，犹如以卵击石飞鸟必然粉身碎骨，天空相撞，犹如以卵击石飞鸟必然粉身碎骨，而飞机应该安然无恙。然而事实并非如此。轻者飞而飞机应该安然无恙。然而事实并非如此。轻者飞机不能正常飞行，往往被迫紧急降落；重者机毁人机不能正常飞行，往往被迫紧急降落；重者机毁人亡，酿成重大灾难。亡，酿成重大灾难。飞机为什么怕飞鸟？飞机为什么怕飞鸟？ 鸟重鸟重0.45公斤，飞机速度公斤，飞机速度80公里小时，相撞将公里小时，相撞将产生产生1500牛顿的力。牛顿的力。 鸟重鸟重0.45公斤，飞机速度公斤，飞机速度960公里小时，相撞公里小时，相撞将

36、产生将产生21.6万万牛顿的力。牛顿的力。 鸟重鸟重1.8公斤，飞机速度公斤，飞机速度700公里小时，相撞将公里小时，相撞将产生比炮弹还大的冲击力。产生比炮弹还大的冲击力。 喷气时代的开始为航空带来了革命，也加剧了喷气时代的开始为航空带来了革命，也加剧了鸟撞飞机的程度。鸟撞飞机的程度。 早期以活塞发动机为动力的飞机噪音大，相对早期以活塞发动机为动力的飞机噪音大，相对速度慢，鸟类通常可以避让飞机，即使发生撞击一速度慢，鸟类通常可以避让飞机，即使发生撞击一般也只是导致很小的损坏或无损坏。般也只是导致很小的损坏或无损坏。 然而，现代喷气飞机速度快，相对安静，发动然而，现代喷气飞机速度快，相对安静，发

37、动机叶片与螺旋桨相比通常更容易受到小鸟撞击的破机叶片与螺旋桨相比通常更容易受到小鸟撞击的破坏。坏。高涵道比涡扇发动机：高涵道比涡扇发动机：暴露面大暴露面大，被鸟撞击（吸入）的概率也就大。，被鸟撞击（吸入）的概率也就大。发动机的发动机的吸力强吸力强。波音。波音747的发动机进气量为的发动机进气量为320千克秒；千克秒；波音波音767发动机的进气量为发动机的进气量为820千克秒；波音千克秒；波音777发动机的发动机的进气量为进气量为1.42吨秒，进气速度为吨秒，进气速度为100120米秒。米秒。发动机的发动机的转速高转速高。高涵道比发动机的切线旋转速度高达。高涵道比发动机的切线旋转速度高达450米

38、秒，鸟撞击到高速旋转的风扇叶片上，其撞击的能量相米秒，鸟撞击到高速旋转的风扇叶片上，其撞击的能量相当于一辆小轿车高速撞向一道坚固围墙的能量。当于一辆小轿车高速撞向一道坚固围墙的能量。如果风扇叶片被鸟击断，碎片会随气流向后甩入如果风扇叶片被鸟击断，碎片会随气流向后甩入“核心机核心机”，打坏打坏“压气机压气机”叶片等零部件，造成更严重的后果。叶片等零部件，造成更严重的后果。由此种原因造成的空中灾难的比例极高：在由此种原因造成的空中灾难的比例极高：在500次鸟击事件次鸟击事件中，发动机损坏占近中，发动机损坏占近100次。次。 在大型的（风扇）发动机中，除砂石等杂物外，在大型的（风扇）发动机中，除砂石

39、等杂物外，飞机在航线中受到飞鸟撞击也是十分严重的问题。为飞机在航线中受到飞鸟撞击也是十分严重的问题。为此，采取了一系列的措施。此，采取了一系列的措施。 首先首先，要加强首级叶片。，要加强首级叶片。虽然压气机第一级工作叶片工虽然压气机第一级工作叶片工作温度较低，但为了加强其抗作温度较低，但为了加强其抗外物打伤的能力，往往要用钛外物打伤的能力，往往要用钛或钢制，并尽量增加其叶片前或钢制，并尽量增加其叶片前缘的厚度，使用蜂窝结构的宽缘的厚度，使用蜂窝结构的宽弦风扇叶片。弦风扇叶片。蜂窝结构宽弦风扇叶片蜂窝结构宽弦风扇叶片 1991年年7月月15日新型宽弦叶片经受了一次重大的考验。日新型宽弦叶片经受了

