1、主主 講：洪講：洪 杰杰 教授教授第一講第一講 高涵道比發動機發展高涵道比發動機發展3第一講第一講 高涵道比發動機發展高涵道比發動機發展v 發展背景發展背景v 發展特點發展特點v 發展途徑發展途徑GEnx主要內容主要內容第一代大型運輸機第一代大型運輸機/民用客機民用客機所采用的動力裝置所采用的動力裝置是是5新一代新一代寬體客機寬體客機要求要求所采用的動力裝置所采用的動力裝置是高涵道比是高涵道比渦扇動機渦扇動機6第一代商用渦扇發動機第一代商用渦扇發動機低涵道比（低涵道比（1950年）年）7第二代商用渦扇發動機第二代商用渦扇發動機中涵道比（中涵道比（1960-1969年）年）8第三代商用渦扇發動機

2、第三代商用渦扇發動機高涵道比高涵道比（1970-1980年）年）9第四代商用渦扇發動機第四代商用渦扇發動機高可靠性、高性能（高可靠性、高性能（1990年）年）10未來商用渦扇發動機未來商用渦扇發動機PW800011基本概念基本概念結構設計結構設計內涵內涵v結構設計結構設計 （Structure design）vMachine design （機械設計）（機械設計）vStructure Analysis（結構分析）（結構分析）最終目的是實現發動機結構的完整性最終目的是實現發動機結構的完整性Integrality12第二講第二講 總體結構設計總體結構設計2.0 研究內容研究內容2.1 支承方案支承

3、方案2.2 承力框架承力框架2.3 軸系剛度軸系剛度2.4 支承結構與軸承支承結構與軸承2.5 間隙控制間隙控制131）典型總體支承方案）典型總體支承方案PW公司公司普惠（普惠（PW）公司發動機支承方案特點）公司發動機支承方案特點v高壓轉子采用高壓轉子采用 1-1-0v轉子短轉子短v剛性好剛性好v效率高效率高 v低壓轉子后支點放置渦輪后（低壓轉子后支點放置渦輪后（021）v轉子跨度大轉子跨度大v動力特性差動力特性差2號軸承，提高軸的剛性號軸承，提高軸的剛性4號軸承放在高壓渦輪前號軸承放在高壓渦輪前142）典型總體支承方案）典型總體支承方案GE公司公司中介軸承的使用（中介軸承的使用（GE公司）公

4、司）v中介軸承一般為滾棒軸承中介軸承一般為滾棒軸承 。v減小轉子長度。減小轉子長度。v節省一個承力框架，降低發動機重量。節省一個承力框架，降低發動機重量。v軸承的供油、封嚴、安裝困難。軸承的供油、封嚴、安裝困難。v轉子間的動力影響較大。轉子間的動力影響較大。采用中介軸承與否要從發動機整機結構考慮采用中介軸承與否要從發動機整機結構考慮152.2 高涵道比發動機承力系統高涵道比發動機承力系統v 承力系統分類承力系統分類v 風扇承力框架風扇承力框架v 壓氣機后承力框架壓氣機后承力框架v 渦輪級間承力框架渦輪級間承力框架v 渦輪后承力框架渦輪后承力框架162.3 軸系剛度問題軸系剛度問題主要內容主要內

5、容v基本要求基本要求v高壓轉子軸高壓轉子軸v低壓轉子軸低壓轉子軸171）軸系剛性問題）軸系剛性問題基本要求基本要求高壓轉子剛度要求高壓轉子剛度要求v軸系具有軸系具有高的彎曲剛度高的彎曲剛度v剛度剛度/質量軸向分布應盡量接近質量軸向分布應盡量接近等截面梁等截面梁v軸系在工作轉速范圍內軸系在工作轉速范圍內無彎曲臨界轉速無彎曲臨界轉速低壓轉子剛度要求低壓轉子剛度要求v風扇和低壓渦輪部件應具有風扇和低壓渦輪部件應具有較高的局部較高的局部剛性剛性v應盡量減小風扇和渦輪處的變形應盡量減小風扇和渦輪處的變形v擾度和傾角擾度和傾角2.4 支承結構與軸承支承結構與軸承彈支與阻尼器彈支與阻尼器軸承與冷卻潤滑軸承與

