航空发动机强度复习题(参考答案)

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，与计算轮盘应力中最大周向应力或径向应力之比值。

K T t / max 1.5 ~ 2.0 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n c ，与工作的最大转速 n m ax之比值。

K d n c/n max4.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g cm。

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g cm 。

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。

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。

一、填空题（请把正确答案写在试卷有下划线的空格处）容易题目1.推力是发动机所有部件上气体轴向力的代数和。

2.航空涡轮发动机的五大部件为进气装置；压气机；燃烧室；涡轮和排气装置；其中“三大核心”部件为：压气机；燃烧室和涡轮。

3.压气机的作用提高空气压力，分成轴流式、离心式和组合式三种4.离心式压气机的组成：离心式叶轮，叶片式扩压器，压气机机匣5.压气机增压比的定义是压气机出口压力与进口压力的比值，反映了气流在压气机内压力提高的程度。

6.压气机由转子和静子等组成，静子包括机匣和整流器7.压气机转子可分为鼓式、盘式和鼓盘式。

8.转子（工作）叶片的部分组成：叶身、榫头、中间叶根8.压气机的盘式转子可分为盘式和加强盘式。

9.压气机叶片的榫头联结形式有销钉式榫头；燕尾式榫头；和枞树形榫头。

10.压气机转子叶片通过燕尾形榫头与轮盘上燕尾形榫槽连接在轮盘。

11压气机静子的固定形式燕尾形榫头；柱形榫头和焊接在中间环或者机匣上。

12压气机进口整流罩的功用是减小流动损失。

13.压气机进口整流罩做成双层的目的是通加温热空气14.轴流式压气机转子的组成盘；鼓（轴）和叶片。

15.压气机进口可变弯度导流叶片(或可调整流叶片)的作用是防止压气机喘振。

16.压气机是安装放气带或者放气活门的作用是防止压气机喘振17.采用双转子压气机的作用是防止压气机喘振。

18压气机机匣的基本结构形式：整体式、分半式、分段式。

19压气机机匣的功用：提高压气机效率；承受和传递的负载；包容能力20整流叶片与机匣联接的三种基本方法：榫头联接；焊接；环21.多级轴流式压气机由前向后，转子叶片的长度的变化规律是逐渐缩短。

22.轴流式压气机叶栅通道形状是扩散形。

23.轴流式压气机级是由工作叶轮和整流环组成的。

24.在轴流式压气机的工作叶轮内，气流相对速度减小，压力、密度增加。

25.在轴流式压气机的整流环内，气流绝对速度减小，压力增加。

26.叶冠的作用：①可减少径向漏气而提高涡轮效率；②可抑制振动。

1. 航空发动机研制和发展面临的特点不包括下列哪项（A. 技术难度大B. 研制周期长C. 费用高D. 费用低正确答案:D试题解析：发动机研制开发耗费昂贵。

2. 航空发动机设计要求包括（A. 推重比低B. 耗油率高C. 维修性好D. 可操纵性差正确答案:C 试题解析：航空发动机设计要求其推重比高、耗油率低、可操纵性好、维修性好。

3. 下列哪种航空发动机不属于燃气涡轮发动机（A. 活塞发动机B. 涡喷发动机C. 涡扇发动机D. 涡桨发动机正确答案:A试题解析：活塞发动机不属于燃气涡轮发动机，二者结构、原理不同。

4. 燃气涡轮发动机的核心机由压气机、燃烧室和（）组成。

A. 进气道B. 涡轮C. 尾喷管D. 起落架正确答案:B试题解析:压气机、燃烧室和涡轮并称为核心机。

5. 活塞发动机工作行程不包括（A. 进气行程B. 压缩行程C. 膨胀行程D. 往返行程正确答案:D试题解析：活塞发动机四个工作行程：进气、压缩、膨胀、排气。

6. 燃气涡轮发动机的主要参数不包括下列哪项（A. 推力B. 推重比C. 耗油率D 谴价正确答案:D ）。

）。

）。

）。

）。

试题解析：造价不是发动机性能参数。

7. 对于现代涡扇发动机，常用（）代表发动机推力。

A. 低压涡轮岀口总压与低压压气机进口总压之比B. 高压涡轮岀口总压与压气机进口总压之比C. 高压涡轮岀口总压与低压涡轮岀口总压之比D. 低压涡轮岀口总压与低压涡轮进口总压之比正确答案:A试题解析：低压涡轮岀口总压与低压压气机进口总压之比用来表示涡扇发动机推力。

