毕业设计（论文）
论文题目：某型发动机高压涡轮失效分析所属系部：航空维修工程系
指导教师：职称：
学生姓名：学号:
专业：航空机电设备维修
西安航空职业技术学院制
毕业设计（论文）任务书题目：某型发动机高压涡轮失效分析
任务与要求：
时间：2012年 10月20日至2012 年 11月 30 日共 8周
所属系部：航空维修工程系
学生姓名：学号：
专业：航空机电设备维修
指导单位或教研室：
指导教师：职称：
西安航空职业技术学院制
毕业设计(论文)进度计划表
本表作评定学生平时成绩的依据之一。
摘要
高压涡轮是航空发动机上重要的部件之一，承受着复杂的循环热载荷和机械载荷，为了保证发动机和飞机的安全性和可靠性，需要对其的失效形式进行研究，本文的研究方向主要是针对发动机的高压涡轮部件。在充分了解该发动机高压涡轮的主要结构、工作机理和工作环境之后，本文对高压涡轮叶片和轮盘的常见失效形式进行了详细的分析和总结，并对有可能引起这些损伤的原因做出了定性分析。
此外，为了更深入的研究某型高压涡轮部件的失效原因,根据分析结果，找出叶片最容易失效的部位，直观清晰地说明叶片容易被烧伤的部位。
针对这些常见失效原因，本文在生产设计、使用和维护过程中提出了一些改进措施或意见，为提高发动机的可靠性和延长工作寿命提供一定的参考价值。
关键词：涡轮盘;涡轮叶片;失效分析
The Failure Analysis of Engine HPT
Abstract:
The high turbine pressure is one of the key components of engine, which endures the high cyclic temperature load and mechanical load. In order to ensure the safety and reliability of engines and aircraft, we need to study the failure analysis of HPT.In this paper, we specifically research the failure analysis of engine HPT. After fully understand the structure of the engine, the working mechanism and the work environment of the HPT, we sum some common failure tapes and the reasons which course possibly the turbine disc and blade fail.
In addition, to analyze the HPT blades burn in the high temperature. According to the results of analysis and calculation，we can identify the parts of the blade of the easiest failure.
According to these reasons, we also raises some suggestions and improvements in the production ,use and maintenance. We hope to provide some reference value in improving reliability and extending the working life of the engine.
Key words:turbine disc, turbine blade, failure analysis, finite element analysis
目录
1 发动机高压涡轮的结构及原理 (3)
1.1发动机主要结构 (3)
1.1.1进气道 (3)
1.1.2压气机 (3)
1.1.3燃烧室 (3)
1.1.4涡轮 (4)
1.1.5排气装置 (4)
1.2 某型发动机高压涡轮的工作环境 (5)
1.2.1涡轮叶片承受着很高的热负荷 (5)
1.2.2涡轮叶片承受巨大的离心力 (5)
1.2.3涡轮叶片受燃气的交变力影响 (5)
1.2.4中国区腐蚀对高压涡轮叶片的影响 (6)
1.3 某型发动机高压涡轮的工作原理和结构特点 (6)
1.3.1 高压涡轮的工作原理 (6)
1.3.2 高压涡轮的结构特点 (7)
2 高压涡轮叶片失效分析 (11)
2.1 高压涡轮叶片烧伤 (11)
2.1.1 叶片烧伤原因探究 (11)
2.2 高压涡轮叶片裂纹 (15)
2.2.1 导向器裂纹 (15)
2.2.2 转子叶片裂纹 (16)
2.2.3 榫头裂纹 (17)
2.3 高压涡轮叶片丢失或断裂 (17)
2.3.1 转子叶片叶尖部位丢失 (17)
2.3.2 涡轮转子叶片叶身的断裂 (18)
2.3.3 转子叶片榫头的断裂 (19)
2.3.4 其他的一些失效形式 (20)
2.4 高压涡轮叶片失效的防护措施 (21)
2.4.1 高压涡轮设计制造方面考虑 (21)
2.4.2 飞行使用中考虑 (23)
2.4.3 维护过程中考虑 (24)
3 高压涡轮轮盘失效分析 (26)
3.1 涡轮盘常见失效形式的探究 (26)
3.1.1涡轮盘榫齿裂纹 (26)
3.1.2 涡轮盘榫槽槽底裂纹 (27)
3.2 涡轮盘失效预防措施 (28)
3.2.1 设计选材方面 (28)
3.2.2 使用维护方面 (29)
结束语 (31)
谢辞 (32)
1 发动机高压涡轮的结构及原理
1.1发动机主要结构
某型发动机的结构主要有：进气道、风扇和低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮、尾喷管。
1.1.1进气道
进气道的功用是在各种状态下，将足够的空气，以最小的气动损失，顺利地引入发动机；当压气机进口处的气流马赫数小于飞行马赫数时，通过冲压压缩空气，提高空气的压力。发动机进气道分为亚音速进气道和超音速进气道两种。涡扇发动机的进气道采用的是亚音速短圆形进气道。
亚音速进气道是扩张形的管道。它由壳体和前整流锥组成。在亚音速飞行时，它可以充分利用飞行速度造成的冲压效应，而且造成的流动损失最小。
1.1.2压气机
某型发动机的压气机是由风扇和低压压气机，高压压气机组成的。风扇可以增加空气的流动速度，在风扇的后面有一个整流锥分离器可以将空气分成两股：第一股气流和第二股气流。其中第一股气流流进发动机的核心机，有增压机将其压力增大并送往高压压气机。第二股气流通过外涵道流过发动机，在飞机起飞的过程中，第二股气流可以提供80%的推力。
高压压气机是一个九级的压气机。高压压气机可以将第一股气流进行增压，然后将其送进燃烧室。并且产生的高压气体还会通过引气系统，进入飞机的气动系统和空调系统。
1.1.3燃烧室
燃烧室位于压气机和涡轮之间，其功能是使高压空气与燃油混合、燃烧、将
化学能转变为热能，形成高温高压的燃气。发动机的可靠性、经济性和寿命在很大程度上取决于燃烧室的可靠性和燃烧有效程度。
某型发动机燃烧室类型为环形燃烧室，其剖面结构如图1-1所示。燃烧室的结构形式主要由扩压器、旋流器、火焰筒、喷油嘴、点火装置等基本构件组。
图1-1 环形燃烧室结构图
1.1.4涡轮
和压气机一样，按气流流动方向涡轮可以分为轴流式和径向式；按转子数目可以分为单转子、双转子、和三转子；而按工作原理轴流式涡轮可以分为冲击式、反力式和冲击-反力混合式三种类型。涡扇发动机涡轮分为高压涡轮和低压涡轮，
涡轮的基本部件有燃烧室燃气导管、导向器叶片、涡轮盘和涡轮工作叶片。
1.1.5排气装置
航空发动机的排气系统是指涡轮或加力燃烧室以后组件排气的构件。排气系统包括尾喷管、反推力装置、消音装置等。航空燃气涡轮发动机有一个排气系统，将涡轮排出的燃气以一定的速度和要求的方向排入大气，提供最后所得到的推力，在高涵道比涡轮喷气发动机中产生主要的推力是外涵通道。
