典型航空涡扇发动机结构分析

典型航空燃气涡轮发动机结构分析（讲义）北京航空航天大学能源与动力工程学院2007年3月前言航空燃气涡轮发动机的发展已有70年的历史，特别是在近20年以来在结构设计，生产工艺和应用材料上都有了飞速的发展，同时在结构设计上英国罗罗公司，美国通用电气公司、普惠技术联合公司和俄罗斯的航空动力设计集团都逐步形成各自的设计风格和结构特点。

在航空发动机的结构设计中各设计集团在新机的结构设计上一般新结构所占比例不超过30％，因此，在航空发动机发动机结构设计中体现出鲜明的继承性和创新性。

在初步学习了航空发动机结构设计的基础知识后，通过对各设计集团（公司）所设计的航空发动机，在结构设计中的特征进行对比分析有助于更好的了解各种结构的使用优点和问题。

本讲义选取了6种结构设计特征鲜明的燃气涡轮发动机在结构设计方面进行了论述和分析，以加深对航空发动机结构设计中的各种结构使用的条件的理解。

为适合航空发动机维修专业学生的使用，本讲义对两种民用涡扇发动机（CFM56、PW4000）的维修和装配进行了介绍。

目录第一章WP7涡喷发动机 (1)1.1概况 (1)1.2结构和系统 (3)1）总体结构 (3)2）压气机 (8)3）燃烧室 (13)4）涡轮 (15)5）加力燃烧室 (22)6）附件传动系统 (23)7）滑油系统 (24)第二章斯贝涡扇发动机 (26)2.1研制概况 (26)2.2结构和系统 (26)1）总体结构 (26)2）压气机 (28)3）高压压气机 (33)4）燃烧室 (33)5）高压涡轮................................................................................................................................. - 37 -6）低压涡轮................................................................................................................................. - 37 -7）加力燃烧室............................................................................................................................. - 37 -8）尾喷管..................................................................................................................................... - 39 -9）其他......................................................................................................................................... - 39 -第三章F404系列涡轮风扇发动机.................................................................................................... - 40 -3.1F404系列发动机研制与结构 .. (40)1）发展综述................................................................................................................................. - 40 -2）结构设计特点......................................................................................................................... - 41 -3.2F414发动机研制与结构 (43)1）研制背景................................................................................................................................. - 43 -2）主要设计特点......................................................................................................................... - 44 -3.3广泛的可靠性试验 . (48)3.4研制概况 (50)第四章АЛ-31Ф涡扇发动机 (51)4.1研制概况 (51)4.2结构和系统 (51)第五章CFM56系列涡轮风扇发动机结构 (59)5.1CFM56系列发动机研制背景及发展概况 (59)1）发展概述 (59)2）技术数据 (61)3）装机对象 (61)4）结构概述 (61)5.2结构设计特点 (62)1）总体结构 (62)2）风扇及增压压气机 (65)3) 风扇叶片及进气整流锥 (67)4）风扇机匣 (72)5）高压压气机(HPC) (72)6）扩散器及燃烧室 (74)7）高压涡轮 (76)8）低压涡轮(LPT) (80)9) 发动机安装节 (83)10）滑油系统 (84)11) 控制系统 (84)12）起动系统 (85)第六章PW4000系列涡轮风扇发动机结构 (86)6.1PW4000系列发动机研制背景及发展概况 (86)1）发展综述 (86)2）装机对象 (87)3）技术数据 (88)4）结构概述 (88)6.2结构设计特点 (89)1）总体结构 (89)2）低压压气机（LPC） (96)3）压气机进气锥 (97)4）风扇叶片 (98)5）风扇机匣 (99)6）中介机匣 (102)7）高压压气机(HPC) (103)8）扩散器及燃烧室 (104)9）涡轮导向器 (108)10）高压涡轮(HPT) (108)11）低压涡轮(LPT) (110)12）涡轮排气机匣 (111)13）角齿轮箱（AGB） (112)14）主齿轮箱(MGB) (113)15）发动机安装节 (113)第一章WP7涡喷发动机1.1概况涡喷7系列发动机是带加力燃烧室的双转子涡轮喷气发动机，是歼7、歼八8飞机的动力装置。