8. 发动机的推进效率是（）。

A. 单位时间发动机产生的机械能与单位时间内发动机燃油完全燃烧时放岀的热量之比。

B. 发动机的推力与动能之比。

C. 发动机推进功率与单位时间流过发动机空气的动能增量之比。

D. 推进功率与单位时间内发动机加热量之比。

正确答案:C试题解析:发动机的推进效率是发动机推进功率与单位时间流过发动机空气的动能增量之比。

航空发动机结构强度设计习题王延荣主编北京航空航天大学能源与动力工程学院2013.3习题Chapter 11.1 简要解释下列名词术语：(1) 弯矩补偿 (2) 自然补偿 (3) 罩量调整 1.2 简要回答下列问题：(1) 发动机工作中转子叶片受哪些负荷？(2) 转子叶片应力计算中，至少应考虑哪些工作状态？(3) 航空发动机转子叶片截面上承受什么弯矩？通常采用什么方法来降低截面上的弯曲应力？(4) 离心补偿，或称弯曲补偿，在转子叶片设计中如何实现？补偿系数如何确定？ (5) 试用图说明在同一转子上压气机和涡轮转子叶片各截面的重心分布规律(沿周向及轴向)，并阐述其原因。

(6) 转子叶片的叶型截面上，通常何处应力最大？为什么？ (7) 长而薄的转子叶片，其弯曲变形对叶片应力有何影响？1.3 假设转子叶片离心负荷引起的拉伸应力沿横截面均匀分布，试写出离心拉伸应力表达式。

1.4 已知等截面转子叶片材料密度为ρ，转子的角速度为ω，叶尖与叶根截面半径分别为和，叶片的截面面积为，试导出任一半径t r r r A i R 处截面离心拉伸应力i σ的计算式。

何处最大？若叶片为变截面的，叶尖截面积为t A ，叶根截面积为r A ，截面积沿叶高按线性变化，试求出任一截面的离心拉伸应力i σ。

1.5 试写出叶片截面上气体力弯矩表达式。

1.6 试写出转子叶片截面上离心力弯矩表达式。

1.7 试写出叶片横截面上3个特征点A, B, C 处的弯曲应力表达式。

1.8 对于尺寸较大、叶型较薄的风扇/压气机转子叶片，工作时的弯曲变形对其强度有何影响？ Chapter 22.1 简要解释下列名词术语：(1) 位移法 (2) 力法 (3) 等强度盘 (4) 总安全系数 2.2 简要回答下列问题：(1) 试阐述位移法和力法的区别，对其用于轴对称薄盘的应力分析情况怎样。

(2) 试画出轮缘承受外载a σ的实心及空心等温等厚轮盘径向与周向应力沿半径的分布，以及当温度分别呈r c t r t 10)(+=和变化时实心等厚盘的热应力分布；何处应力最大，为什么？设计中可采用什么办法使轮盘中的应力分布均匀些？ 202()t r t c r =+(3) 试说明在发动机起动、停车过程中，涡轮盘上的热应力将发生怎样的变化？ 2.3 试推导轴对称薄盘的平衡方程与几何方程。

