-压气机转子

航空发动机压气机转子叶片强度计算及气流场模拟摘要压气机是为航空发动机提供需要压缩空气的关键部分，由转子和静子等组成，其中转子叶片是完成该功能的核心零件，在能量转换方面起着至关重要的作用。

叶片工作的环境比较恶劣，除了承受高转速下的气动力、离心力和高振动负荷外，还要承受热应力，所以在叶片设计之中，首先遇到的问题是叶片结构的强度问题，转子叶片强度的高低直接影响发动机的运行可靠性，叶片强度不足，可能会直接导致叶片的疲劳寿命不足，因此在强度设计中必须尽量增大强度，以提高叶片疲劳寿命和可靠性。

由进气道、转子、静子等组成的离心式压气机内部流动通道是非常复杂的，由于压气机是发动机的主要增压设备，其工作的好坏对发动机的性能有很大的影响。

随着现在的计算机和数字计算方法的大力发展，三维计算流体模拟软件越来越多的被运用到旋转机械的内部流场进行数值分析。

本文利用三维流体模拟软件ANSYS系列软件对压气机内部的气体流动性能进行模拟，得到一些特征截面的压力和速度分布情况。

关键字：转子叶片；强度计算；Fluent；轴流式压气机AbstractThe compressor is to provide compressed air for the needs of key parts of aero engine, the rotor and the stator, etc., wherein the rotor blades are core components to complete the function, plays a crucial role in the transformation of energy. The blade working environment is relatively poor, in addition to withstand high speed aerodynamics, centrifugal force and vibration in high load, to withstand greater thermal stress, so in the blade design, the first problem is the strength of the blade structure, the rotor blade strength directly affect the reliability of the engine, blade lack of strength, may directly lead to the fatigue life of the blade is insufficient, so the strength design must try to increase the strength, to improve the blade fatigue life and reliability.The internal flow passage of centrifugal compressor inlet, rotor and stator which is very complex, is mainly due to the high pressure equipment of the engine, has great impact on the performance of the quality of its work on the engine. With the development of computer and digital calculation method, 3D computational fluid simulation software has been applied to numerical analysis of internal flow field of rotating machines. In this paper, the fluid flow characteristics in the compressor are simulated by using a series of ANSYS software, and the pressure and velocity distributions of some characteristic sections are obtained.Keywords: rotor blade; strength calculation; Fluent; axial flow compressor目录1 引言 (1)课题介绍 (1)研究方法 (1)直接计算法 (1)有限元分析法 (2)2 转子叶片 (2)叶身结构 (3)榫头结构 (5)叶片截面的几何特征 (7)3 叶片强度计算 (10)叶片受力分析 (10)离心拉应力计算 (10)离心弯应力计算 (12)气流弯应力计算 (15)叶片热载荷 (18)榫头强度计算 (19)4 压气机内气流场的模拟 (21)Fluent软件介绍 (21)双向流固耦合 (22)模型建立 (23)实体模型的建立 (23)ICEM CFD网格划分 (27)相关条件的设置 (28)运行结果和分析 (29)速度计算和分析 (29)压力场计算和分析 (31)5 结束语 (33)【参考文献】 (34)致谢 (35)附录1 相关英文文献: (36)附录2 英文文献中文译文: (50)1 引言1.1课题介绍压气机是用来提高进入发动机内的空气压力，提供发动机工作时所需要的压缩空气，也可以为座舱增压、涡轮散热和其他发动机的启动提供压缩空气[1]。