1.2 某型发动机高压涡轮的工作环境
涡轮在的燃气作用下旋转做功。为了使其能够发出较大的功率，人们总是在努力提高T 和发动机转速。由于涡轮总是处于高温、高负荷的工作状态，轮盘和叶片要承受极高的离心力；同时，由于T 和压力不可能绝对均匀，燃气的周期交变应力也会对涡轮部件产生严重的影响。
1.2.1涡轮叶片承受着很高的热负荷
为了提高发动机推力，需要尽可能提高涡轮前温度T3*，T3*的提高对增强发动机性能有重要的作用。但是在提高涡轮前温及提高发动机推力的同时，涡轮的热负荷也在不断的恶化中。由于涡轮叶片直接在灼热的燃气流中工作，温度很高。当利用冷却的方法来降低涡轮叶片的温度时，叶片温度的分布情况是，叶片中部和尖部温度高，根部温度稍低。当T3*分布均匀时，涡轮叶片的温度从距叶片根部三分之一高度的地方到叶片尖部，温度都保持较高的数值。由于金属材料的强度，都是随温度升高而降低的，所以涡轮叶片在高温下工作，伴随高温疲劳和高温蠕变行为的影响，其材料强度是显著降低的。
1.2.2涡轮叶片承受巨大的离心力
提高发动机推力，需要提高空气流量，所以必须确保较高的发动机转速。涡轮叶片在较高的转速下旋转，叶片承受者巨大的离心力。对一定的发动机而言，涡轮叶片承受的离心力与转速的平方成正比，转速越高，离心力越大。由于涡轮是在高转速情况下工作的，如一片小小的涡轮工作叶片重量仅2盎司，在最高转速下的载荷会超过2 吨。
由于叶片承受巨大的离心力，其内部会产生很大的拉伸应力，叶片将被拉长。
1.2.3涡轮叶片受燃气的交变力影响
发动机实际工作中，由于受燃烧室各燃油喷嘴的喷油量不可能绝对均匀、涡
轮前燃气通道面积及流动阻力不可能绝对相等等因素的影响，涡轮前燃气温度和压力的分布事实上是不均匀的。如果涡轮前某一地方的燃气温度高、压力大、相应的导向器出口处燃气速度就会大，作用于叶片的力也就会受到这种按周期变化的力的作用，这就是交变力。进而造成燃气作用在涡轮叶片上的力不相同，这种交变力会使涡轮叶片发生振动，引起叶片内部产生附加应力，容易造成叶片的疲劳失效。
1.2.4中国区腐蚀对高压涡轮叶片的影响
近年来，在中国的高速发展的过程中，没有注重对环境的保护。环境受到的严重污染已经影响到飞机发动机的正常工作。由于高压涡轮位于燃烧室后端，利用燃气做功，所以自然而然的承受着高温高压的燃气。为了提高发动机的在翼时间，所以要对高压涡轮叶片进行降温处理，因此在高压涡轮导向器上面开有很多小孔，用于引导冷空气对涡轮部件进行冷却。可是恶劣的大气环境污染了空气，使进入发动机的空气并不干净，空气中的大量杂质可能会堵塞导向器上的小孔，最终导致冷却空气不能留过，致使高压涡轮导向器烧伤，腐蚀等损害。
此外，还有其他众多因素对发动机高压涡轮的正常运转产生影响，如震动，气流冲击，疲劳等因素。
1.3 某型发动机高压涡轮的工作原理和结构特点
1.3.1 高压涡轮的工作原理
研究涡轮的工作原理，就要先研究涡轮的基元级，研究涡轮基元级的目的是为了得到基元级速度三角形，有了基元级速度三角形，就可以清楚地看出燃气流过导向器和工作叶轮的膨胀情况，进而分析涡轮的工作原理。
(1) 涡轮的基元级速度三角形
用③-③表示工作叶轮进口截面，用④-④表示工作叶轮出口截面，则在进口处有
从而得到叶轮进口处的速度三角形，如图1-2 所示。
在工作叶轮出口处有:
将叶轮进、出口速度三角形叠加在一起，就得到基元级速度三角形，如图1-3 所示。
图1-2叶轮近、出口速度三角形图1-3 基元级速度三角形
向器出口处燃气速度接近或达到音速，流动的方向也改变，以满足涡轮工作叶片进口处对气流方向的要求。具有很大的切向速度。在工作叶轮内，由于工作叶轮被燃气推动而旋转，其切向速度为，所以气流的绝对速度降低，方向也改变；燃气以相对速度流入工作叶轮，沿者工作叶轮叶栅流动，由于涡轮工作叶片间的通道也是收敛形的，故燃气在工作叶轮中继续膨胀加速，相对速度增加，流动方向改变，压力下降。
由导向器出来的高速气流冲击在动叶叶栅时，就会产生很大的气动作用在动叶上，作用在叶盆上的静压比作用在叶背上的静压打得多，叶盆和叶背的压差形成了巨大的推动力，其方向由叶盆指向叶背，推动涡轮动叶做功。
1.3.2 高压涡轮的结构特点
高压涡轮安装在燃烧室的后面，其功用是将高温燃气中的部分热能和压力位能变为功，去带动压气机和附件。涡轮的基本部件有燃烧室燃气导管、导向器叶片、涡轮盘和涡轮工作叶片。
(1) 高压涡轮导向器
高压涡轮导向器将改变从燃烧室喷出的燃气方向，使其有一个恰当的角度流
向高压涡轮叶片，从而使得发动机在任何的操作情况之下都可以达到最大的性能。高压涡轮导向器有这几部分组成：2个叶片为一组的21个导向器组，前后的支撑，后缘外侧的密封。如图1-4所示。
图1-4 高压涡轮导向器组件
导向器叶片是由高强度的镍基材料制成的，它的表面上还附着有一层具有保护作用的流道层。其中每一个导向器叶片被中间隔板分为前后两个腔体，CDP 冷却气体通过叶片内部的衬垫进入导向器叶片的冷却腔体。而这些冷却气体则通过导向器叶片前缘的小孔和后缘的细缝流出导向器，从而达到冷却高压涡轮导向器的作用。如图1-5所示。
(2) 高压涡轮转子
高压涡轮转子是由通过导向器的燃气来驱动的。高压涡轮导向器和转子叶片将燃气的动能转化为扭矩来驱动高压涡轮转子的转动，然后由高压涡轮传动轴来带动高压压气机的转动。高压涡轮转子叶片被安装在发动机核心机后半段的燃烧室的机匣上，它是通过引用CDP 的冷却空气来冷却的。转子叶片主要包括：前轴、前旋转空气封严、轮盘，叶片和后轴。如图1-6 所示。
高压涡轮转子叶片是由耐高温并且可以提供很高的重量比的单晶体铝合金构成。它内部有8个冷却腔体，通过引入CDP 冷却空气进行气膜冷却。冷却空气由叶根部位进入转子叶片，然后从叶片顶部的前后缘的小孔流出，这个过程达到冷却叶片的作用。如图1-7所示。
(3) 高压涡轮盘
高压涡轮盘是经过机械锻造的部件，它上面提供了沿轴向固定转子叶片的榫槽。涡轮盘内部是由来自增压器的空气来冷却的，它的前端面是由通过前旋转空气封严的CDP空气来冷却的，后端面是由第四级高压压气机的引气来冷却的。整
个转动部分的前旋转空气封严安装在它的前端面，后轴安装在它的后端面。如图
1-8 所示。
图1-5 高压涡轮导向器冷却
图1-6 高压涡轮转子叶片
图1-7 高压涡轮转子叶片冷却
图1-8 高压涡轮盘结构
(4) 高压涡轮叶片的发展情况
近年来，随着航空发动机推重比的提高，对热端部件特别是涡轮叶片耐高温材料及冷却设计所提出的要求日益苛刻。在过去的几十年中，已就高压涡轮叶片的冷却设计与高温材料开展了广泛深入的研究工作，出现了诸多技术新进展。其中包括冲击与气膜冷却设计、先进的定向凝固和单晶镍基高温合金等。这些成果使20世纪80及90年代航空发动机的涡轮进口温度提高了300℃。图1-9展了高压涡轮叶片冷却设计和材料的演进过程。
图1-10所示为高温合金的最高使用温度与其使用年代的关系。从图中可明显看出，近年来高温合金的发展速度放慢。其中最主要的原因是，虽然单晶工艺可使合金熔点得以部分提高，但其提高的幅度相当有限。
图1-9 高压涡轮叶片冷却设计和材料的演进过程
图1-10 高温合金最高使用温度与年代的关系图
2 高压涡轮叶片失效分析
从上文的介绍中，我们了解到在发动机工作过程中，涡轮叶片长期在高载荷的作用下工作，承受着高温载荷，离心载荷气动载荷，振动载荷和高温氧化及腐蚀的多重作用。不管是导向器叶片还是转子叶片，数量都很多，这样就造成了其失效概率相对较高。涡轮叶片在使用过程中，如果使用不当会出现叶片刻痕、裂纹、撕裂、烧伤、掉快、压坑等损伤，并且这些损伤超出手册允许的范围外，就认为涡轮叶片失效，如图2-1所示涡轮叶片损伤形式。
图2-1 涡轮叶片损伤形式
涡轮叶片在环境因素、人为因素、发动机本身因素影响下出现的损伤有涡轮叶片堵塞，涡轮叶片烧蚀，涡轮导向器叶片腐蚀，涡轮叶片掉快，涡轮叶片裂纹，涡轮叶片榫齿裂纹，涡轮叶片断裂等。
2.1 高压涡轮叶片烧伤
2.1.1 叶片烧伤原因探究