一、填空题1.推力是发动机所有部件上的代数和。

2.航空发动机压气机可以分成、和等三种类型。

3. 发动机是我国首台两倍音速飞机用发动机。

4．燃气涡轮发动机的核心机由压气机、燃烧室和组成5.在轴流式压气机的工作叶轮内，气流相对速度，压力、密度增加。

6. 加力燃烧室点火方式一般有：、、三种。

7.航空发动机的燃烧室类型可以分为燃烧室、燃烧室和燃烧室。

8.在压气机平面叶栅内的流动分析中，绝对速度、相对速度和牵连速度之间的关系可以用表示。

9. 发动机的推重比是指海平面静止条件下与之比。

10.发动机内机械能一定时，获得这部分能量的空气流量越大，发动机的推力，这个原理称为涡扇发动机的。

11.涡轮的基本类型主要分为涡轮和涡轮12.发动机是中国首款自主研发的涡轮轴发动机。

13. 航空燃气涡轮发动机是将转化为的动力装置。

14. 涡轮冷却的气源主要来自、、。

15. 在轴流式压气机的整流环内，气流绝对速度，压力增加。

16. 加力燃烧室的燃烧过程是由、和三部分组成。

17. 加力燃烧室中的作用是使气流产生紊流，形成回流区，加速混合气形成，加强燃烧过程。

18. 只要是绝能流动，不管有无流动损失，和不变。

19. 超声速气流一般通过一道激波，将被减速为亚声速气流。

20.燃烧室的点火一般分为点火和点火两种形式。

21.压气机增压比的定义是压气机压力与压力的比值。

22.为了降低燃气轮机的耗油率同时又能输出较大的功率，设计增压比一般大于增压比，低于增压比。

23. 燃气涡轮发动机的核心机由、和组成。

24. 在压气机平面叶栅内的流动分析中，组成速度三角形的三个速度名称分别为、和。

25. 燃气流过涡轮导向器内，其速度，压力。

26. 在0～9站位系统中，进气道出口为站位。

27.涡轮落压比的定义是涡轮压力与压力的比值。

二、选择题1．航空燃气涡轮喷气发动机经济性的指标是（）。

A.单位推力B.燃油消耗率C.涡轮前燃气总温D.喷气速度2．航空发动机研制和发展面临的特点不包括下列哪项（）。

发动机强度习题（西工大动力与能源学院 陆山）2008年6月10日第一章习题1-3：已知单位叶长上的气体力]/[5755m N p y =,]/[102.833m kg ⨯＝ρ 叶片等截面A=700mm 2叶片长L=140mm 叶根半径mm R 4600=绕x 轴转速n=4500rpm叶片在Y-Z 平面内罩量角 ][56.0Deg ＝α采用一段的数值积分公式求：1）叶根截面气体力弯矩气,X M ； 2）叶根截面离心力弯矩离,X M ；3) 叶根截面合成弯矩合,X M 。

参考答案: 合,X M =0.24[N •m] 思考题：1-1．转子叶片上作用有哪些载荷形式，它们分别产生何种应力? 1-2．发动机的工作包线与叶片的气体力有何关系? 1-3．转子叶片的总体坐标系和截面坐标系是如何定义的?1-4．应用动量定理计算叶片的轴向气体力和周向气体力有什么区别? 1-5．什么是罩量？为什么要做罩量调整?1-6．罩量调整的方向有什么规律？对压气机叶片和涡轮叶片有什么不同? 1-7. 带罩量叶片在真空箱内进行旋转状态强度试验，其叶根截面叶背的径向应力与外场同转速条件下的相应应力相比哪个大？1-8．什么是t T σ、t T a /σ？其中各上下标参数代表何意义？它们主要用于哪些零件强度校核？1-9．带扭向叶片的截面应力分布有什么特点? 1-10. 转子叶片的危险截面？截面弯曲应力的位置？1-11. 转子叶片叶根截面平均离心拉伸应力与哪些参数有关？第二章习题2-1：讨论式（2－16）－(2－17)的适用范围。

习题2-2：讨论求解盘—轴过盈连接问题的公式及边界条件。

习题2-3: 等厚圆盘应力计算公式如下（其中A=2ρω）： ⎰-+--=rr r trdr r E Ar r K K 02222183αμσ t E trdr r E Ar r K K rr ααμσθ-++-+=⎰022221831 已知一常温等厚空心旋转圆盘试验器，铝制材料密度]/[108.233m kg ⨯=ρ，弹性模量E=70Gpa ，泊松比3.0=ν1，转速n=3000[转/分]，盘外径mm r k 300=，如在盘外缘一周等距切割36径向裂纹，裂纹根部半径a r =270mm ，盘中心孔半径mm r 300=。