轴流式压气机的工作原理
轴流式压气机是一种常见的流体机械，它主要通过对流动气体的动能进行转换来实现对气体的压缩。

轴流式压气机的工作原理如下：
1. 气体进入压气机通过进气口，进入压气机中的转子。

2. 转子上安装有一系列的叶片，这些叶片呈倾斜角度，使得气体在通过叶片时产生一个向前的推力。

3. 气体在经过叶片时，受到叶片的作用力，产生一个向前的冲力。

这个冲力使得气体的速度增加，同时也增加了气体的动能。

4. 当气体通过转子时，气体被推入下一个叶片组，重复上述的过程。

这样，气体在不断的通过叶片组，速度逐渐增加，并且产生了连续的推力。

5. 在气体通过压气机后，气体的动能转化为压力能，实现了气体的压缩。

此时，气体会通过出口口排出。

值得注意的是，轴流式压气机的工作原理与离心式压气机有所不同。

轴流式压气机通过叶片的作用将气体推向前进方向，而离心式压气机则通过离心力使得气体沿着轴线方向扩散。

由于工作原理的不同，轴流式压气机通常适用于需要高流量、低压比的应用，而离心式压气机则适用于需要高压比的应用。

压气机静子叶片和转子叶片压气机是一种将气体进行压缩的设备，广泛应用于工业生产和能源领域。

其中，静子叶片和转子叶片是压气机中的两个重要组成部分。

本文将分别介绍压气机的静子叶片和转子叶片，探讨它们的作用和特点。

一、压气机静子叶片静子叶片是压气机中的固定叶片，通常由金属材料制成。

它们位于压气机的壳体内部，静止不动，起到引导和改变气流方向的作用。

静子叶片的主要作用有以下几个方面：1. 引导气流：静子叶片的形状和布置可以引导气流在压气机内部流动。

通过合理设计静子叶片的弯曲和角度，可以使气流按照一定的路径流动，从而提高压气机的效率。

2. 改变气流速度：静子叶片的形状和数量也可以改变气流的速度。

当气流经过静子叶片时，由于叶片的曲率和角度变化，气流将受到阻力和压力的作用，从而改变气流的速度。

这种速度的改变对于压气机的工作效果至关重要。

3. 分流和分离：静子叶片的布置可以分流和分离气流。

通过合理设置静子叶片的位置和形状，可以使气流在压气机内部得到充分的分流和分离，从而提高气体的压缩效果。

压气机静子叶片的设计需要考虑多个因素，包括气体的性质、流量、压力等。

合理的静子叶片设计可以提高压气机的效率，降低能耗，提高系统的可靠性和稳定性。

二、压气机转子叶片转子叶片是压气机中的旋转部件，通常由金属材料制成。

它们与压气机的转子相连，随着转子的旋转而产生运动，起到压缩气体的作用。

转子叶片的主要作用有以下几个方面：1. 压缩气体：转子叶片的形状和数量可以实现对气体的压缩。

当转子旋转时，转子叶片会与静子叶片相互作用，将气体从进气口处吸入，经过多个叶片的作用逐渐压缩，最终排出。

2. 提供动力：转子叶片的旋转运动由驱动设备提供动力，如电机、发动机等。

通过转子叶片的旋转运动，可以为压气机提供足够的动力，使其正常工作。

3. 提高压缩效率：转子叶片的形状和布置也可以提高压缩效率。

合理设计转子叶片的叶片数目、曲率和角度，可以使气体在转子叶片上得到更充分的压缩，提高压缩比，从而提高压气机的效率。

单转⼦、双转⼦、三转⼦技术·发现·幻梦单转⼦、双转⼦、三转⼦这就是⽹友说的单轴、双轴、三轴的问题。

早期的轴流式喷⽓发动机⼤多是单轴的，⼜称单转⼦的。

它把压⽓机和涡轮固定在同⼀个主轴上。

在压⽓机和涡轮的中间是燃烧室，⼜称⽕焰筒。

⾼温⾼压的燃⽓推动涡轮以上万转的转速旋转，同时带动压⽓机也以这个速度旋转，压缩空⽓。

单转⼦（单轴）发动机结构简单，但压缩效率有限，⽽且耗油率⾼。

后来，⼈们把压⽓机分成了两部分，即低压压⽓机和⾼压压⽓机；同时，把涡轮也分成了两部分：即⾼压涡轮和低压涡轮。

⾼压涡轮和⾼压压⽓机⽤⼀根空⼼轴连起来，低压涡轮和低压压⽓机⽤⼀根细点⼉的轴连在⼀起，穿在空⼼轴⾥⾯。

强5攻击机这样做的结果就是⾼压压⽓机和低压压⽓机可以⽤不同的转速旋转，⼯作效率⼤为提⾼。

举例说：在轰六轰炸机上安装的涡喷8发动机就是单转⼦的（即单轴），在歼六歼击机和强5强击机上安装的涡喷6发动机也是单转⼦的（即单轴）。

⽽在歼７歼击机上安装的涡喷７发动机就是双转⼦（即双轴）发动机。

⽬前，美国、俄罗斯、法国的主流军⽤和民⽤发动机⼤都是双转⼦（即双轴的），只有英国罗尔斯·罗伊斯公司的⼏款⼤发动机，像遄达700、800、900系列是三转⼦的（俗称三轴的）。