高压涡轮处于燃烧室后面，直接承受着高温高压的燃烧气体的冲击。为了提高高压涡轮的工作效率，即提高T3*，T3*的提高对增强发动机性能有重要的作用。但是在提高涡轮前温及提高发动机推力的同时，涡轮的热负荷也在不断的恶化中，尤其是叶片部分。由于涡轮叶片直接在灼热的燃气流中工作，温度很高。所以就要运用引气系统来对高压涡轮叶片进行冷却，包括导向器和转子叶片。
但是，随着近年来我国环境污染的加重，空气中所含的杂质越来越多，比如粉尘，悬浮物颗粒等，这些都是对航空发动机的影响极为不利，尤其是高压涡轮
部分。因为在发动机的工作过程中，涡轮效率直接影响到发动机的工作效率。而空气中的颗粒状的杂质可能被吸进发动机，从而堵塞高压涡轮叶片的冷却小孔，冷却孔的阻塞使得高温高压燃气直接烧伤涡轮叶片，从而涡轮的效率降低，将直接影响到T3* 。所以，涡轮叶片的主要失效形式就是涡轮叶片的堵塞，从而引起的叶片烧伤。
(1) 高压涡轮导向器的烧伤
图2-2 颗粒物流动图
图2-3 涡轮导向器前缘损伤
如图2-2 为颗粒物流动图。从图中我们可以看出来，当发动机吸入飞尘，颗粒状杂质以后，在进入燃烧室前顺着压缩的空气压气机进入燃烧室火焰筒的内、外环，小颗粒就顺着燃烧室火焰筒内环进入高压涡轮导向器前缘腔体并导致衬套和内壁的阻塞，大颗粒由于离心力作用从火焰筒外环进入并堵塞后缘衬套和导向器冷却孔。当发动机在恶劣条件下工作时，如遭遇沙尘暴天气，由于涡轮导向器冷却气从高压压气机引气，压缩空气里的颗粒状物体就会容易阻塞导向器冷却孔，堵塞的成分主要是 SiO 和CaSO ，这些腐蚀介质会使涡轮叶片发生化学或电化学腐蚀反应，对叶片有着强烈的氧化、腐蚀作用，由于长期滞留在冷却孔内，在高温的作用下导致涡轮导向器前缘和后缘氧化，使导向器出现烧蚀现象。图2-3所示涡轮导向器阻塞氧化。
(2) 高压涡轮工作叶片的烧伤
小颗物随着冷却空气通过篦齿封严结构，然后再封严结构中长期积累，最后形成飞尘块。在发动机高振动的作用下，飞尘块脱落顺着气流叶片，从而阻塞腔体通道和叶尖冷却孔，如图2-4。
图2-4 涡轮转子叶片冷却孔受阻原因
图2-5 涡轮工作叶片阻塞图
由于碎屑是泥土，铝氧化，物氧化锆（TBC）和金属碎屑的混合物。所以脱落进入FOS 以后，凝聚成大块的飞衬物时，就会进入工作叶片的空腔或者冷却小孔，如图2-5所示。
由于涡轮叶片的冷却失效，在高温的作用下就会导致叶片前沿出现超温，从而使涡轮叶片烧蚀而使涡轮叶片失效。因为涡轮叶片是在高温环境下工作，当燃烧室出口温度分布不均，导致涡轮喷口处温度局部超温，长时间受到高温气流的冲刷腐蚀和氧化，就会使涡轮叶片出现烧蚀现象，如图2-6。
图2-6 涡轮叶片烧蚀现象
此外还有其他的一些原因，容易导致发动机超温，从而导致涡轮叶片被烧伤，比如燃烧室故障，压气机问题、发动机引气过量、外界环境变化、推油门杆角度过大等。
(1) 燃烧室故障。燃烧室为涡轮提供高温、高压的燃气保证涡轮做功，使发动机正常运行。如果燃烧室出现故障，如燃烧室喷油嘴积炭、回油活门锈蚀卡死、电嘴工作失灵、喷油嘴油压过低或者雾化不良、漏油活门卡阻或管路阻塞都可能使燃烧室出现富油燃烧导致高压涡轮进口温度超温，使涡轮叶片烧蚀。
(2) 压气机问题。由于压气机为燃烧室提供增压空气，保证燃烧室的正常燃烧，当压气机出现效率下降导致空气流量减小，特别是由于空气流量骤然减小导致发动机喘振，就会使发动机性能急剧恶化，就会使燃烧室出现富油燃烧现象，造成涡轮进口温度超温，从而出现涡轮叶片烧蚀。
(3) 发动机引气过量。飞机的空调、防冰等系统需要从发动机引气，如果引气过量会降低发动机推力和转速的下降，而为了确保推力的连续稳定，燃油系统将自动补油，提高涡轮前温；另一方面，参与燃烧的空气量减少，燃烧室混合气变富油，T3*也将升高。所以，发动机在高负荷状态下(如飞机在起飞过程中)过量引气，也会导致涡轮进口温度超温，从而导致涡轮叶片烧蚀。
(4) 外界环境变化、当外界环境发生变化，如大气温度升高、飞行高度下降等导致进口温度升高，飞机在高原地区、严寒条件等环境下工作，前两者原因会使涡轮发生喘振而导致涡轮进口温度升高；后者会导致燃烧室在富油环境下工作导致涡轮进口温度超温，从而出现涡轮叶片烧蚀。
(5) 推油门杆角度过大。如果在飞行操作时，如在起飞过程中或者加速飞行，当飞行员推油门过猛，将会引起喷油量的急剧增大，涡轮进口温度会因为燃烧室出现富油燃烧而迅速提升，假果处置不当就可能导致发动机超温，如果经常这样操作，涡轮叶片就会出现烧蚀现象。
由此可见，高压涡轮叶片在工作的过程中，不管是导向器还是转子叶片最有可能失效的形式是由于温度过高致使叶片被烧伤。而造成高温最主要的原因就是叶片的冷却孔被堵塞，是叶片的冷却效率降低。此外还有其他的一些原因，如燃烧室和压气机出问题，外界环境的变化，人为的操作等。
发动机常见故障分析与处理 一、故障分类：发动机控制电路故障，发动机自身故障，其它外部故障。排除故障思路：原则上先排除控制电路故障——再排除发动机自身故障——后排除其它外部故障。 二、常见故障现象及分析处理（以下疏理的是针对不同故障现象可能的原因，编者尽量按照排查故障的思路流程按照顺序罗列，考虑到不同检修人员的技术能力和对不同大机的熟悉程度等因素，仅为检修人员提供参考的流程）： 1、启动困难或不能启动。（电气控制的原因见电气故障，这里不再叙述） 原因分析及处理：（前五项为操作人员自己可查，后面的需要经过发动机专业培训的人员进行检查） A、环境温度过低。处理：对燃油箱安装预热装置；更换燃油；检查预热火花塞状况。 B、电瓶无电或电瓶损坏。处理：给电瓶充电或更换新电瓶。 C、启动电机故障。原因：启动电机无动作，检查启动电机是否得电，如不得电，则检查或检查外部控制电路是否有电压进入，如得电，检查启动电机连线是否松动或锈蚀（电压标准：24V的电压测量应不低于22.18v）。启动电机仍然无动作，判断启动电机损坏。处理：启动电机一般损坏的原因可能是电磁阀损坏或电机碳刷磨损，修理或更换启动电机。现场临时应急处理启动电机损坏故障方法：手动拉起停机电磁阀开启；采用连接线或长螺丝刀连接启动电机的电磁离合器控制线桩头和电源线桩头2~3秒，带动发动机启动后立即断开（此方法操作不当对发动机有一定的伤害，为应急情况下使用）。 C、燃油不足导致无法吸上燃油或燃油质量及燃油供油管路问题。处理：⑴、检查油位并检查油箱排气孔是否堵塞造成吸油不到位。⑵、检查管路有否漏气情况。 ⑶、检查管路有无脏污。⑷、燃油滤芯的密封圈是否损伤，配合是否正确。⑸、燃油软管是否有损伤、老化和折叠现象。⑹、柴油管中空心螺丝的铜垫是否变形。 ⑺、柴油滤芯是否脏污。
2020 年【航空发动机】行业调研分析报告 2020 年 2 月
目录 1. 航空发动机行业概况及市场分析 (6) 1.1 航空发动机行业市场规模分析 (6) 1.2 航空发动机行业结构分析 (6) 1.3 航空发动机行业 PEST 分析 (7) 1.4 航空发动机行业发展现状分析 (9) 1.5 航空发动机行业市场运行状况分析 (10) 1.6 航空发动机行业特征分析 (11) 2. 航空发动机行业驱动政策环境 (12) 2.1 市场驱动分析 (12) 2.2 政策将会持续利好行业发展 (14) 2.3 行业政策体系趋于完善 (14) 2.4 一级市场火热，国内专利不断攀升 (15) 2.5 宏观环境下航空发动机行业的定位 (15) 2.6 “十三五”期间航空发动机建设取得显著业绩 (16) 3. 航空发动机产业发展前景 (17) 3.1 中国航空发动机行业市场规模前景预测 (17)
3.2 航空发动机进入大面积推广应用阶段 (18) 3.3 中国航空发动机行业市场增长点 (19) 3.4 细分化产品将会最具优势 (19) 3.5 航空发动机产业与互联网等产业融合发展机遇 (20) 3.6 航空发动机人才培养市场大、国际合作前景广阔 (21) 3.7 巨头合纵连横，行业集中趋势将更加显著 (22) 3.8 建设上升空间较大，需不断注入活力 (22) 3.9 行业发展需突破创新瓶颈 (23) 4. 航空发动机行业竞争分析 (24) 4.1 航空发动机行业国内外对比分析 (24) 4.2 中国航空发动机行业品牌竞争格局分析 (26) 4.3 中国航空发动机行业竞争强度分析 (26) 4.4 初创公司大独角兽领衔 (27) 4.5 上市公司双雄深耕多年 (28) 4.6 互联网巨头综合优势明显 (29) 5. 航空发动机行业存在的问题分析 (30) 5.1 政策体系不健全 (30)