航空发动机考试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 航空发动机按能量转换方式分类，下列哪项不属于航空发动机？A. 涡轮喷气发动机B. 活塞式发动机C. 涡轮风扇发动机D. 蒸汽机答案：D2. 航空发动机的主要组成部分不包括以下哪项？A. 压气机B. 燃烧室C. 涡轮D. 变速器答案：D3. 下列哪项不是航空发动机的主要性能参数？A. 推力B. 燃油消耗率C. 转速D. 扭矩答案：D4. 航空发动机的推力与下列哪项因素无关？A. 发动机转速B. 进气温度C. 空气密度D. 飞机重量答案：D5. 以下哪种材料不适合用于制造航空发动机的高温部件？A. 钛合金B. 不锈钢C. 镍基合金D. 铝合金答案：D6. 航空发动机的压气机主要作用是什么？A. 提高空气压力B. 降低空气温度C. 提高燃料效率D. 增加推力答案：A7. 涡轮风扇发动机与涡轮喷气发动机的主要区别在于？A. 有无风扇B. 有无压气机C. 有无燃烧室D. 有无涡轮答案：A8. 航空发动机的燃油系统主要负责什么？A. 供油B. 供气C. 供电D. 供冷答案：A9. 航空发动机的控制系统主要功能是什么？A. 调节推力B. 调节温度C. 调节压力D. 调节速度答案：A10. 航空发动机的维护中，哪项不是常规检查项目？A. 叶片检查B. 轴承检查C. 电路检查D. 轮胎检查答案：D二、多项选择题（每题3分，共15分）1. 航空发动机的燃烧室主要作用包括哪些？A. 混合燃料和空气B. 压缩空气C. 燃烧产生高温高压气体D. 冷却发动机答案：A, C2. 航空发动机的压气机可以是哪些类型？A. 离心式B. 轴流式C. 往复式D. 涡轮式答案：A, B3. 以下哪些因素会影响航空发动机的效率？A. 进气温度B. 燃料品质C. 环境湿度D. 发动机设计答案：A, B, C, D4. 航空发动机的故障诊断中，哪些检测是必要的？A. 振动检测B. 温度检测C. 压力检测D. 声音检测答案：A, B, C5. 航空发动机的维护中，哪些部件需要定期更换？A. 叶片B. 轴承C. 密封件D. 轮胎答案：A, B, C三、判断题（每题1分，共10分）1. 航空发动机的推力与飞行速度成正比。

机航空发动机强度振动上机作业题1(总10页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--航空发动机强度振动上机作业题题目一班级：140411姓名：苏雨学号：一：题目要求1-1 某级涡轮转子的转速为4700r/min,共有68片转子叶片，叶片材料GH33的密度ρ为×3103/kg m ，气流参数沿叶高均布，平均半径处叶栅进、出口的气流参数，叶高各截面的重心位置（X ，Y,Z),截面面积A ，主惯性矩,I I ξη以及ξ轴与x 轴的夹角α，弯曲应力最大的A ，B ，C 三点的坐标,,,,,A A B B C C ξηξηξη列于下表，试求叶片各截面上的离心拉伸应力、气动力弯矩、离心力弯矩、合成弯矩及A ，B ，C 三点的弯曲应力和总应力。