歼-6战⽃机为什么采⽤三轴式或称三转⼦呢？因为涡扇发动机在压⽓机前⾯⼜多了⼀级风扇。

它同压⽓机、涡轮⼀样是⾼速旋转的叶⽚。

那么它应该与谁同轴同速呢？⼀般来讲，风扇与低压压⽓机同轴同速，也就是采⽤双轴体制。

然⽽这⼜产⽣了⼀个效率不⾼的问题。

罗·罗公司⼲脆把风扇轴也独⽴出来，同另⼀组低压涡轮连起来，于是三转⼦（或三轴）发动机就诞⽣了。

三轴提⾼了效率，发动机推⼒⼤增，燃油消耗也节约了不少。

但带来⼀个⼤问题，三根轴，⼀根套⼀根，在⾼速旋转时如何能保证强度。

罗·罗⽤⾃⼰的独门技术解决了这个问题。

然⽽美国的普拉特·惠特尼公司和GE公司颇为不屑，仍然沿⽤⾃⼰的双转⼦（即双轴）技术路线。

压气机工作原理
压气机是一种用于将气体压缩的设备，工作原理基于变化的体积和压力之间的关系。

在压气机内部，气体被吸入并通过压缩过程提高其压力。

压气机的工作过程可以分为吸气、压缩和排气三个阶段。

在吸气阶段，活塞或螺杆等机械构件移动，使气体从外部环境中进入压气机内部。

在这个过程中，压气机的体积会扩大，导致气体的压力降低。

接下来是压缩阶段，当活塞或螺杆移动到极限位置时，压气机的体积会迅速缩小，使气体被压缩至较高的压力。

这一过程中，气体的分子被挤压在一起，导致气体分子之间的碰撞频率增加，从而使气体的压力增加。

最后是排气阶段，当压气机的体积达到最小值时，气体被迫通过出口排出压缩空间。

在这一过程中，压气机的压力达到最高峰值，气体被排出压力容器。

压气机的工作原理可以是基于活塞、转子、螺杆等不同的机械结构。

活塞式压气机通过活塞在气缸内的运动来压缩气体；转子式压气机则利用旋转齿轮的运动来压缩气体；螺杆式压气机则是通过两个螺杆的运动来实现气体的压缩。

总的来说，压气机工作通过改变气体的体积和压力之间的关系，将气体压缩至更高的压力。

不同的压气机采用不同的机械结构，但其基本工作原理都是类似的。

图说燃气涡轮发动机的原理与结构曹连芃摘要：文章介绍燃气涡轮发动机的工作原理；对燃气轮机的主要部件轴流式压气机、环管形燃烧室、轴流式涡轮分别进行了原理与结构介绍；对燃气涡轮发动机的整体结构也进行了介绍。

关键字：燃气涡轮发动机，燃气轮机，轴流式压气机，燃烧室，轴流式涡轮1. 燃气涡轮发动机的工作原理燃气涡轮机发动机（燃气轮机）的原理与中国的走马灯相同，据传走马灯在唐宋时期甚是流行。

走马灯的上方有一个叶轮，就像风车一样，当灯点燃时，灯内空气被加热，热气流上升推动灯上面的叶轮旋转，带动下面的小马一同旋转。

燃气轮机是靠燃烧室产生的高压高速气体推动燃气叶轮旋转，见图1。

图1-走马灯与燃气涡轮燃气轮机属热机，空气是工作介质，空气中的氧气是助燃剂，燃料燃烧使空气膨胀做功，也就是燃料的化学能转变成机械能。

图2是一台燃气轮机原理模型剖面，通过它来了解燃气轮机的工作原理。

从外观看燃气轮机模型：整个外壳是个大气缸，在前端是空气进入口；在中部有燃料入口，在后端是排气口（燃气出口）。

燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮三大部分组成，左边部分是压气机，有进气口，左边四排叶片构成压气机的四个叶轮，把进入的空气压缩为高压空气；中间部分是燃烧器段（燃烧室），内有燃烧器，把燃料与空气混合进行燃烧；右边是涡轮（透平），是空气膨胀做功的部件；右侧是燃气排出口。

图2-模型燃气轮机结构在图3中表示了燃气轮机的简单工作过程：空气从空气入口进入燃气轮机，高速旋转的压气机把空气压缩为高压空气，其流向见浅蓝色箭头线；燃料在燃烧室燃烧，产生高温高压空气；高温高压空气膨胀推动涡轮旋转做功；做功后的气体从排气口排出，其流向见红色箭头线。