发动机连杆断裂是一种较为常见的故障现象。引起发动机连杆断裂的原因很多，既有可能是零部件本身的缺陷，也有可能是外来因素的影响，还有可能是用户使用不当造成。连杆断裂的发生往往会导致发动机报废，造成较大经济损失。所以，对发动机连杆断裂的原因进行总结和分析，不仅能够对汽车生产厂家提高产品质量水平有积极的促进作用，而且能指导用户正确使用车辆，避免产生不必要的维修费用。下面分析几种典型的原因。 一、发动机汽缸进水 一辆本田雅阁2.0L乘用车，行驶里程为28993km。在行驶过程中，听到一声较大的异响后发动机熄火，不能再次启动。拖至维修站检查，发现发动机缸体破损（如图1所示）。进一步拆检，发现第一缸连杆断裂。 经分析，连杆材质各项指标均正常，排除了因材质问题引起故障的可能性。检查发动机舱时发现：电池安装座上有较多
泥沙；在保险丝盒附近有大量飞溅的泥点；拆开空气滤清器，发现空气滤清器上盖上有较多泥点，且空气滤清器下盖上有相当多的泥土。种种迹象表明，该车曾经涉深水行驶。 解体发动机后，观察各缸缸套上活塞环运动的最高位置（上止点），可以看出第一缸的上止点明显比其它缸低(如图2 所示)。笔者认为，连杆是弯曲运转一段时间后才发生断裂。 该车进气系统由进气口、共鸣腔、空气滤清器、进气管、节气门体、进气歧管等组成（如图3所示）。水是如何进入进气系统从而进入发动机的呢？笔者认为，车辆在水中行驶时会使水面发生较大波动，造成水面高度相对进气口时高时低，水面高于进气口时，发动机将水吸入汽缸。
最初进入汽缸的水，在缸体高温的作用下很快形成水蒸气，使该缸无法形成可燃混合气。随着进水量的增多，水会积存在活塞顶部，使燃烧室的有效容积减小，压缩阻力增大，活塞传给连杆的压力也增大。当积水量达到一定程度(如接近燃烧室容积)时，压缩行程实际上变成了对水的压缩，连杆所承受的压力急剧增大，以至发生弯曲变形直至断裂，从而打破发动机缸体。 现代发动机一般采用直径较大的进气总管和进气阻力系数较小、呈弯曲手指状的进气歧管，给空气的进入提供便利的条件。然而，如果车辆在深水路面行驶，这种结构同样给水的进入提供便利条件。一般情况下，当水被吸入进气管时，由于惯性，水将首先涌到水平的进气总管末端，然后再往回流，导致位于进气总管末端的第一缸进气歧管最易进水。另
航空发动机构造及强度复习题（参考答案） 一、 基本概念 1. 转子叶片的弯矩补偿 适当地设计叶片各截面重心的连线，即改变离心力弯矩，使其与气体力弯矩方向相反，互相抵消，使合成弯矩适当减小，甚至为零，称为弯矩补偿。 2. 罩量 通常将叶片各截面的重心相对于z 轴作适当的偏移，以达到弯矩补偿的目的，这个偏移量称为罩量。 3. 轮盘的局部安全系数与总安全系数 局部安全系数是在轮盘工作温度与工作时数下材料的持久强度极限t T σ，与计算轮盘应力中最大周向应力或径向应力之比值。0.2~5.1/max ≥=σσt T K 总安全系数是由轮盘在工作条件下达到破裂或变形达到不允许的程度时的转速c n ，与工作的最大转速m ax n 之比值。max /n n K c d = 4. 轮盘的破裂转速 随着转速的提高，轮盘负荷不断增加，在高应力区首先产生塑性变形并逐渐扩大， 使应力趋于均匀，直至整个轮盘都产生塑性变形，并导致轮盘破裂，此时对应的转速称为破裂转速。 5. 转子叶片的静频与动频 静止着的叶片的自振频率称为静频； 旋转着的叶片的自振频率称为动频；由于离心力的作用，叶片弯曲刚度增加，自振频率较静频高。 6. 尾流激振 气流通过发动机内流道时，在内部障碍物后（如燃烧室后）造成气流周向不均匀，从而对后面转子叶片形成激振。 7. 转子的自位作用 转子在超临界状态下工作时，其挠度与偏心距是反向的，即轮盘质心位于轴挠曲线的内侧，不平衡离心力相应减小，使轴挠度急剧减小，并逐渐趋于偏心距e ，称为“自位”作用。
8. 静不平衡与静不平衡度 由不平衡力引起的不平衡称为静不平衡；静不平衡度是指静不平衡的程度，用质量与偏心矩的乘积me 表示，常用单位为cm g ?。 9. 动不平衡与动不平衡度 由不平衡力矩引起的不平衡称为动不平衡；动不平衡度是指动不平衡的程度，用me 表示，常用单位是cm g ?。 10. 动平衡 动平衡就是把转子放在动平衡机床上进行旋转，通过在指定位置上添加配重，以消除不平衡力矩。 11. 挠性转子与刚性转子 轴的刚性相对于支承的刚度很小的转子系统称为挠性转子；转子的刚性相对于支承的刚性很大的转子称为刚性转子。 12. 转子的临界转速 转子在转速增加到某些特定转速时，转子的挠度会明显增大，当转速超过该转速时，挠度又明显减小，这种特定的转速称为转子的临界转速，是转子的固有特性。 13. 涡动 转轴既要绕其本身轴线旋转，同时，该轴又带动着轮盘绕两轴承中心的连线旋转，这种复合运动的总称为涡动。 14. 自转与公转（进动） 轮盘绕轴旋转称为自转；挠曲的轴线绕轴承连线旋转称为公转或进动。 15. 转子的同步正涡动与同步反涡动 自转角速度与进动角速度大小与转向均相同的涡动称为同步正涡动；自转角速度与进动角速度大小相等，但转向相反的涡动称为同步反涡动； 16. 转子的协调正进动与协调反进动 自转角速度与进动角速度大小与转向均相同的涡动称为同步正涡动，对应的进动称为协调正进动；自转角速度与进动角速度大小相等，但转向相反的涡动称为同步反涡动，对应的进动称为协调反进动。 17. 持久条件疲劳极限 规定一个足够的循环次数L N ，以确定L N 下的“持久疲劳极限”，称为“持久条件疲劳极限”。
2020年航空发动机行业分析报告 2020年2月
目录 一、我国航空发动机国产化势在必行，产业链各环节企业将迎来重大 发展机遇期 (5) 1、国家级基金战略扶持：预计2017年启动的国家级两机专项计划投入规模 6在3000亿以上 ........................................................................................................ 2、国家安全战略重要保障：两机是工业领域皇冠上的明珠，是国家安全的重 7要战略保障 .............................................................................................................. 3、产业链条足够长、市场空间足够大：预计未来10年全球两机市场规模将 达到6000亿美元，产业链各环节企业发展空间巨大 (8) 二、我国航空发动机产业发展现状及标的梳理 (12) 1、航空发动机产业发展特点：技术壁垒高、经济回报高、研制周期长 (12) （1）技术壁垒高 (12) （2）经济回报高 (13) （3）研制周期长、研制投入大 (13) 2、我国国产军用航空发动机发展现状 (14) （1）仿制和改进 (14) （2）部分自主设计 (15) （3）拥有自主知识产权 (15) 3、我国航空发动机等两机产业链标的梳理 (16) 三、两机产业链：全球维度看切入两机供应体系，国内维度看自主可 控加速技术与产品落地 (17) 1、航发动力：我国航空发动机制造龙头企业，整机制造处垄断地位 (18) 2、应流股份：两机叶片千亿美金赛道，从此有了中国制造 (19)
v .. . .. 汽车发动机连杆失效分析 学院机电工程学院 作者XXX 学号XXXXXXXX 专业班级XXXXXXXX 小组成员XXXXXXXXXXXXXX 指导教师XXXXXX 2013年12月