飞机发动机构造简析上图为F100涡轮风扇发动机基本构造图。

F100涡轮风扇发动机是美国研发的第四代航空发动机。

F100是加力涡轮风扇发动机，加力燃烧室的火焰稳定器在图中的尾喷口以橙色显示。

为了使飞机能在空中移动，我们必须使用某种推进系统来产生推力。

用于现代飞机的最广泛使用的推进系统形式是燃气涡轮发动机。

涡轮发动机有多种形式。

涡轮喷气发动机（turbojet）大多数现代客机和军用飞机由燃气涡轮发动机提供动力，也称为喷气发动机。

最简单的燃气涡轮是涡轮喷气发动机。

图中描述了引擎的各个部分。

通过发动机的空气会发生什么。

大量的周围空气不断地进入发动机入口。

（在英格兰，他们称这部分为进气口，这可能是一个更准确的描述，因为压缩机将空气吸入发动机。

）我们在这里展示了一个管形进气口，就像你在飞机上看到的那样。

但根据飞机的用途，进气口有多种形状和尺寸。

在进气口后部，空气进入压缩机。

原理：压缩机就像许多行翼型一样，每排产生压力小幅跳跃。

压缩机也像电风扇。

我们必须提供能量来转动压缩机。

在压缩机出口处，空气的压力比自由流高得多。

在燃烧器中，少量燃料与空气结合并被点燃。

（在典型的喷气发动机中，100磅空气/秒与仅2磅燃料/秒相结合。

大部分热排气来自周围空气。

）离开燃烧器，热气通过涡轮机。

涡轮机像风车一样工作。

涡轮机被热气流推动，并旋转。

在喷气发动机中，涡轮机获得的能量通过涡轮轴来转动压缩机。

虽然涡轮机从热排气中吸收一部分能量，但是剩余的能量足以通过尾喷口以一定的速度向喷气发动机提供推力。

因为尾喷口速度大于自由流速度，所以如推力方程所述产生推力。

对于喷气发动机，出口质量流量几乎等于自由流质量流量。

而非常少的燃料被添加到流体中，所以忽略燃料质量。

涡轮喷气发动机的喷嘴通常设计成将排气压力恢复到自由流压力。

然后通过一般推力方程给出涡轮喷气发动机的推力方程，其中压力面积项设定为零。

如果自由流条件用“0”下标表示，退出条件用“e”下标表示，则推力F等于质量流量m乘以出口处的速度Ve减去自由流质量流量速度V0。

涡扇发动机的结构和工作原理一、引言涡扇发动机是目前商用飞机上最常见的发动机类型之一，其高效节能、低噪音和高可靠性的特点使其成为现代航空业的重要组成部分。

本文将介绍涡扇发动机的结构和工作原理。

二、涡扇发动机的结构涡扇发动机由压气机、燃烧室、涡轮和喷管等组成。

1. 压气机：压气机是涡扇发动机的核心部件之一，其主要功能是将空气压缩，提高空气的密度和压力。

压气机通常由多级轴流压气机和多级离心压气机组成。

2. 燃烧室：燃烧室是将燃料与压缩空气混合并点燃的部分，通过燃烧产生的高温高压气体推动涡轮运转。

燃烧室通常采用环形燃烧室或喷嘴式燃烧室。

3. 涡轮：涡轮由高压涡轮和低压涡轮组成，其主要作用是通过高温高压气体的冲击推动涡轮转动，驱动压气机和风扇。

4. 喷管：喷管是涡扇发动机的尾部部分，其主要功能是将高速高温的尾流喷出，产生推力。

喷管的形状和尺寸对发动机的推力、燃油效率和噪音水平都有重要影响。

三、涡扇发动机的工作原理涡扇发动机的工作原理可以简化为空气压缩、燃烧和喷射三个过程。

1. 空气压缩：空气通过进气口进入涡扇发动机，经过压气机的多级压缩，空气的密度和压力增加。

在压气机中，每一级都由一系列叶片和固定的导向叶片组成，通过叶片的旋转将空气压缩。

2. 燃烧：经过压缩的空气进入燃烧室，与燃料混合并点燃。

燃料燃烧产生的高温高压气体通过喷嘴喷出，冲击涡轮使其转动。

燃烧室的设计和燃料的燃烧效率对发动机的性能有重要影响。

3. 喷射：燃烧后的高温高压气体通过涡轮推动涡轮转动，涡轮的转动驱动压气机和风扇运转。

同时，部分高温高压气体经过喷管喷出，产生推力，推动飞机向前飞行。

涡扇发动机的喷射效率对推力和燃油消耗有重要影响。

四、涡扇发动机的特点涡扇发动机相比于传统的活塞发动机和涡轮螺旋桨发动机，具有以下特点：1. 高效节能：涡扇发动机通过空气压缩和燃烧产生的高温高压气体推动涡轮运转，利用喷射产生推力，其热效率和推力重量比较高，燃油消耗相对较低。