图3-燃气轮机工作过程在燃气轮机中压气机是由涡轮带动旋转，压气机的叶轮与涡轮安装在同一根主轴上组成燃气轮机转子，如图4所示。

图4-燃气轮机转子燃烧室产生的高温膨胀气体是同时作用到涡轮叶片与压气机叶片上，如何保证涡轮带动压气机正向旋转呢，简单说涡轮叶片工作直径大于压气机出口处的叶片工作直径，涡轮叶片的面积也大于压气机出口处的叶片面积，这就初步保证在同一压力下涡轮的输出力矩大于压气机所需的力矩，当然更重要的是压气机叶片与涡轮叶片的良好空气动力学设计才能保证两者高效运行。

航空发动机设计手册第8册—压气机航空发动机作为飞机的心脏，其设计和性能直接影响飞机的安全和效率。

在航空发动机设计手册的第8册中，压气机是其中一个关键的部分，其设计和性能对发动机整体性能起着至关重要的作用。

在本文中，我们将深入探讨压气机的设计原理、工作特性以及对整体发动机性能的影响。

1. 压气机的基本原理压气机是航空发动机中的一个关键部件，其主要作用是将气体压缩，提高进气气流的压力和温度。

压气机通常由多级叶片和转子组成，通过叶轮的旋转将气体压缩，使其达到所需的进气压力。

压气机的设计需要考虑叶轮的叶片角度、叶片数目、叶片材料等因素，以实现高效、稳定的压缩过程。

2. 压气机的工作特性压气机在工作过程中会产生压力脉动和振动问题，这对发动机的可靠性和性能造成一定的影响。

在设计压气机时，需要考虑叶轮和转子的结构强度、动力平衡等问题，以减小振动和噪音，提高压气机的工作稳定性和可靠性。

压气机的流场特性对压气机的压缩效率和性能影响巨大，需要通过流场仿真和试验验证来优化设计。

3. 压气机对整体发动机性能的影响压气机的设计和性能直接影响整体发动机的性能和效率。

压气机的压缩效率、气动性能和工作稳定性会影响发动机的燃烧过程、推力输出和燃油消耗，直接关系到飞机的飞行性能和经济性。

在设计压气机时，需要综合考虑压气机与其他部件的协调配合，以实现最佳的整体性能和效率。

总结回顾通过对航空发动机设计手册第8册—压气机的深入探讨，我们对压气机的设计原理、工作特性以及对整体发动机性能的影响有了更深入的了解。

压气机作为航空发动机中的关键部件，在提高发动机性能和效率方面发挥着重要作用。

在今后的发动机设计和优化过程中，需要继续关注压气机的设计和性能问题，以实现更高水平的发动机性能和效率。

个人观点和理解作为发动机设计师，我深知压气机在航空发动机中的重要性。

压气机的设计和性能直接关系到整体发动机的性能和效率，对整个飞机的飞行性能和经济性影响巨大。

Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2023年第14期·85·文章编号：2095-6835（2023）14-0085-03某型涡轴发动机压气机转子动平衡研究吴颖哲，马骏，余浩，蒋鹏（国营锦江机器厂，四川成都610043）摘要：在发动机修理厂中，转子不平衡产生的机械故障占整个发动机故障的30%以上。

转子出现不平衡故障会导致整个发动机振动，噪声增大，加速轴承的磨损，影响发动机的寿命，严重时甚至会导致发动机的失效，造成严重的事故。

因此在压气机转子装配前，必须对压气机转子进行动平衡试验，使得压气机转子剩余不平衡量低于工艺规定值。

经过几年的工作实践探索发现，压气机转子做动平衡时，由于转子放置不当，选择了错误的支撑方式，使得压气机转子重心在重力作用下偏离了转子中心轴线，导致压气机转子两端轴颈发生微变形，从而影响了该转子动平衡实测值。

主要针对该压气机转子的放置方式展开研究分析，从而提高压气机转子平衡精度。

关键词：涡轴发动机；压气机转子；动平衡；平衡技术中图分类号：V263文献标志码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2023.14.025为了避免转子在装配后由于不平衡量过大产生的挠曲变形和作用在轴承上的力大于规定值，使得转子产生振动、噪声，加速轴承的磨损导致发动机失效或者降低发动机使用寿命，在转子装配前必须对转子进行动平衡试验。