6、冷卻潤滑封嚴結構封嚴結構192.4 支承結構與軸承支承結構與軸承彈支與阻尼器彈支與阻尼器 彈性支座彈性支座作用作用: 降低轉子支承剛性降低轉子支承剛性使工作轉速低于彎曲臨界轉速使工作轉速低于彎曲臨界轉速形式形式: 折返式、鼠籠式、彈性環折返式、鼠籠式、彈性環 油膜阻尼器油膜阻尼器在在限幅環限幅環中充以滑油，形成中充以滑油，形成擠壓油膜阻尼器擠壓油膜阻尼器202.4 支承結構與軸承支承結構與軸承彈支與阻尼器彈支與阻尼器折返式彈性支承折返式彈性支承鼠籠式彈性支承鼠籠式彈性支承212.4 支承結構與軸承支承結構與軸承彈支與阻尼器彈支與阻尼器222.4 支承結構與軸承支承結構與軸承彈支與阻尼器彈支與阻

7、尼器CFM56-7v折返式彈性支承折返式彈性支承v帶限位環帶限位環v滾珠、滾棒并用滾珠、滾棒并用2.5 間隙設計問題間隙設計問題主要影響因素主要影響因素結構設計要求結構設計要求典型設計方案典型設計方案24第三講第三講 高涵道比渦扇發動機結構高涵道比渦扇發動機結構動力學分析動力學分析主要內容主要內容3.1 結構振動抑制問題結構振動抑制問題3.2 風扇機匣降噪與包容問題風扇機匣降噪與包容問題3.3 安裝節設計問題安裝節設計問題 3.4 防止低壓軸斷裂問題防止低壓軸斷裂問題一、結構振動抑制問題一、結構振動抑制問題1.1 風扇風扇/壓氣機葉片振動抑制壓氣機葉片振動抑制1.2 渦輪葉片振動抑制渦輪葉片振

8、動抑制1.3 薄壁件的結構設計薄壁件的結構設計1.4 顆粒阻尼顆粒阻尼干摩擦阻尼片干摩擦阻尼片二、風扇機匣降噪與包容問題二、風扇機匣降噪與包容問題三、安裝節設計問題三、安裝節設計問題安裝節發動機與飛機連接點，安裝節發動機與飛機連接點， 并將發動機的負荷傳到飛機并將發動機的負荷傳到飛機v結構分析結構分析v力學分析力學分析v試驗驗證試驗驗證四、防止低壓軸斷裂問題四、防止低壓軸斷裂問題RB211風扇軸斷裂嚴重故障風扇軸斷裂嚴重故障圖圖-154低壓渦輪非包容破裂低壓渦輪非包容破裂防止低壓軸斷裂的結構措施防止低壓軸斷裂的結構措施主講人：洪主講人：洪 杰杰 教授教授31主要內容主要內容第一講第一講 高推重

9、比發動機概述高推重比發動機概述v發展特點發展特點v發展歷程發展歷程v發展途徑發展途徑32主要內容主要內容第二講第二講 總體結構設計總體結構設計2.1 總體結構設計內容總體結構設計內容2.2 典型總體支承方案典型總體支承方案2.3 承力框架設計承力框架設計2.4 中央傳動齒輪設計中央傳動齒輪設計2.5 俄發動機結構分析俄發動機結構分析33軍用渦扇發動機軍用渦扇發動機AL-31F低壓聯軸器結構低壓聯軸器結構34軍用渦扇發動機軍用渦扇發動機RD-33核心機核心機v 高壓轉子轉子連接形式有何特點？高壓轉子轉子連接形式有何特點？v 試分析在高低壓渦輪結構設計中有何特點。試分析在高低壓渦輪結構設計中有何特

10、點。 35F110-GE-129EFE核心機核心機v 高壓轉子轉子連接形式有何特點？高壓轉子轉子連接形式有何特點？v 試分析在高低壓渦輪結構設計中有何特點。試分析在高低壓渦輪結構設計中有何特點。 36承力框架設計承力框架設計承力框架承力框架v進氣機匣進氣機匣v中介機匣中介機匣v擴壓器機匣擴壓器機匣v渦輪機匣渦輪機匣一、軸系剛性問題一、軸系剛性問題二、連接結構問題二、連接結構問題三、臨界轉速問題三、臨界轉速問題四、動力響應問題四、動力響應問題38軸系剛性問題軸系剛性問題 對高低壓轉子彎曲剛度分布的要求？對高低壓轉子彎曲剛度分布的要求？ 如何保證軸的彎曲剛度合理分布？如何保證軸的彎曲剛度合理分布？