目录 引言 (3) 一．基本知识 (3) 1. 连杆的结构 (3) 2. 制造工艺 (3) 3. 钢锻连杆使用材料 (3) 4. 连杆受力分析及有限元法 (3) 二．断口理化检验 (3) 1. 材料化学成分 (3) 2. 断口外观质量和失效形貌 (3) 3. 微观断口夹杂物检测分析 (3) 4. 断口金相组织 (3) 5. 断裂位置 (3) 三．失效原因（断裂原因） (3) 1. 失效原因总结 (3) 2. 连杆疲劳强度研究 (3) 3. 连杆疲劳寿命预测 (3) 四．总结 (3) 1. 影响疲劳强度的主要因素 (3) 2. 对连杆生产的建议 (3) 五．参考文献 (3)
引言 连杆是车用发动机的重要部件，从对车用发动机的失效历史数据来看，连杆的失效概率非常高，而且其失效模式与失效原因具有多态性，其本身结构的复杂性、制造工艺、热处理工艺、工况的恶劣程度、使用频率以及设备维护、维修等因素均可造成失效。 连杆的作用是将活塞的往复运动变成曲轴的旋转运动，并把活塞上的力传给曲轴。连杆小端做往复运动，大端做旋转运动，杆身做复杂的平面运动，它承受活塞传来的气体压力，往复运动惯性力及本身摇摆所产生的惯性力的作用，这些力的大小和方向周期性变化，易引起连杆失效。据统计，连杆的主要破坏形式是疲劳破坏。 摘要：连杆的主要破坏形式是疲劳破坏。本文主要对钢锻连杆进行分析，并从连杆结构、制造工艺、受力分析、所选材料以及断口组织结构等方面对失效原因和疲劳破坏进行分析总结。 关键词：汽车、发动机、钢锻连杆、失效分析、疲劳
某8V柴油机连杆小头衬套故障分析与改进设计 赵志强1王根全1王延荣1 张利敏1 许春光1 (1.中国北方发动机研究所（天津），天津300400) 摘要：针对某8V柴油机50h台架试验中出现的衬套磨损和松动的故障，在故障分析的基础上，从改善轴承润滑、提高衬套固持力和提高连杆小头刚度三方面入手，借助经验、理论计算及有限元仿真等手段开展结构改进分析进而提出改进方案，该方案经500h台架耐久性试验考核未重现上述故障，由此验证本文改进措施的有效性。 关键词：柴油机衬套改进设计试验验证 连杆是往复活塞式内燃机动力传递的重要组件，它承受周期性交变载荷，把活塞旋转往复直线运动转化为曲轴的旋转运动，并将作用在活塞上的力传递给曲轴对外输出功率[1,2]。连杆小头衬套作为连杆组件的关键零件，它与活塞销组成一对滑动轴承副，连杆小头衬套与连杆体采取过盈的方式紧固联接、小头衬套与活塞销为间隙配合，连杆衬套的磨损和松动是连杆的主要失效形式。 本研究对象为某8V柴油机连杆小头衬套，分析并确定其故障机理，基于经验、理论公式和有限元仿真软件技术确定出改进方案，最终经试验验证，找到衬套磨损和松动的解决措施。 1 某8V柴油机连杆小头衬套故障描述 某8V柴油机在初样机阶段多台样机在50h 台架试验中发生衬套磨损和松动的故障，连杆小头衬套磨损故障见图1、连杆小头衬套松动见图2。 图1连杆小头衬套磨损故障 图2连杆小头衬套松动故障 2 故障分析 依据经验分析，连杆衬套磨损、发黑一般应从润滑角度考虑；连杆小头衬套松动、脱出应该从衬套与连杆体固持力不足角度分析，但往往两者非独立故障导致衬套故障，存在一定关联关系影响。如连杆轴承润滑不良，衬套和活塞销摩擦表面的摩擦磨损状态会发生剧变，衬套安装固持力和摩擦力会此消彼长，过度的磨损使衬套的固持力持续下降，而摩擦力持续增加，当衬套安装固持力和工作摩擦力发生逆转时，故障现象随即出现；而衬套固持力不足，衬套会发生松动和旋转现象，使衬套进油孔和连杆体进油孔位置错位，导致轴承润滑不畅发生衬套磨损和烧蚀故障。鉴于上述分析，决定从提高固持力和加强润滑两条思路同时出发，以解决某8V柴油机的连杆衬套故障。 3 改进方案
《航空发动机结构分析》 课后思考题答案 第一章概论 1.航空燃气涡轮发动机有哪些基本类型？指出它们的共同点、区别和应用。 答： 2.涡喷、涡扇、军用涡扇分别是在何年代问世的？ 答：涡喷二十世纪三十年代（1937年WU；1937年HeS3B）； 涡扇 1960~1962 军用涡扇 1966~1967 3.简述涡轮风扇发动机的基本类型。 答：不带加力，带加力，分排，混排，高涵道比，低涵道比。 4.什么是涵道比？涡扇发动机如何按涵道比分类？ 答：（一）B/T，外涵与内涵空气流量比； （二）高涵道比涡扇（GE90），低涵道比涡扇（Al-37fn） 5.按前后次序写出带加力的燃气涡轮发动机的主要部件。 答：压气机、燃烧室、涡轮、加力燃烧室、喷管。 6.从发动机结构剖面图上，可以得到哪些结构信息？ 答： a)发动机类型 b)轴数 c)压气机级数 d)燃烧室类型 e)支点位置 f)支点类型 第二章典型发动机 1.根据总增压比、推重比、涡轮前燃气温度、耗油率、涵道比等重要性能指标，指出各代涡喷、涡扇、军用涡扇发动机的性能指 标。 答：涡喷表2.1 涡扇表2.3 军用涡扇表2.2 2.al-31f发动机的主要结构特点是什么？在该机上采用了哪些先进技术？ 答：AL31-F结构特点：全钛进气机匣，23个导流叶片；钛合金风扇，高压压气机，转子级间电子束焊接；高压压气机三级可调静
子叶片九级环形燕尾榫头的工作叶片；环形燃烧室有28个双路离心式喷嘴，两个点火器，采用半导体电嘴；高压涡轮叶片不带冠，榫头处有减振器，低压涡轮叶片带冠；涡轮冷却系统采用了设置在外涵道中的空气-空气换热器，可使冷却空气降温125-210*c；加力燃烧室采用射流式点火方式，单晶体的涡轮工作叶片为此提供了强度保障；收敛-扩张型喷管由亚声速、超声速调节片及蜜蜂片各16式组成；排气方式为内、外涵道混合排气。 3.ALF502发动机是什么类型的发动机？它有哪些有点？ 答：ALF502，涡轮风扇。优点： ●单元体设计，易维修 ●长寿命、低成本 ●B/T高耗油率低 ●噪声小，排气中NOx量低于规定 第三章压气机 1.航空燃气涡轮发动机中，两种基本类型压气机的优缺点有哪些？ 答：（一）轴流压气机增压比高、效率高单位面积空气质量流量大，迎风阻力小，但是单级压比小，结构复杂； （二）离心式压气机结构简单、工作可靠、稳定工作范围较宽、单级压比高；但是迎风面积大，难于获得更高的总增压比。 2.轴流式压气机转子结构的三种基本类型是什么？指出各种转子结构的优缺点。 答 3.在盘鼓式转子中，恰当半径是什么？在什么情况下是盘加强鼓？ 答：（一）某一中间半径处，两者自由变形相等联成一体后相互没有约束，即无力的作用，这个半径称为恰当半径；（二）当轮盘的自由变形大于鼓筒的自由变形；实际变形处于两者自由变形之间，具体的数值视两者受力大小而定，对轮盘来说，变形减少了，周向应力也减小了；至于鼓筒来说，变形增大了，周向应力增大了。 4.对压气机转子结构设计的基本要求是什么？ 答：基本要求：在保证尺寸小、重量轻、结构简单、工艺性好的前提下，转子零、组件及其连接处应保证可靠的承受载荷和传力，具有良好的定心和平衡性、足够的刚性。 5.转子级间联结方法有哪些 答：转子间：1>不可拆卸，2>可拆卸，3>部分不可拆部分可拆的混合式。 6.转子结构的传扭方法有几种？答： a)不可拆卸：例，wp7靠径向销钉和配合摩擦力传递扭矩； b)可拆卸：例，D30ky端面圆弧齿传扭； c)混合式：al31f占全了；cfm56精制短螺栓。 7.如何区分盘鼓式转子和加强的盘式转子？ 答：P40 图3.6 _c\d 8.工作叶片主要由哪两部分组成 答：叶身、榫头（有些有凸台） 9.风扇叶片叶身凸台的作用是什么？ 答：减振凸台，通过摩擦减少振动，避免发生危险的共振或颤振。 10.叶片的榫头有哪几种基本形式？压气机常用哪一种？答： a)销钉式榫头； b)枞树型榫头；
●汽车发动机常见的故障原因分析及解决方法。发动机无法启动或者是发动机不运转，以及发动机运转但不工作。解决：可以通过听汽车喇叭的声音及点亮大灯的方法来做个初步判断。现象1：如果喇叭声音嘶哑而发动机不运转，此时应该检查蓄电池。当普通蓄电池极板露出来或是免维护蓄电池观察孔的颜色不是绿色时，就可以断定是蓄电池电力不足造成的发动机无法启动。遇上普通蓄电池电力不足时，补充蒸馏水，也可用纯净水应急。如果是免维护电池电力不足，只能用跨接的方法请其他车辆上的蓄电池帮忙了。此时一定要注意随车携带发动机的电缆线，在借用其他车辆蓄电池电量时，电池的正极连正极，负极连负极。注意被借方车辆发动机一定要先启动。现象2：喇叭及点亮大灯都无异常，但汽车会发出"哞呀、哞呀"的声音。如果用钳子夹住接头，轻轻向左右转动一下，接头处发出"咕吱、咕吱"的移动声音，则可进一步断定为接头接触不良。此时可以选择用砂纸清理接头圆柱。当没有砂纸时，可以用钳子夹住左右轻轻转动来清理圆柱。现象3：喇叭良好，而发动机不运转，可以考虑发动机是否通电。如果发动机本身出现故障，如电磁开关失效等，就必须采用拆下发动机，更换零部件的措施了。小技巧如果发动机也未卡死，