涡扇发动机的结构和工作原理涡扇发动机是一种常用于飞机的内燃机，其结构和工作原理如下：一、结构涡扇发动机主要由压气机、燃烧室、涡轮和喷管组成。

1. 压气机：压气机由多个级别的转子和定子组成。

转子上的叶片通过高速旋转将空气压缩，增加空气的密度和压力。

定子的作用是引导和加速空气流动。

2. 燃烧室：燃烧室是将燃料与压缩的空气混合并燃烧的空间。

燃料通过喷嘴喷入燃烧室，在高温高压的条件下与空气发生反应，释放热能。

3. 涡轮：涡轮由高压涡轮和低压涡轮组成。

高压涡轮由高压燃气推动，带动压气机旋转，产生压缩空气。

低压涡轮由高压涡轮排出的燃气推动，带动风扇旋转，产生大部分推力。

4. 喷管：喷管是将燃气排出的通道，通过喷管的喷射作用，产生向后的推力。

二、工作原理涡扇发动机的工作原理可以分为压缩、燃烧和喷射三个阶段。

1. 压缩阶段：空气通过压气机被压缩，使空气的密度和压力增加。

压缩后的高压空气进入燃烧室。

2. 燃烧阶段：燃料通过喷嘴喷入燃烧室，与高压空气混合并燃烧。

燃烧产生的高温高压气体推动涡轮旋转，同时释放大量热能。

3. 喷射阶段：高温高压气体通过涡轮驱动风扇旋转，产生向前的推力。

同时，一部分气体通过喷管喷出，形成后向喷流，产生更大的向后推力。

涡扇发动机的优点是推力大、效率高、噪音低。

其结构紧凑，重量轻，适用于各种类型的飞机。

涡扇发动机在航空领域得到广泛应用，成为现代喷气式飞机的主要动力装置。

总结起来，涡扇发动机通过压气机将空气压缩，然后与燃料混合并燃烧，产生高温高压气体。

高温高压气体推动涡轮旋转，带动风扇和压气机旋转，产生推力。

同时，喷管将燃气喷出，形成后向喷流，增加推力。

涡扇发动机的结构和工作原理使其成为现代航空领域不可或缺的一部分。

典型航空涡扇发动机结构分析航空涡扇发动机是一种常见的航空发动机类型，广泛应用于商用飞机、军用飞机以及通用航空飞机等。

其结构包括前部压气机、燃烧室、涡轮与喷管等组成。

1.前部压气机：前部压气机是涡扇发动机的关键组成部分，它由多个级数的压气机叶片和其对应的压气机转子组成。

其主要功能是负责将空气吸入发动机，并增压送入燃烧室。

在前部压气机中，叶片通过转子的旋转运动将空气进行压缩，提高空气的密度。

这样，可以在后续的燃烧室中实现更高效的燃烧过程。

2.燃烧室：燃烧室是涡扇发动机的第二个重要组成部分，其主要功能是将经过压缩的空气与燃料混合并进行燃烧。

燃烧室通常由一个或多个环形的燃烧室组成，每个燃烧室内部设有喷嘴和火焰传播器。

当经过压缩的空气从压气机送入燃烧室后，燃料通过喷嘴喷入燃烧室中，与空气混合并燃烧。

在燃烧室内，燃烧产生的高温和高压气体通过火焰传播器迅速传递到涡轮。

3.涡轮：涡轮是涡扇发动机的另一个重要组成部分，其主要由高温高压气体推动运动。

涡轮包括高压涡轮和低压涡轮两部分。

高压涡轮由高温的燃气推动运动，通过连接在同一轴上的压气机转子来驱动前部压气机。

低压涡轮则由燃烧室内高温高压气体推动运动，通过连接在同一轴上的扇叶来产生推力。

4.喷管：喷管是涡扇发动机的最后一个关键结构，其主要功能是将由涡轮推进的高速气流转化为高速喷射喷流，并产生推力。