二：分析公式如题目所示，已知叶片各截面参数，需要求叶片各截面上的离心拉伸应力、气动力弯矩、离心力弯矩、合成弯矩及A，B，C三点的弯曲应力和总应力。

先列出所要求量的相关公式。

1.离心拉伸应力2.气动力弯矩3.离心力弯矩4.合成弯矩5.弯曲应力6.总应力三：编程计算程序使用c语言编写，源代码如下：#include<>#include<>#include<>int main(void){float X[6]={,,,,,};float Y[6]={,,,,,};float Z[6]={,,,,,};float A[6]={,,,,,};float Ik[6]={0,,,,,};float It[6]={0,,,,,};float kA[6]={0,,,,,};float tA[6]={0,,,,,};float kB[6]={0,,,,,};float tB[6]={0,,,,,};float kC[6]={0,,,,,};float tC[6]={0,,,,,};float alfa[6]={,,,,,};float LXLS[6];int i=0,j=0;float he=0;while(i<=5){j=i;he=0;while(j<=4){he=he+(A[j+1]*Z[j+1]*Z[j+1]/2-A[j]*Z[j]*Z[j]/2);j=j+1;}LXLS[5-i]=*1000***he)/(10000*A[i]);i=i+1;}i=0;while(i<=5){printf("截面%i的离心拉伸应力为：%fMPa\n",i,LXLS[i]/1000000);i++;}float Px=,Py=;float QDWJx[6],QDWJy[6];i=0;while(i<=5){QDWJx[i]=Py*[i]/100)*[i]/100)/2;i++;}i=0;while(i<=5){QDWJy[i]=Px*[i]/100)*[i]/100)/2;i++;}i=0;printf("\n");while(i<=5){printf("截面%i的x方向气动力弯矩为：%fN*m,y方向气动力弯矩为：%fN*m\n",i,QDWJx[i],QDWJy[i]);i++;}float LXWJx[6],LXWJy[6];i=0;while(i<=5){LXWJx[i]=LXLS[i]*Y[i]/100*(A[i]/10000);i++;}i=0;while(i<=5){LXWJy[i]=LXLS[i]*X[i]/100*(A[i]/10000);i++;}i=0;printf("\n");while(i<=5){printf("截面%i的x方向离心力弯矩为：%fN*m,y方向离心力弯矩为：%fN*m\n",i,LXWJx[i],LXWJy[i]);i++;}float Mx[6],My[6];i=0;while(i<=5){Mx[i]=QDWJx[i]+LXWJx[i];i++;}i=0;while(i<=5){My[i]=QDWJy[i]+LXWJy[i];i++;}i=0;printf("\n");while(i<=5){printf("截面%i的x方向合成弯矩为：%fN*m,y方向合成弯矩为：%fN*m\n",i,Mx[i],My[i]);i++;}float Mk[6],Mt[6];i=0;while(i<=5){Mk[i]=Mx[i]*cos(alfa[i])+My[i]*sin(alfa[i]);Mt[i]=-Mx[i]*sin(alfa[i])+My[i]*cos(alfa[i]);i++;}float WQYLa[6],WQYLb[6],WQYLc[6];i=1;while(i<=5){WQYLa[i]=(Mk[i]/Ik[i])*tA[i]-(Mt[i]/It[i])*kA[i];WQYLb[i]=(Mk[i]/Ik[i])*tB[i]-(Mt[i]/It[i])*kB[i];WQYLc[i]=(Mk[i]/Ik[i])*tC[i]-(Mt[i]/It[i])*kC[i];i++;}i=1;printf("\n");while(i<=5){printf("截面%i的弯曲应力为:\nA点：%fMPa\nB点：%fMPa\nC 点：%fMPa\n",i,WQYLa[i],WQYLb[i],WQYLc[i]);printf("\n");i++;}float CETAa[6],CETAb[6],CETAc[6];i=1;while(i<=5){CETAa[i]=WQYLa[i]+LXLS[i]/1000000;CETAb[i]=WQYLb[i]+LXLS[i]/1000000;CETAc[i]=WQYLc[i]+LXLS[i]/1000000;i++;}i=1;printf("\n");while(i<=5){printf("截面%i的总应力为:\nA点：%fMPa\nB点：%fMPa\nC 点：%fMPa\n",i,CETAa[i],CETAb[i],CETAc[i]);printf("\n");i++;}system("pause");}程序运行结果如下：四：总结与感悟这次编程作业，可以说是四个大作业题目中最简单，最基础的一个。