航空发动机

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/28 15:44:22


现代中涵道比航空发动机通常都采用双轴结构,有些双轴的转向相反,这就为双轴三转子结构创造条件。

如图所示,所谓双轴三转子结构是在原有的双轴结构上,各增加一组对转的压气机叶片,利用其相对更高的转速组成高压压气机,原有的高压压气机变成中压压气机,以达到增加总压比和提高喘震裕度的目的。由高压涡轮驱动的中压压气机和部分高压压气机叶片,其中部分高压压气机叶片采用之前介绍的“外骨骼结构”,由于外骨骼回转半径较高压涡轮小,此处的离心力和温度比戴冠的高压涡轮小,因而技术上的困难可以克服。他的前段与不动的静子配合,形成中压压气段,后段和运动方向相反的、由低压涡轮带动的一组叶片组成高压段,由于相对速度大,此段的压比可以做的比较大(PW8000的19000转/分高压压气机,5级压比高达12),且回转半径可以做的较小,减小附壁层损失,提高效率。

该结构最大优点是可以不提高涡轮前温度,只采用双轴的情况下提高总压比,感觉比普惠的PW1000G简单一点,没有减速器。缺点是启动时需带动两个转子,启动功率大


   

现代中涵道比航空发动机通常都采用双轴结构,有些双轴的转向相反,这就为双轴三转子结构创造条件。

如图所示,所谓双轴三转子结构是在原有的双轴结构上,各增加一组对转的压气机叶片,利用其相对更高的转速组成高压压气机,原有的高压压气机变成中压压气机,以达到增加总压比和提高喘震裕度的目的。由高压涡轮驱动的中压压气机和部分高压压气机叶片,其中部分高压压气机叶片采用之前介绍的“外骨骼结构”,由于外骨骼回转半径较高压涡轮小,此处的离心力和温度比戴冠的高压涡轮小,因而技术上的困难可以克服。他的前段与不动的静子配合,形成中压压气段,后段和运动方向相反的、由低压涡轮带动的一组叶片组成高压段,由于相对速度大,此段的压比可以做的比较大(PW8000的19000转/分高压压气机,5级压比高达12),且回转半径可以做的较小,减小附壁层损失,提高效率。

该结构最大优点是可以不提高涡轮前温度,只采用双轴的情况下提高总压比,感觉比普惠的PW1000G简单一点,没有减速器。缺点是启动时需带动两个转子,启动功率大


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1.低高压压缩机同转速?而且靠低压涡轮?
2.第一组静盘这么复杂,就靠前边那一点固定?

建议往叶环+无静子的方向考虑
压气机前面级后面级同轴也是醉了
starikki 发表于 2015-4-11 15:43
1.低高压压缩机同转速?而且靠低压涡轮?
2.第一组静盘这么复杂,就靠前边那一点固定?
1.低高压压缩机同转速?而且靠低压涡轮?
这个提法不确切,实际是只有低压压气机靠低压涡轮,高压压气机靠高低压涡轮
2.第一组静盘这么复杂,就靠前边那一点固定?
不止一点,周向分布好几个点,对于不动的静子来说问题不大吧

-nothing- 发表于 2015-4-11 16:13
压气机前面级后面级同轴也是醉了
压气机前面级后面级同轴的例子不多,但还是有一个M53,他的相对转速和绝对转速一样,我这个则不同


细想了一下,此结构更适合中、高涵道比,因为低涵道比两轴转速都在万转以上,高压相对转速会很大,而高涵道比低压转速在四五千转左右,高压在一万四五千转左右,这样高压相对转速比较合适,同时结构也做了调整


细想了一下,此结构更适合中、高涵道比,因为低涵道比两轴转速都在万转以上,高压相对转速会很大,而高涵道比低压转速在四五千转左右,高压在一万四五千转左右,这样高压相对转速比较合适,同时结构也做了调整

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2015-4-12 00:11 上传

压气机前面级后面级同轴的例子不多,但还是有一个M53,他的相对转速和绝对转速一样,我这个则不同
喝多了,简单回你一下,之所以会出现双轴结构,就是要让高低压压气机在最合适的转速下干活,你这么一弄,需要低转速的第一级和后面级同物理转速。闹哪样?
-nothing- 发表于 2015-4-11 23:43
喝多了,简单回你一下,之所以会出现双轴结构,就是要让高低压压气机在最合适的转速下干活,你这么一弄, ...
后面级同物理转速,你别忘了还有高压涡轮驱动的另一组叶片呢。
压气机按传统是分动静叶片的,此结构高压段虽没有静叶片,可以理解一组叶片静止,另一组叶片以两个转子转速和相对于前一组叶片转动
精神可嘉,但个人感觉这个方案不如齿轮减速风扇或是地道的三转子来的靠谱。
那个对转的压气机,生产、安装、调试、维护都将非常困难,比较而言,三转子都显得简单。
后面级同物理转速,你别忘了还有高压涡轮驱动的另一组叶片呢。
压气机按传统是分动静叶片的,此结构高压 ...
然后你准备肿么调叶片角度来改善喘振裕度?不要告诉我在旋转件上装可调机构。


三转子的遄达高压没有可调静叶,只有中压前三排静叶可调,中压增压比高于高压,高、中压中间有放气,启动或低速时开启,高压进口静叶片可调。
双转子高压压气机后半段的静叶也都不可调。

三转子的遄达高压没有可调静叶,只有中压前三排静叶可调,中压增压比高于高压,高、中压中间有放气,启动或低速时开启,高压进口静叶片可调。
双转子高压压气机后半段的静叶也都不可调。

ssfssaz 发表于 2015-4-12 02:24
精神可嘉,但个人感觉这个方案不如齿轮减速风扇或是地道的三转子来的靠谱。
那个对转的压气机,生产、安装 ...


