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《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：
共同点 都主要由进气装置、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成。工作过程中，进气、压缩、燃烧后膨胀和排气四个过程，在同一时间内不同空间完成。由压气机、燃烧室、驱动压气机的涡轮组成发动机的燃气发生器。 原理区别 利用涡轮出口燃气直接在喷管中膨胀，使燃气可用能量转变为高速喷流的动能而产生反作用力。 一部分能量通过低压涡轮带动外涵风扇，增加外涵气流的喷射速度，另一部分能量转变为高速排气的能量 靠动力涡轮把燃气发射器出口燃气中的大部分可用能量转变为轴功率以驱动空气螺旋桨。 兼有涡扇、涡桨特性 基本同涡桨，但是燃气发射器的出口燃气所含可用能量几乎全部为动力涡轮所吸收，有喷管喷出的燃气只产生很小的推力。 结构区别 应用 军用、民用、特别是超声速飞机 高亚声速客机和运输机、 超声速战斗机 中小型运输机和通用飞机 未投入实用 直升机 直接反作用力 涡喷 涡扇 基本五大件 带风扇、外涵 间接反作用力 涡桨 桨扇 涡轴 空气螺旋桨、减速器 先进的高速螺桨，有多个宽弦、薄叶型的后掠桨叶。 带自由涡轮 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) b) c) d) e) f)
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
发动机类型 轴数 压气机级数 燃烧室类型 支点位置 支点类型
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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： ? ? ? ?
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？ 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
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. 答 特点/类型 优点 鼓式 抗弯刚性好、结构简单 盘式 承受离心力载荷能力强 鼓盘式 兼有抗弯刚性、承受大离心力载荷的能力，广泛使用 缺点 承受离心力差，圆周速度的条件差 抗弯刚性差 结构复杂、加工难度大、同心度难维持 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。
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. a) b) c) 7.
转子结构的传扭方法有几种？答：
不可拆卸：例，wp7靠径向销钉和配合摩擦力传递扭矩； 可拆卸：例，D30ky端面圆弧齿传扭； 混合式：al31f占全了；cfm56精制短螺栓。 如何区分盘鼓式转子和加强的盘式转子？
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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) b) c) d)
销钉式榫头； 枞树型榫头； 燕尾式榫头
压气机常用销钉式和燕尾式
11. 压气机机匣的功用是什么？答： a) b) c)
提高压气机效率； 承受和传递的负载 包容能力
12. 列举压气机机匣的三种基本结构形式？答： a) b) c)
13. 列举整流叶片与机匣联接的三种基本方法？ 答： a) b) c)
14. 双转子涡轮风扇发动机的中介机匣与中间机匣的区别及功用是什么
答：中间机匣在外，包括低压压气机机匣中介机匣，高压压气机机匣；包含关系。 15. 简述篦齿密封的基本原理。
答：篦齿形成若干个空腔。封气装置两侧总压差p0-p2不变；由于分割，漏气截面两侧的压差减少。同时尽可能小地保留间隙，因为篦齿为刀刃式，齿尖做的很薄，一旦与静子相碰，也不会引起严重后果。减少压差的同时，减少了漏气面积，有效减少漏气量。 16. 为什么要进行整流罩和进气机匣防冰？如何防冰？答： a)
当发动机在空气湿度较高和气温近0*C的条件下工作时，发动机进口部分，如进气道唇口，整流罩等易结冰。（一）冰层使发动机进口截面积减小，改变发动机进口流场，使发动机性能变坏，严重时可能引起喘振；（二）此外由于振动，冰层破裂，冰块被吸入发动机，打伤叶片 b)
（一）引压气机热空气；（二）电加温；（三）涂层 榫头联接 焊接 环 整体式 分半式 分段式
17. 简述压气机主要的防喘振措施及原理。答 a) b)
放气机构：把空气从压气机中间级放出；
进口可转导流叶片和可弯弯度导流叶片 叶片改变角度后使压气机进口预旋量改变，进口处第一级叶片进口气流攻角恢复到接近设计态度，消除叶背上的气体分离，避免喘振发生； c) d) e)
多级可调静止叶片。 机匣处理：吹气，斜槽，环槽
双转子或三转子压气机，在相同增压比及总级数时，当压气机转子分开后每个转子的级数减少，同时各转子可以在各自的最佳转速工作
18. 简述压气机静子可调整流叶片的组成及功用。
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答：<一>组成：可调静止叶片，摇臂，联动环，曲轴，作动筒，控制器。<二>后面级防喘振，使后面级转子叶片进口气流攻角也接近到设计状态的数值，消除叶背上的气流分离。 19. 离心式压气机主要由哪几部分组成 答：离心式叶轮，叶片式扩压器，压气机机匣。
第四章 燃气涡轮 1.
航空燃气涡轮发动机中，涡轮有哪两种基本类型？
答：轴流式涡轮，径向式涡轮 2.
概括涡轮工作条件有哪三高?
答：燃气温度高，转速高，负荷高 3. 答： 压气机 涡轮 4.