可以考虑利用外力启动的方法，具体操作要点：将排挡杆推到次高挡(如 4 挡车型， 3 挡)，用左脚踏离合器踏板，右脚踩在油门踏板，松开制动，打开发动机开关。当汽车具有一定的惯性后，快速地抬起离合器踏板。其难点在于要在右脚不离开油门踏板的情况下控制车速，因此要学会用手刹来控制。发动机在运转过程中，发出难闻的味道。解决：车辆使用一段时间后，一些橡胶密封件老化，机油就会从密封件中泄漏，滴在排气歧管上，随着排气歧管温度升高，机油在短时间内蒸发，就会发出油烧焦的气味。只需更换密封件即可。当尾气发出异味时，其主要原因是混合气过浓，往往要考虑油路、排气管、消音器等出现故障，有时由于排气管和消音器的结合部位发生松动而漏气，综合症状是消音器周围发出"叭哩、叭哩"的异响。离合器片瞬间打滑而发出的异味非常难闻，主要是离合器片负荷过大造成的。发动机水温过高，甚至超过红线。解决：冷却水不足造成的发动机过热。此时记住千万不要立即加冷水（防止变形开裂）。首先将车开放到通风、阴凉的地方。然后打开发动机罩，等待冷却水水温下降。漏水也可能造成发动机过热。在防冻液壶上安装着许多细小的管子，有可能是胶管松动或者破损造成漏水。紧急时可以用胶布缠上破损
航空发动机叶片材料及制造技术现状 在航空发动机中，涡轮叶片由于处于温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位而被列为第一关键件，并被誉为“王冠上的明珠”。涡轮叶片的性能水平，特别是承温能力，成为一种型号发动机先进程度的重要标志，在一定意义上，也是一个国家航空工业水平的显著标志【007】。 航空发动机不断追求高推重比，使得变形高温合金和铸造高温合金难以满足其越来越高的温度及性能要求，因而国外自7O年代以来纷纷开始研制新型高温合金，先后研制了定向凝固高温合金、单晶高温合金等具有优异高温性能的新材料；单晶高温合金已经发展到了第3代。8O年代，又开始研制了陶瓷叶片材料，在叶片上开始采用防腐、隔热涂层等技术。 1 航空发动机原理简介 航空发动机主要分民用和军用两种。图1是普惠公司民用涡轮发动机主要构件；图2是军用发动机的工作原理示意图；图3是飞机涡轮发动机内的温度、气流速度和压力分布；图4是罗尔斯-罗伊斯喷气发动机内温度和材料分布；图5为航空发动机用不同材料用量的发展变化情况。 图1 普惠公司民用涡轮发动机主要构件 图2 EJ200军用飞机涡轮发动机的工作原理
图3 商用涡轮发动机内的温度、气流速度和压力分布 图4 罗尔斯-罗伊斯喷气发动机内温度和材料分布 图5 航空发动机用不同材料用量的变化情况
1变形高温合金叶片 1.1 叶片材料 变形高温合金发展有50多年的历史，国内飞机发动机叶片常用变形高温合金如表1所示。高温合金中随着铝、钛和钨、钼含量增加，材料性能持续提高，但热加工性能下降；加入昂贵的合金元素钴之后，可以改善材料的综合性能和提高高温组织的稳定性。 1.2 制造技术 生产工艺。变形高温合金叶片的生产是将热轧棒经过模锻或辊压成形的。模锻叶片主要工艺如下： （1）镦锻榫头部位； （2）换模具，模锻叶身。通常分粗锻、精锻两道工序；模锻时，一般要在模腔内壁喷涂硫化钼，减少模具与材料接触面之阻力，以利于金属变 形流动； （3）精锻件，机加工成成品； （4）成品零件消应力退火处理； （5）表面抛光处理。分电解抛光、机械抛光两种。 常见问题。模锻叶片生产中常见问题如下： （1）钢锭头部切头余量不足，中心亮条缺陷贯穿整个叶片； （2） GH4049合金模锻易出现锻造裂纹； （3）叶片电解抛光中，发生电解损伤，形成晶界腐蚀； （4） GH4220合金生产的叶片，在试车中容易发生“掉晶”现象；这是在热应力反复作用下，导致晶粒松动，直至剥落。 发展趋势。叶片是航空发动机关键零件．它的制造量占整机制造量的三分之一左右。航空发动机叶片属于薄壁易变形零件。如何控制其变形并高效、高质量地加工是目前叶片制造行业研究的重要课题之一。
1转子叶片强度计算的目的是为了保证所设计的转子叶片能可靠工作,又使其尽可能轻。 2转子叶片受到的载荷:叶片自身质量产生的离心力;气流的横向气体力(弯曲应力和扭转应力);热负荷;振动负荷。 3简化假设和坐标系:将其看做根部完全固装的悬臂梁;叶片仅承受自身质量离心力和横向气体力,只计算拉伸应力和弯曲应力;扭转中心(刚心),气体压力中心与中心三者重合,离心力与气体力均作用于重心。 4计算点的选择:发动机设计点（H=0，V=0，n=n max ）;低空低温高速飞行状态（最大气体力状态H=0,V=V max ,n=n max ,t=233K ）;高空低速飞行状态（最小气体力状态H=H max ,V =V min ,n =n max ,t =t H ） 5推导气动力：(ρ2m c 2am t 2m ×1)c 2am ? ρ1m c 1am t 1m ×1 c 1am =2πQ Z m ρ2m c 2am 2? ρ1m c 1am 2 ; p 1m ?p 2m t m ×1=2πZ m Q p 1m ?p 2m ;p xm =2πZ m Q ρ1m c 1am 2?ρ2m c 2am 2)+ (p 1m ?p 2m ;p ym =2πZ m Q (ρ1m c 1am c 1um ?ρ2m c 2am c 2um ) 6离心力弯矩：若转子叶片各截面重心的连线不与Z 轴重合,则叶片旋转时产生的离心力将引起离心力弯矩.离心力平行于Z 轴所以对Z 轴没有矩,离心力必须垂直于转轴在X 轴方向的分力必然为0. 7罩量：通常将叶片各截面的重心相对于Z 轴作适当的偏移,以达到弯矩补偿的目的,这个偏移量称为罩量。 8罩量调整:合理地选择叶片各截面重心的罩量,使之既保证叶片在发动机经常工作的状态具有较低的应力,又照顾到在其它各种工作状态下的应力都不太大。在一般情况下，仅以根部截面作为调整对象。 9压气机与涡轮叶片所受气动力方向相反，重心连线偏斜方向总是与叶片所受的气体力的方向一致。 10以离心力弯矩补偿气体力弯矩时,还必须注意到这两个弯矩随工作状态的变化.往往取最大气体力弯矩和最小气体力弯矩的平均值作为离心力弯矩补偿的目标。 11弯曲应力：通过截面重心，有一对惯性主轴η、ξ,对η轴的惯性矩最小,对ξ轴的惯性矩最大。在距离η轴最远的A 、B 、C 三点在仅有作用时,弯曲应力最大。 12压气机叶片n s =?s ?总，max 一般n s =2.0~3.5 ;涡轮叶片n T =?T s ?总，max (一般n T =1.5~2.5) 13影响叶片强度:扭转应力(两个扭转力矩方向常常相反,所以可忽略);热应力(热端部件影响,热冲击反复产生致热疲劳);扭向(扭向愈大,对叶片截面上离心拉伸应力分布不均匀的影 响愈大);蠕变(采用叶片材料的蠕变极限?a /T t 作为许用应力,安全系数 n T =?a T t ?总，max (一般n T =1.5~2.5);;叶片弯曲变形(由于变形产生的附加弯矩,将使离心力弯 矩对气体力弯矩的补偿效果更好);叶冠(增大应力项);其它因素(不同的叶根形状将使叶片上的离心拉伸应力产生明显的分布不均现象) 20轮盘的破损形式：1,在轮盘外缘榫头部分断裂;2,轮盘外缘的径向裂纹，尤其在固定叶片的销孔处;3,由于材料内部缺陷(例如松孔或夹杂)导致盘中心断裂;4,由于轮盘在高温下工作，容易引起蠕变(甚至局部颈缩),使盘外径增大,最后导致轮盘破裂。 21轮盘强度计算主要考虑负荷：1安装在轮盘外缘上的叶片质量离心力以及轮盘本身的离心力;2沿盘半径方向受热不均引起的热负荷。其他负荷:1由叶片传来的气动力,以及轮盘前后端面上的气体压力;2机动飞行时产生的陀螺力矩；3叶片及盘振动时产生的动负荷；4盘与轴或盘与盘连接处的装配应力,或在某种工作状态下,由于变形不协调而产生的附加应力。 22轮盘强度计算的假设：1轴对称假设;2平面应力假设;3弹性假设。 23轮盘强度计算基本公式方程：平衡方程、几何方程、物理方程。计算方法：力法、位移法。 24轮盘的应力有三部分组成:1,由应力、位移、温度的边界条件决定的，它们通过常数K1和K2来表示;2,轮盘以角速度ω旋转引起的离心应力;3,由于温度影响引起的热应力。 25等厚圆环法的基本思路:1，将剖面形状复杂的轮盘沿半径方向划分成有限个段，每段构成一个等厚圆环，相互套接在一起，虽然整个轮盘的温度分布沿径向是不均匀的，但对于每