40、一次重大的考验。印度航空公司的一架印度航空公司的一架A320在起飞阶段其装备了宽弦叶片的在起飞阶段其装备了宽弦叶片的V-2500涡扇发动机吸入了一只涡扇发动机吸入了一只5.44千克重的印度秃鹫！巨鸟以千克重的印度秃鹫！巨鸟以差不多三百公里的时速迎头撞到了发动机的最前端部件差不多三百公里的时速迎头撞到了发动机的最前端部件-风风扇上！可是发动机在遭到如此重创之后仍在正常工作，飞机扇上！可是发动机在遭到如此重创之后仍在正常工作，飞机安全的降落了。在降落之后，人们发现安全的降落了。在降落之后，人们发现V-2500的的22片宽弦风片宽弦风扇中只有扇中只有6片被巨大的冲击力打变了形，没有一片叶片发生片被巨

41、大的冲击力打变了形，没有一片叶片发生折断。发动机只在外场进行了更换叶片之后就又重新投入了折断。发动机只在外场进行了更换叶片之后就又重新投入了使用。这次意外的撞击证明了使用。这次意外的撞击证明了“宽弦无凸肩空心夹层结构叶宽弦无凸肩空心夹层结构叶片片”的巨大成功。的巨大成功。 其次其次，要精心设计风扇出口通道的形状，并加大风扇与增压要精心设计风扇出口通道的形状，并加大风扇与增压级间的轴向距离，使石粒等外物能在旋转离心力作用下抛至风扇级间的轴向距离，使石粒等外物能在旋转离心力作用下抛至风扇导管，而不进入核心发动机。这样的结构还能防止鸟卡住转子。导管，而不进入核心发动机。这样的结构还能防止鸟卡住转子。

42、图图2-22 V2500防止外来物进入核心机的措施防止外来物进入核心机的措施 第三，第三，有的发动机有的发动机在风扇增压级后设有粒在风扇增压级后设有粒子去除槽，借助离心力子去除槽，借助离心力的作用使杂物随气流通的作用使杂物随气流通过风扇通道排出，而不过风扇通道排出，而不致于进入高压压气机，致于进入高压压气机，此槽同时也是起动时的此槽同时也是起动时的放气机构。放气机构。 第四，第四，发动机必须发动机必须满足通用规范所规定的环满足通用规范所规定的环境吞咽能力的要求。为此，境吞咽能力的要求。为此，在发动机研制阶段必须进在发动机研制阶段必须进行吸入鸟、冰块、砂石、行吸入鸟、冰块、砂石、大气中的液态水以

43、及其它大气中的液态水以及其它外物的吞咽试验。外物的吞咽试验。图图2-23 PW2037发动机的粒子去除槽发动机的粒子去除槽 第第2.4节节 轴流式压气机转子结构轴流式压气机转子结构 组成：组成：轴流式压气机转子一般由工作叶片、轴流式压气机转子一般由工作叶片、轮盘（鼓筒）、轴和一些连接件所组成。轮盘（鼓筒）、轴和一些连接件所组成。 转子的功用：转子的功用：是将从涡轮传来的扭矩传给是将从涡轮传来的扭矩传给工作叶片，并带动叶片在高转速下高效率地工作。工作叶片，并带动叶片在高转速下高效率地工作。2.4.1 转子结构转子结构（1）各零组件要有足够的强度，以传递压气机所需的功率，）各零组件要有足够的强度，

44、以传递压气机所需的功率，并承受高速旋转的离心惯性力等；并承受高速旋转的离心惯性力等；设计轴流式压气机转子的要求：设计轴流式压气机转子的要求：（2）转子应定心准确，连接可靠，并具有较好的刚性，以）转子应定心准确，连接可靠，并具有较好的刚性，以保证工作时平衡好，变形小；保证工作时平衡好，变形小；（3）结构简单，重量轻；）结构简单，重量轻；（4）制造及装配方便，成本低；）制造及装配方便，成本低；（5）便于维护和检查。）便于维护和检查。 轴流式压气机转子的基本结构型式有三种：轴流式压气机转子的基本结构型式有三种：鼓鼓式、盘式和鼓盘混合式式、盘式和鼓盘混合式。一、转子的基本结构形式一、转子的基本结构形式