11、 39PW4000高壓渦輪轉子高壓渦輪轉子工字形連接鼓筒工字形連接鼓筒增加盤間剛性增加盤間剛性軸承前置可減少軸承前置可減少渦輪盤的角位移渦輪盤的角位移1、高壓轉子剛度、高壓轉子剛度PW二、總體結構設計中二、總體結構設計中 連接結構問題連接結構問題41連接結構問題連接結構問題1）連接結構的剛度含義）連接結構的剛度含義v 在靜載荷作用下的變形（即在靜載荷作用下的變形（即靜剛度靜剛度）v 在動載荷作用下的變形（即在動載荷作用下的變形（即動剛度動剛度）42連接結構問題連接結構問題2）連接結構對轉子振動響應影響）連接結構對轉子振動響應影響v 接觸面接觸面接觸應力會產生損傷接觸應力會產生損傷v 產生的產生

12、的附加不平衡量附加不平衡量v 嚴重時改變嚴重時改變連接剛度、定心連接剛度、定心離心載荷離心載荷溫度載荷溫度載荷氣動載荷氣動載荷機動載荷機動載荷連接結構連接結構接觸面間接觸面間微動磨損微動磨損不平衡量不平衡量附加附加不平衡量不平衡量產生產生大振動大振動穩態響應穩態響應分析分析振動敏感振動敏感度分析度分析43連接結構問題連接結構問題3）連接結構設計的基本要求）連接結構設計的基本要求 連接結構的穩定性連接結構的穩定性v連接結構同心度的穩定性連接結構同心度的穩定性機械機械v連接結構連接剛度的穩定性連接結構連接剛度的穩定性力學力學v連接狀態的穩定性連接狀態的穩定性失效失效v接觸應力的變化控制在安全范圍接

13、觸應力的變化控制在安全范圍第三講第三講航空發動機航空發動機結構故障結構故障分析分析洪洪 杰杰 教授教授45故障分析程序故障分析程序1 收集殘骸收集殘骸2 孤立故障源，分清肇事者、被害者孤立故障源，分清肇事者、被害者3 分析失效形式，判斷損傷機理分析失效形式，判斷損傷機理v進行斷口分析，判斷性質進行斷口分析，判斷性質v通過模擬試驗、計算、分析、資料等確定通過模擬試驗、計算、分析、資料等確定4 材質、工藝分析材質、工藝分析5 強度校核強度校核v計算分析損壞件的應力狀態計算分析損壞件的應力狀態46故障分析程序故障分析程序6 使用中發動機的情況調查使用中發動機的情況調查v了解損壞件在工作中的真實工況，

14、是否具有了解損壞件在工作中的真實工況，是否具有普遍性，對重大事故應進行普查普遍性，對重大事故應進行普查7 進行結構分析進行結構分析v結構分析的重點是在綜合各方面的信息結構分析的重點是在綜合各方面的信息8 進行故障再現試驗進行故障再現試驗9 總結并提出改進措施總結并提出改進措施47鈦火鈦火機理機理v兩個鈦制零件相互高速摩擦時，會產生大量摩擦熱。兩個鈦制零件相互高速摩擦時，會產生大量摩擦熱。碰摩產生的火花，引起鈦合金燃燒碰摩產生的火花，引起鈦合金燃燒v鈦合金著火后，在氧的作用下迅速燃燒鈦合金著火后，在氧的作用下迅速燃燒v鈦合金是否易于著火，與流過它周圍空氣的參數有關鈦合金是否易于著火，與流過它周圍空氣的參數有關原因原因v鈦葉片折斷鈦葉片折斷v輪盤破裂輪盤破裂v軸承損壞軸承損壞v結構設計不當導致長時間工作后零件變形結構設計不當導致長時間工作后零件變形v裝配不當使靜子、轉子間相互摩擦裝配不當使靜子、轉子間相互摩擦48鈦火鈦火措施措施v鈦機匣改為鋼機匣鈦機匣改為鋼機