—汽车发动机连杆的热处理工艺设计 目录 摘要---------------------------------------------------------------------------------------------------（1）1.概述--------------------------------------------------------------------------------------------（2）1.1 前言-----------------------------------------------------------------------------------------------（2）1.2 使用性能-----------------------------------------------------------------------------------------（2） 1.3 失效形式---------------------------------------------------------------------------------------（2） 1.4 材料选择---------------------------------------------------------------------------------------（2） 1.4.1技术要求-----------------------------------------------------------------------------------（2） 1.4.2材料比较------------------------------------------------------------------------------------(3) 1.5热处理工艺及目的----------------------------------------------------------------------- ----(4) 1.5.1退火--------------------------------------------------------------------------------------------(4) 1.5.2正火-------------------------------------------------------------------------------------------（4） 1.5.3淬火----------------------------------------------------------------------------------------- （4） 1.5.4回火--------------------------------------------------------------------------------------------（5） 2.热处理工艺-------------------------------------------------------------------------------------（5） 2.1工艺路线------------------------------------------------------------------------------------- -（5） 2.1.1 等温退火---------------------------------------------------------------------------------（5） 2.1.2淬火----------------------------------------------------------------------------------------（5） 2.1.3回火-----------------------------------------------------------------------------------------（6） 3.实验结果及分析---------------------------------------------------------------------6） 3.1 组织及分析----------------------------------------------------------------------------------（6） 3.1.1原始组织----------------------------------------------------------------------------------- （6） 3.1.2 等温退火后组织---------------------------------------------------------------------------（7） 3.1.3淬火后组织----------------------------------------------------------------------------------(7) 3.1.4 回火后组织---------------------------------------------------------------------------------（8） 3.2 缺陷分析------------------------------------------------------------------------（8） 3.2.1过热-----------------------------------------------------------------------------------------（8） 3.2.2欠热-----------------------------------------------------------------------------------------（8） 3.2.3淬火裂纹-----------------------------------------------------------------------------------（8） 3.2.4脱碳组织-----------------------------------------------------------------------------------（8） 3.2.5热处理变形--------------------------------------------------------------------------------（9） 3.2.6软点-----------------------------------------------------------------------------------------（9） 3.2.7回火缺陷-----------------------------------------------------------------------------------（9） 4 . 总结--------------------------------------------------------------------------------（10） 5. 参考文献-------------------------------------------------------------------------（10） 6.致谢----------------------------------------------------------------------------------（10）