涡轮工作叶片的叶冠的功用有哪些
薄厚 薄 厚 曲率 叶冠 凸台 有，中部 榫头 燕尾，销钉 材料 钛合金 铁-镍 冷却 无 冷却 从截面翼型的薄厚、曲率、叶冠、或凸台、榫头、材料、冷却的几个方面看，涡轮工作叶片与压气机工作叶片的区别有哪些？
相对小 无 较大 多数有 少数有，叶尖 枞树 答：利用互相摩擦吸收振动能量，从而有效减振；相邻叶冠合壁成环型，气流限制在叶片与叶冠的流道中流动，减小潜流损失，提高效率。 5.
涡轮转子联接的基本要求是什么？ 答： a) b)
盘与轴联接：足够刚度，强度，不削弱盘与轴，以便能传负荷；盘与轴在装配及工作时应可靠的定心；联接处高热阻，减少盘向轴传热 c) d)
盘与盘联接：除了强度与刚性，可靠定心之外，还要考虑级数与联接部分较多对整个涡轮转子的影响（减小热应力，便于拆装，减小振动）； e) f) 6. 7.
叶片与盘联接：除了与压气机中要求相同外，还要求允许榫头自由膨胀，以减小热应力；另一方面，榫头传热要好。
简述可拆卸涡轮转子中，盘_轴、盘_盘的联接方法。 答： a) b) c) d) 8. 9. 答： a) b) c) d) e)
叶根与轮缘部分的材料利用合理，承力截面积大，承拉截面接近等强，因此重量较轻； 榫头在轮缘所占的周向尺寸较小，因为在轮盘上可安装较多的叶片； 这种榫头可以有间隙地插入榫槽，允许榫头与轮缘受热后自由膨胀；
可以利用榫头的装配间隙通入冷却空气，对榫头和轮缘进行冷却；
盘_轴：利用连接件（长螺栓、短螺栓和套齿）将轴与盘连接起来。
盘与盘：依靠长拉杆，短螺栓连接。
列举枞树型榫头的优点。
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f) g)
拆装及更换叶片方便
10. 简述涡轮机匣的设计要求。 答： a) b) c) d)
尽可能减少涡轮叶尖径向间隙，以提高涡轮效率，但又要保证工作时转子与静子不致碰坏；
既要保证机匣具有足够的刚性，又要减轻机匣重量，并便于装配；
工作时，机匣相互间要很好地热定心，转子与静子之间能保持良好的同心度。
11. 涡轮机匣和压气机机匣相比的结构特点是什么？
a) b)
答：整体的----涡轮机匣 分段、分半的--压气机机匣
12. 涡轮部件冷却的目的及对冷却气的要求是什么？在涡轮部件上采用的冷却、散热、隔热措施有哪些？
答：<一>目的 a) b) c) d) e)
提高涡轮前燃气温度T*4，以提高发动机性能；
在涡轮前燃气温度T*4给定时，降低零件工作温度到允许范围内，以保证这些零件具有必要的机械强度； 使零件内温度分布均匀，减少热应力；
提高零件表面耐蚀性，将零件与燃气涡轮气流隔开，避免对零件表面的侵蚀； 尽可能采用廉价的耐热材料。
<二> 要考虑冷却空气的压力、流量、温度和清洁，以保证冷却的有效性，冷却的有效性是指发动机的综合性和性能获得最大的增益。 <三>措施 a) b)
盘的冷却：空气沿轮盘侧面径向吹风冷却；空气吹过叶片根部榫槽间隙。 涡轮叶片的冷却：对流冷却、喷射冷却、气膜冷却、发散冷却。
13. 涡轮冷却系统的冷却对象有哪些
答：叶片榫头、涡轮盘、第一级涡轮导向叶片、轴承、承力环、涡轮外环
14. 什么是TCC?减少涡轮叶尖间隙有哪些措施？ 答：（一）TCC涡轮叶尖间隙控制系统
（二）在机匣内表面采用易磨封严材料与结构是减小间隙的有隙的有效办法； （三）采用主动间隙控制技术使用叶尖间隙尽量处于最佳状态下工作。
15. 挂钩式涡轮导向器有哪些优点？ 答： a)
涡轮机匣避免了开孔，又得到固定叶片用的环槽座的加强，这对机匣强度，刚性有利，又省掉了紧固件，装拆方便，又可减重； b) c) d) e)
导向叶片的固定可靠。由于气流的轴向力是向后的。促使导向叶片压紧在环槽内； 导向叶片外缘板与机匣间有较大的间隙，它与涡轮封严环一起与涡轮机匣形成双层壁结构； 导向叶片内端有内支撑，从而提高了叶片的抗振刚性，减少了漏气损失，又保证了叶片自由膨胀； 利用机匣的扩散形结构，很好解决了多级低压涡轮的装配和拆卸问题，改善了工艺性和维修性。
16. 气冷式涡轮转子叶片的温度分布规律及危险截面的位置是什么？
答：图4-46 叶根附近应力较大，温度分布是叶身中间最高；蠕变寿命最短的断裂面通常在叶根稍向外一些的部位。 17. 涡轮盘轮缘处的热应力在发动机工作循环中的变化规律是什么？ 答：？？？？？？？？？？要参考发动机强度，用热应力公式解释。
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(整理)《航空发动机结构分析》思考题答案.