喷管由高压部和低压部组成，通过喷嘴将高速喷流推出，从而产生大量的推力。

喷管的设计通常考虑到优化燃油效率和降低噪音。

以上是典型航空涡扇发动机的结构分析。

由于涡扇发动机的结构复杂，还有其他的部件如起动机、油液系统、冷却系统和控制系统等，这些部件共同协作，确保涡扇发动机的正常运行和性能提升。

浅谈涡扇喷气发动机的基本构造和工作原理涡扇喷气发动机是现代航空领域中最常用的发动机类型之一，其普遍应用于商用航空、军用飞机和其他航天领域。

本文将从基本构造和工作原理两个方面进行浅谈。

一、基本构造一台涡扇喷气发动机主要由以下几个关键组成部分构成：压气机、燃烧室、涡轮和推力装置。

1. 压气机压气机是涡扇喷气发动机的关键组成部分，主要功能是将空气压缩，提高其压力和温度。

压气机通常由数个不同级别的轴流式压气机和离心式压气机组成。

当空气通过压气机时，它受到多级叶片的压缩，使其压力和温度增加。

2. 燃烧室燃烧室是涡扇喷气发动机中的关键组成部分，其作用是将燃料和压缩后的空气混合并点燃以产生高温高压的燃气。

燃烧室通常由一个或多个燃烧室环组成，燃料由喷嘴喷入燃烧室，与来自压气机的压缩空气混合并点燃。

3. 涡轮涡轮是涡扇喷气发动机的核心部件之一，由高压涡轮和低压涡轮组成。

高压涡轮通过连接的轴传递给压气机驱动力，而低压涡轮通过轴传递给风扇驱动力。

涡轮利用燃气的能量产生动力，驱使压气机和风扇运转。

4. 推力装置推力装置是涡扇喷气发动机的最后一个关键组成部分，主要功能是将产生的推力传递给飞机。

涡扇喷气发动机的推力装置由一个或多个喷气口组成，通过喷气口将高速喷出的气流产生的动力转化为推力，推动飞机前进。

二、工作原理涡扇喷气发动机的工作原理是基于牛顿第三定律。

当压缩的空气和燃料混合物在燃烧室内燃烧时，产生的高温高压气体通过喷嘴喷出，产生向后的推力。

具体而言，涡扇喷气发动机的工作原理可分为压缩、燃烧和喷气三个过程。

首先，在压缩阶段，压气机将外部空气压缩，使其压力和温度升高，然后将压缩后的空气输送到燃烧室。

其次，在燃烧阶段，喷嘴将燃料喷入燃烧室，燃料与压缩后的空气混合并点燃。

燃烧产生的高温高压气体通过扩张作用产生向后的推力。

最后，在喷气阶段，高速喷气口将产生的高速气流向后排放，产生的反作用力推动发动机和飞机前进。

这是由于牛顿第三定律，喷射出去的气流产生的反作用力会推动发动机和飞机向前。

涡轮风扇发动机的结构和工作原理一、引言涡轮风扇发动机是一种常见的航空发动机类型，被广泛应用于商用飞机和军用飞机。

本文将着重介绍涡轮风扇发动机的结构和工作原理。

二、涡轮风扇发动机的结构涡轮风扇发动机由多个主要部件组成，包括压气机、燃烧室、涡轮和喷管等。

下面将对这些部件进行详细介绍。

1. 压气机压气机是涡轮风扇发动机的核心组件之一，它负责将大气中的空气压缩。

压气机通常由多级叶片和转子组成，每一级都会将空气进行一次压缩。

通过不断的压缩，空气的压力和温度都会逐渐增加。

2. 燃烧室燃烧室是涡轮风扇发动机中的另一个重要组件，其主要功能是将压缩后的空气与燃料混合并燃烧，产生高温高压的燃气。

燃烧室通常采用环形燃烧室的设计，能够充分利用空间并提高燃烧效率。