45、图图2-24 压气机的转子压气机的转子 鼓式转子的鼓式转子的基本结构基本结构是一个圆柱形或圆锥形鼓筒，是一个圆柱形或圆锥形鼓筒，借安装边和螺栓与前，后轴连成一体，在鼓筒的外表面加工借安装边和螺栓与前，后轴连成一体，在鼓筒的外表面加工有环形槽或纵向燕尾形槽，用来安装工作叶片。有环形槽或纵向燕尾形槽，用来安装工作叶片。1. 鼓式转子鼓式转子 鼓式转子的鼓式转子的特特点点是结构简单、零件是结构简单、零件数目少、加工方便、数目少、加工方便、有较高的抗弯刚度。有较高的抗弯刚度。但由于受到强度的限但由于受到强度的限制，目前在实际中应制，目前在实际中应用得不广泛。用得不广泛。 图图2-25 CFM56发动机

46、风扇增压级转子发动机风扇增压级转子 结构：结构：盘式转子由一根轴和若干个轮盘组成。盘式转子由一根轴和若干个轮盘组成。用轴将各级轮盘联成一体。盘缘有不同形式的榫槽用用轴将各级轮盘联成一体。盘缘有不同形式的榫槽用来安装转子叶片。来安装转子叶片。2. 盘式转子盘式转子 盘式转子的盘式转子的特点特点是强是强度好，但抗弯刚性差，并容度好，但抗弯刚性差，并容易发生振动。目前这种简单易发生振动。目前这种简单的盘式转子只用于单盘或小的盘式转子只用于单盘或小流量的压气机上。流量的压气机上。J69发动机轴流压气机转子发动机轴流压气机转子 结构：结构：鼓盘混合式转子由若干个轮盘，鼓筒和前、后鼓盘混合式转子由若干个轮

47、盘，鼓筒和前、后半轴组成。鼓筒可与轮盘作成一体或者单独制成，级间联接半轴组成。鼓筒可与轮盘作成一体或者单独制成，级间联接可采用焊接、径向销钉、轴向螺栓或拉杆。可采用焊接、径向销钉、轴向螺栓或拉杆。3. 混合式转子混合式转子 特点：特点：这种转子兼有鼓式转子抗弯性好和盘式转子强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。度高的优点，因此在发动机中得到广泛应用。 在鼓盘混合式转子中，盘、鼓和轴的连接型式可分为两在鼓盘混合式转子中，盘、鼓和轴的连接型式可分为两种：种：不可拆卸式不可拆卸式和和可拆卸式可拆卸式。不可拆卸式转子，如整体结构。不可拆卸式转子，如整体结构型

48、式的转子、采用焊接或用径向销钉将各级连接在一起的转型式的转子、采用焊接或用径向销钉将各级连接在一起的转子等。可拆卸式转子是用长螺栓或短螺栓将各级连接在一起子等。可拆卸式转子是用长螺栓或短螺栓将各级连接在一起的转子。的转子。（1） 长螺栓连接的混合式转子长螺栓连接的混合式转子 各级轮盘间夹着一个等直径的鼓筒，鼓筒各级轮盘间夹着一个等直径的鼓筒，鼓筒与盘靠圆柱面定位，用一组长螺杆将鼓筒和与盘靠圆柱面定位，用一组长螺杆将鼓筒和各级轮盘拉紧，靠端面摩擦传扭。为了防止各级轮盘拉紧，靠端面摩擦传扭。为了防止鼓筒在夹紧时发生变形以致影响级间封严，鼓筒在夹紧时发生变形以致影响级间封严，在鼓筒上和长螺栓间还装有

49、衬套。螺杆在与在鼓筒上和长螺栓间还装有衬套。螺杆在与盘和衬套相配合的位置处直径加大，用来径盘和衬套相配合的位置处直径加大，用来径向定位，必要时还可以剪切传扭。向定位，必要时还可以剪切传扭。 优点：优点：连接件较少、装拆比较方便。缺点是必须连接件较少、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，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，这就使长化，

50、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。螺栓结构的采用受到一定的限制。 预紧力控制：预紧力控制：为了保证这种结构的转子能可靠地为了保证这种结构的转子能可靠地工作，根据影响螺杆拉紧力的各因素确定出的螺杆预工作，根据影响螺杆拉紧力的各因素确定出的螺杆预紧力的大小。装配时，除了要紧力的大小。装配时，除了要保证螺杆预紧力保证螺杆预紧力外，还外，还要保证各杆受力均匀，因此，拧紧螺母时应对角进行，要保证各杆受力均匀，因此，拧紧螺母时应对角进行，并多次逐渐拧紧。并多次逐渐拧紧。 当压气机通道内径变化较大时，为了尽量加强当压气机通道内径变化较大时，为了尽量加强转子的刚性，最好将