第六章加力燃烧室 1.加力燃烧室由哪些基本结构组成？ 答：加力燃烧室由扩压器、预燃室、火焰稳定器、喷嘴和加力输油总管、加力燃烧室壳体等组成。 2.加力燃烧室（预燃）点火方式有哪几种类型？说明相应的预燃点火装置的组 成和特点。 答：①电嘴点火：WP6发动机采用这种点火方式，其预燃室由内外锥体，内外壁，点火电嘴，导流板和火焰喷口等组成。内外壁之间是助燃冷却的二股气流通道，内壁上两排交错的16个小孔使二股气流进入预燃室。当接通加力时，用专门的汽化器形成混合气，输入预燃室，经过内外锥体组成的环形气流通道后，截面突然扩张，在预燃室头部内锥体后的凹面内形成强烈的涡流：用电嘴点燃后，火舌从预燃室喷出，点燃后输油圈上两个喷嘴喷出的燃油，形成中心火焰稳定区，然后火焰经过V型支柱点燃环形状火焰稳定器迥流区的混合气。经过8.5~14秒后，在加力燃烧室内形成稳定的点火源，预燃室便自动停止工作。 ②火舌点火系统：当启动加力燃烧室时，由专门的附件将附加的燃油喷入主燃烧室中的某个火焰筒内，这股附加燃油形成的火焰穿过涡轮，点燃加力燃烧室的混合气。这种点火方式的优点是：点火能量大，高空性能好，迅速可靠，不能添加附加机构件，只要主燃烧室不熄火就总能点燃，缺点是：火舌传递路程远，流程复杂尤其在穿过多级涡轮时，受到强烈的扰动，在调试加力燃烧室时相应地要做大量的点火试验。 ③催化点火系统：利用铂能吸附氧气和氢气的特性，使点火用的混合气借助铂铑丝网的催化作用，在较低的温度下点燃。这种点火装置结构简单，重量轻，点火方便，但铂铑丝价格贵，易受污染而失效，影响其工作可靠性。 5.为什么加力燃烧室的输油圈常有主副之分？ 答：加力燃烧室的供油为分圈分压式供油，当加力泵后的油压小于0.98MPa时，副油路供油，主油路关闭；加力泵后油压大于0.98MPa时，主、副油路同时供油。故一般有主副之分。 7.为什么说高温陶瓷适合于作未来加力燃烧室材料？ 答：未来先进发动机燃烧室的单位推力将比F110高70%~80%，对所用的材料也提出了更高的要求。在推重比为15~20的发动机加力燃烧室中，火焰稳定器的工作温度是1200摄氏度左右，加力燃烧室的喷嘴也要在1530摄氏度以上的温度工作，高温陶瓷具有非常好的耐高温特性，是其他金属无可替代的。
2014年航空发动机行业分析报告 2014年3月
目录 一、航空发动机是飞机的“心脏” (3) 1、航空发动机的分类 (3) 2、航空发动机在军民领域用途十分广泛 (4) 3、典型航空发动机的组成部件和系统 (4) 4、航空发动机的发展历程 (5) 二、航空发动机的战略地位 (6) 1、航空发动机：国家军事安全战略的需要 (6) 2、航空发动机：新经济的增长点 (8) 三、航空发动机行业政策利好 (9) 1、航空发动机行业的政策依赖性 (9) 2、国家政策：航空发动机重大专项可能获批 (10) 3、中航工业政策：资产证券化程度加深可期 (11) 四、航空发动机行业广阔的市场需求 (11) 1、航空发动机市场存在强劲的需求 (11) （1）国际市场空间巨大，未来20年新增市值达1.2万亿美元 (11) （2）未来20年国内民用市场新增市值可达1400亿美元 (12) （3）未来20年军用市场新增市值有望达350亿美元 (14) 2、燃气轮机军民两用，非航空市场前景光明 (14) 五、航空发动机产业链及相关公司将受益 (16)
一、航空发动机是飞机的“心脏” 1、航空发动机的分类 在过去的一百年里，人类所使用的主要航空发动机基本上可以分为活塞式和空气喷气式两大类。其中，空气喷气式发动机又可以具体地分为涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机、桨扇发动机、以及不包含压气机的冲压式发动机和脉动式发动机。 以上各种航空发动机中，活塞式发动机已基本退出历史舞台，冲压发动机等新型发动机技术尚不完全成熟，而涡喷、涡扇、涡轴、涡桨等发动机则是目前的主流。
摩托车发动机连杆断裂原因分析 陈明，谭莹，曹标，周崎，刘健斌 (广州出入境检验检疫局化矿金属材料检测技术中心，广东广州510623) 要：对断裂的摩托车发动机连杆进行宏观、金相及断口分析。结果表明连杆与输出轴之间曾发生强烈磨擦， 连杆局部区域应力集中及温度过高，降低了该区域的疲劳强度。同时该区域组织中存在的较粗大的碳化物 了基体组织的连续性，加速了裂纹的形成和扩展。 词：连杆；疲劳断裂；失效分析 东某摩托车厂一辆摩托车在运行了2000km后发生机械故障，经拆机检查，发现发动机曲轴连杆断裂。厂家送来断裂连杆要求进行断裂原因分析。据悉该连为20CrMnTi，表面经过渗碳处理。连杆工作原理见图1，连杆的往返运动带动两传动曲轴转动。 图1 曲轴连杆工作示意图 宏观检查 失效连杆件有两个断口，杆身未发现明显变形(图2)，在连杆断裂端的轴承弧面可见许多与断口平行的裂纹[图3(a)]；断裂端一侧面存在强烈磨擦痕迹[图3(深度达0.5mm；轴承弧面靠近磨擦侧面一端可见蓝灰色的高温氧化痕迹[图3(c)]，连杆另一端未发现裂纹。断口1(图2左边的断口)较为光滑平整，断口损，中部可见疲劳弧线[图3(d)]；断口2(图2右边的断口)未见疲劳弧线。
图2 曲轴连杆全貌 (a)连杆断裂端的轴承弧面裂纹；(b)连杆的一个侧面受到磨损； (c)曲轴轴承弧面靠近磨擦侧面一端蓝灰色的高温氧化痕迹；(d)断口1全貌 图3 磨损及断裂处的宏观形貌 扫描电镜分析 断口1在扫描电镜下显示疲劳弧线[图4(a)]；根据弧线的走向可以找到疲劳源，疲劳源在[图4(d)]右下方拐角处，局部放大，源区的细微组织大部分已磨看到放射棱特征[图4(b)]；在疲劳扩展区可见疲劳条纹及二次裂纹[图4(c)]；断口2未见疲劳条纹，只有韧窝，可见断口1是最先开始断裂的断口，而断次断口。
Safety is the goal, prevention is the means, and achieving or realizing the goal of safety is the basic connotation of safety prevention. （安全管理） 单位：___________________ 姓名：___________________ 日期：___________________ 汽车发动机的常见故障维修分析 (最新版)
汽车发动机的常见故障维修分析(最新版)导语：做好准备和保护，以应付攻击或者避免受害，从而使被保护对象处于没有危险、不受侵害、不出现事故的安全状态。显而易见，安全是目的，防范是手段，通过防范的手段达到或实现安全的目的，就是安全防范的基本内涵。 汽车是人类进入工业化社会的主要代表特征之一，在社会经济快速发展的今天，汽车的保有量逐年攀升。随着汽车普及，汽车发动机成为汽车运行中故障频率最高的部位。发动机是汽车的核心部件，是汽车的动力源泉，因此确保汽车发动机正常稳定的工作是汽车行业发展的必要手段之一，而在低碳环保化的今天，低故障率的汽车还能够为国家的环保建设做出一定的贡献。 汽车发动机简介 发动机是汽车的动力提供装置，其主要工作系统包括燃料供应、点火启动以及冷却润滑等系统，主要的工作结构为曲柄连杆机构与配气机构。燃料供应系统主要包括与燃油供应的主要装置，如油箱油表、油管油泵等；点火启动系统主要包括火花塞、蓄电池、点火开关等部件；冷却润滑即维护发动机正常工作的润滑系统、冷却系统等，而机构则主要完成各个系统之间的衔接与能量传递。 汽车发动机常见故障原因分析