3. 涡轮涡轮是涡轮风扇发动机的动力来源，它通过高温高压的燃气驱动涡轮转动。

涡轮通常由多级叶片和转子组成，每一级都可以提供一定的动力。

涡轮的转动能够驱动压气机和风扇旋转，进一步增加压缩和推力。

4. 喷管喷管是涡轮风扇发动机的尾部部件，其主要功能是将燃气排出并产生推力。

喷管通常采用喷嘴的设计，通过控制喷口的面积和方向来调节推力大小和方向。

喷管的设计也会影响发动机的燃烧效率和噪音水平。

三、涡轮风扇发动机的工作原理涡轮风扇发动机的工作原理可以简单描述为三个步骤：压气、燃烧和喷射。

1. 压气当发动机启动后，压气机开始工作，将大量空气进行压缩。

压缩后的空气进一步进入燃烧室。

2. 燃烧在燃烧室中，压缩后的空气与燃料混合，并通过点火引燃。

燃烧产生的高温高压燃气会推动涡轮转动。

3. 喷射涡轮的转动通过轴向传输力量，驱动风扇和压气机旋转。

同时，高温高压燃气会通过喷管排出，并产生反作用力，形成推力。

涡轮风扇发动机的工作原理是基于热力学和流体力学原理的，通过合理的设计和控制，能够高效地将燃料转化为推力，并实现飞机的动力驱动。

四、总结涡轮风扇发动机是一种高效、可靠的航空发动机，其结构和工作原理紧密相连。

涡扇发动机的结构组成及排气方式嘿，朋友！想象一下你正坐在一架即将起飞的飞机里，耳边传来巨大的轰鸣声，这力量的来源可少不了涡扇发动机。

那你有没有好奇过，这个让飞机翱翔蓝天的“大功臣”到底是由什么组成的，它又是怎么排气的呢？先来说说涡扇发动机的结构组成吧。

打个比方，涡扇发动机就像是一个超级复杂但又极其高效的“大机器怪兽”。

在它的最前端，有个像大风扇一样的部件，这就是风扇啦。

风扇呼呼地转，就像大力士在用力地吹风。

紧接着是压气机，这就好比是一个大力气的“压缩机”，把空气使劲儿地压缩，让它们变得更加密集。

然后就是燃烧室，这里面可热闹啦！燃料在这儿和被压缩的空气相遇，然后“轰”的一下燃烧起来，产生巨大的能量。

再往后是涡轮，它就像是个勤劳的“小工人”，被燃烧产生的高温高压气体推动着不停地转动，带动前面的风扇和压气机工作。

最后是尾喷管，这是发动机排气的出口。

这么说可能有点抽象，咱们来想象一个场景。

有一天，小王和小李这对好哥们一起去参观飞机工厂，他们对涡扇发动机充满了好奇。

小王瞪大眼睛，指着发动机问：“这一堆东西到底是咋配合工作的啊？”小李挠挠头说：“我觉得就像是接力赛，一个环节接着一个环节，谁也不能掉链子。

”负责讲解的师傅笑着说：“你们俩说得有点意思。

这风扇吸入大量空气，压气机把空气压缩，燃烧室让燃料燃烧，涡轮被气体推动，最后气体从尾喷管排出去，飞机就有动力往前飞啦。

”说完结构组成，咱们再聊聊涡扇发动机的排气方式。

这排气啊，可不是随便“呼”一下子就完事儿的。

它就像是一个有策略的“排气大师”。

当高温高压的气体从燃烧室出来后，会经过涡轮，给涡轮提供动力，然后再通过尾喷管高速喷出。

这尾喷管的形状和大小可是经过精心设计的，就为了让排气更顺畅，更高效。

想象一下，这气体就像一群着急赶路的小家伙，顺着特定的通道，一股脑儿地冲出去，形成强大的推力。

而且，这排气的速度和方向也是有讲究的。

如果排气不顺畅，那发动机的效率可就大打折扣啦。