航空燃气轮机结构设计课程报告PW4000高涵道比涡扇发动机总体结构分析
ppt汇报人：张X 1113XXXX
报告撰写人：邵X 1113XXXX
柳XX 1113XXXX
资料收集人：万XX 11131048
杨XX 11131047
廉XX 11131046
目录
摘要 (3)
0.PW4000简介 (4)
1.高低压转子结构形式及支承方案 (4)
1.1高低压转子的结构形式 (4)
1.1.1低压转子 (4)
1.1.2高压转子 (4)
1.2支承方案 (4)
2.传力路线分析 (5)
2.1气动力： (5)
2.1.1扭矩 (5)
2.1.2轴向力 (5)
2.2惯性力： (5)
2.3结构支承传力分析 (5)
3.风扇转子及机匣设计要求和结构特点 (6)
3.1风扇转子 (6)
3.1.1设计要求 (6)
3.1.2结构特点 (6)
3.2机匣 (7)
3.2.1设计要求 (7)
3.2.2结构特点 (7)
4.气流通道设计特点 (7)
4.2气流通道形式 (8)
4.3PW4000 (8)
5.涡轮转子-支承结构设计特点 (8)
参考文献 (9)
摘要：本文是《航空燃气轮机结构设计课程汇报》所要求的结构分析汇报，主要从高低压转子结构与支承方案、传力路线、风扇转子及机匣设计、涡轮转子支承结构方面分析了PW4000发动机，还探讨了从结构设计上实现高气动效率的措施。
关键词：PW4000 高涵道比涡扇发动机结构分析
0.PW4000简介
PW4000是美国普拉特·惠特尼公司于1982年12月8日宣布拟研制的一种商业用大推力涡扇发动机。旨在取代JT9D-7R4发动机满足未来宽体客机的需要。设计的目标是在发动机安装尺寸不变的情况下，采用先进技术提高发动机性能(增加推力，降低耗油率)。
1987年7月首次交付使用，装备于B767-200、A310飞机。
1.高低压转子结构形式及支承方案
1.1高低压转子的结构形式
1.1.1低压转子
为鼓式结构，结构特点——结构简单、零件数目少、加工方面、具有较高抗弯刚性，但，存在抵抗离心力的强度限制。
1.1.2高压转子
为盘鼓混合式结构，且为焊接和短螺栓连接的组合。结构特点——由盘、鼓筒、轴组成，兼具鼓式转子抗弯性和盘式转子强度高的特点。
1.2支承方案
PW4000采用了普惠传统的设计。低压转子为0-2-1方案，高压转子为1-1-0方案，5个支点支承于3个机匣上，无中介支点。
方案分析：
低压转子上增加了一个支点，即在风扇后滚珠轴承后面，增加了一个滚棒轴承，很好地解决了低压转子刚度不足的问题。
高压转子采用的二支点支撑方案将后支点安置在涡轮之前，可以使两支点间的距离减小，从而有利于控制轴的变形，但是由于轴承径向尺寸的限制，涡轮轴刚性较小，并且两级涡轮盘呈悬臂。然而根据国外学者研究，两级涡轮的结构采用1-1-0较为有利。
这种方案无中介支点，因而结构简单。但需要有较长的低压轴，加工困难。
LP 0--2--1
1#、1.5#、4#
HP 1--1—0
2#、3#
2.传力路线分析
总体传力路线：叶片——盘\鼓筒——轴承——轴——机匣（径向）
2.1气动力：
2.1.1扭矩
气动产生的扭矩将一方面通过转子叶片传给轴承再传给轴，另一方面将通过静子传给支撑机匣，粗略地看两者可以抵消。而实际上由涡轮输出的燃气并非完全轴向，故最终作用于机匣上少量力矩，再由发动机安装边传给飞机。
扭矩的传递依靠联轴器。
2.1.2轴向力
气动产生的轴向力在压气机跟涡轮上有着较大的力，先是气体冲撞叶片传递给叶片，再由鼓筒或盘传递给轴承，而轴承承受的轴向力需要卸荷——一方面压气机和涡轮的轴向力方向相反，相邻安装有助于卸荷，另一方面卸荷腔的应用也将减小轴向载荷。
2.2惯性力：
发动机内的部件自身质量会产生径向力，这个径向力将由轴承支承，而轴承最终将力传递给机匣。PW4000应用了涡轮级间支撑框架传力——在两级涡轮之间建立了承力框架，但这种做法拉长了发动机轴向长度，且降低了涡轮效率。同时由于PW4000涡轮转子有后支点，结构上采用了涡轮后轴承机匣，将轴承负荷外传。
2.3结构支承传力分析
将轴承从左向右依次编号为1、1.5、2、3、4
轴承1将低压压气机的推力传递给中介机匣；
轴承1.5径向支承低压转子驱动轴；
轴承2将高压压气机推力传给中介机匣；
轴承3径向支承高压压气机和高压涡轮；
轴承4径向支承低压转子尾端和低压涡轮。
3.风扇转子及机匣设计要求和结构特点
3.1风扇转子
3.1.1设计要求
转子要有足够的刚性和强度；
基本原则是等强度，等刚度设计
抗外物打伤能力和包容能力强；
采用结构措施提高可靠性
防喘、减缓振动，避免共振；
效率提高、工作稳定可靠；
重量轻、寿命长、成本低。
3.1.2结构特点
结构形式：
鼓式转子：结构简单，零件数目少，加工方便，并且具有较高的抗弯性。
盘式转子：由一组轮盘和中心轴组成，与鼓式转子相比结构强度好，但抗弯性能差，。容易产生振动。
转子特点：
38片叶身带中间肩的钛合金叶片。
叶根为燕尾型榫头。
风扇叶片为LRU, 可在外场按重量矩成对更
换。
叶身构造特点：
带凸肩阻尼结构的叶片叶身中部配有减振
凸肩（或称阻尼台），各个叶片之间的凸肩相互
顶紧，可避免发生共振和颤振，提高叶片抗外
物打击能力。
3.2机匣
3.2.1设计要求
在支撑结构中承担着承力框架的作用，同时承担防止叶片飞出时的包容作用和吸声降噪的作用。风扇机匣提供一平滑气流通道并支撑安装进气道整流罩。
3.2.2结构特点
前风扇机匣：
1、支撑安装进气道整流锥
2、包容环（阻隔器）：内有风扇叶尖防磨带—可阻挡风扇叶片断裂时径向飞出发动机。
中介机匣：
1、发动机的主要结构件
2、有许多发动机组件的安装点，主要实现内外涵道分流或气流通道的过渡转接。
高压压气机机匣：
采用典型双层机匣结构，内机匣做成沿轴向分成多段，每段机匣均做成整环，用两段机匣的安装边将带安装边的外环夹住，静子叶片做成几个扇形段。装拆时，无需装拆叶片。这种结构设计保证了均匀的叶尖间隙，但结构变的复杂，质量增加。
4.气流通道设计特点
4.1特点
进口处：外物易打伤、结冰、腐蚀。
转速高：叶片根部、轮盘承受负荷极大，平衡要求高。
对空气做功：要求效率高、叶型设计