转子在做动平衡时，为了准确得到转子的不平衡量真实值，需要消除转子因放置不当产生的平衡误差[1]。

目前已知涡轴发动机压气机转子动平衡的不平衡因素有以下几种。

转子及零部件修理因素：发动机在飞机上经过正常使用达到一次翻修期后，由于转子（零部件）正常使用磨损，在修理转子及旋转部件时，通过磨镀铬、镀铜、研磨、喷涂、热处理等修理方式进行修复时，会导致转子及其零部件微观结构上产生不均匀（如轴径轻微倾斜、旋转零部件与转子配合面发生微量配合关系的改变、配合端面不垂直于轴线等）现象，这种情况会使增大转子在动平衡时的不平衡量。

压气机转子叶片扭转角控制分析摘要：压气机转子叶片安装角是影响压气机部件性能的关键因素。

为提高压气机部件效率，通过调整转子叶片装配间隙尺寸，能够改善压气机转子工作状态安装角进而改善发动机性能。

关键词：转子叶片安装角控制方式发动机性能1绪论压气机部件是航空发动机的关键部件之一，压气机部件工作直接影响发动机做功能力等性能指标。

压气机性能参数指标主要包括压比和效率。

其中增压比和效率是描述压气机气动性能的两个基本参数，一个反映压气机的做功能力，另一个反映实现该能力的经济性。

在航空发动机中，通常可以按照气体在发动机中流动的方向分类，大致可以将压气机分为轴流式、离心式、斜流式和混合式4类。

轴流式压气机相比于离心式压气机具有一定优势，其具有更小的迎风面积、更适用于多级结构，在高压比时具有更高的效率，同时流动能力强和能够采用叶栅理论等优点。

2压气机转子结构分析该压气机为轴流式压气机，压气转子为鼓盘式转子。

本节内容主要分析该转子结构，该压气机转子由轮盘组件、转子叶片、压气机轴、滚柱轴承和滚珠轴承等零件组成。

各级叶片通过榫头与榫槽相连接，压气机工作过程中，由榫头定位面承受径向离心作用力。

榫头与榫槽之间存在一定配合间隙，转子叶片圆周方向相互配合定位。

转子叶尖有配合石墨涂层，减少气流损失，同时保证叶尖刮磨安全性。

各级压气机盘前后止口端面进行轴向连接定位。

前后锁紧螺母保证压气机转子工作状态轴向定位。

转子叶片与轮盘之间采用榫头与榫槽连接方式径向定位。

转子叶片圆周方向无定位连接，靠转子叶片之间相互作用力压紧，最后由锁紧螺钉将叶盘在圆周方向锁紧。

由于连接方式非刚性连接，因此转子叶片与榫槽存在轴向和径向间隙。

榫头装入榫槽后存在轴向、径向和圆周方向位移变化自由度，当受力条件满足时，叶片将在榫槽中发生位移，进而引起安装角变化。

发动机在低转速工作过程中，压气机进入工作状态转速偏高，效率偏低，压气机后压力变化不稳定，进而影响到发动机起动合格率。

转子发动机工作原理
转子发动机是一种利用转子来产生动力的发动机，其工作原理可以简单描述如下：
1. 空气进入：首先，通过进气道，空气被引导进入转子发动机的压气机部分。

2. 压缩空气：压气机中的叶片通过旋转将空气压缩，增加空气的密度和压力。

3. 注入燃料：在适当的时机，燃料会通过喷嘴被注入到压缩空气中，形成可燃混合气体。

4. 燃烧：被喷入的燃料在高温高压环境下与压缩空气混合并点燃，引发爆炸燃烧反应。

此时，转子发动机中的火花塞会引发燃料点火。

5. 驱动转子：燃烧的燃料释放出的高温高压气流扩展向外，并驱动转子旋转。

转子与压气机中的叶片相互连接，并通过传动装置将动力输出。

6. 排出废气：经过功率输出后，废气进一步被压气机中的叶片压缩，并通过喷射管系统排出。

通过循环以上的步骤，转子发动机可以持续地从外界吸入空气、进行压缩、点燃燃料并将动力输出，实现对飞机、汽车等各种
交通工具的推动。

这种发动机具有结构简单、动力输出持续稳定等优点，在航空、汽车工业中得到广泛应用。