齿轮减速风扇普惠刚出来,应该有专利的,而且减速齿轮目前能做的厂家不多,这种结构推力还比较小。
地道的三转子一直是罗罗的专利,别人没有效仿,应该难度不小。
此结构难点在于“外骨骼”,此处相对转速高,级数可以做的少些,采用一排接一排叶片安装,或外骨骼对开,注意密封,也不是非常困难吧?
ssfssaz 发表于 2015-4-12 02:24
精神可嘉,但个人感觉这个方案不如齿轮减速风扇或是地道的三转子来的靠谱。
那个对转的压气机,生产、安装 ...


齿轮减速风扇普惠刚出来,应该有专利的,而且减速齿轮目前能做的厂家不多,这种结构推力还比较小。
地道的三转子一直是罗罗的专利,别人没有效仿,应该难度不小。
此结构难点在于“外骨骼”,此处相对转速高,级数可以做的少些,采用一排接一排叶片安装,或外骨骼对开,注意密封,也不是非常困难吧?
小白问个问题,为什么涡轮放在内涵里,燃烧室之后,而不是让内外涵混合之后再通过涡轮,这样涡轮的工作温度不是可以低一点吗?

发动机爱好者 发表于 2015-4-11 14:12
细想了一下,此结构更适合中、高涵道比,因为低涵道比两轴转速都在万转以上,高压相对转速会很大,而高涵道 ...


你高压压气机气流怎么进出?
这个双转子咬合结构的前后都是压气机叶片?
发动机爱好者 发表于 2015-4-11 14:12
细想了一下,此结构更适合中、高涵道比,因为低涵道比两轴转速都在万转以上,高压相对转速会很大,而高涵道 ...


你高压压气机气流怎么进出?
这个双转子咬合结构的前后都是压气机叶片?

qingfengrumu 发表于 2015-4-13 04:02
小白问个问题,为什么涡轮放在内涵里,燃烧室之后,而不是让内外涵混合之后再通过涡轮,这样涡轮的工作温度 ...


热力学公式决定了做工靠的就是温度差,
涡轮前温度越低可用的能量越少
热效率决定了TET越高越好
推进效率决定了排气速度低一点好
所以要拼命加涡轮前温度但要把一部分功率给外涵道搞大流量低温低速,然后在涡轮后将内外涵道混合再排气。
qingfengrumu 发表于 2015-4-13 04:02
小白问个问题,为什么涡轮放在内涵里,燃烧室之后,而不是让内外涵混合之后再通过涡轮,这样涡轮的工作温度 ...


热力学公式决定了做工靠的就是温度差,
涡轮前温度越低可用的能量越少
热效率决定了TET越高越好
推进效率决定了排气速度低一点好
所以要拼命加涡轮前温度但要把一部分功率给外涵道搞大流量低温低速,然后在涡轮后将内外涵道混合再排气。
实在没看懂0 0
starikki 发表于 2015-4-13 13:54
你高压压气机气流怎么进出?
这个双转子咬合结构的前后都是压气机叶片?
就是原来的静子也跟着反向转动,提高相对转速,这个转速比原来的高压转子转速高,就相当于增加了个超高压转子,不影响气流进出
双转子咬合结构的前后都是压气机叶片,高压压气机叶片均为钢制,前排的厚而宽,后排多而短,你是觉得强度不够吗?
三转子的遄达高压没有可调静叶,只有中压前三排静叶可调,中压增压比高于高压,高、中压中间有放气,启动或 ...
压气机分轴的目的就是在不放气不用可调静叶的前提下维持喘振线高于工作点,这就要求转速从设计点下降时,低压的转子转速先下降。
但是对于串联的不可调涡轮级,入口总温降低时,必然是低压转子落压比先降低(高压涡轮的临界截面在低压涡轮之前)
这就决定了低压压气机只能接低压涡轮,高压压气机只能接低压涡轮。
LZ的方案里,从工作点开始降低涡轮进口总温,低压转子转速降低的比高压转子快,所以高压压气机折合转速降低的比中压压气机快,对喘振完全起反作用。。。这样还不如不分轴呢。
另外机械上,低压转子中间那块转动惯量最大的结构完全包在高压转子里面,只能用中介轴承支撑在高压轴上,问题是这两个中介轴承的滑油怎么接进去呢。
至于所谓的外骨骼转子,或者论文里叫外转子,多于2级基本上就不能做成整体结构,动力转子做剖分则转子换质量至少是整体结构的4倍以上,所以只能是轴向分级组装,而这多出来的连接结构重量就足够在整体转子上再增加几级了。至于从转子轴孔里面往外一个一个装叶片并且做动平衡,这事地球上还没谁干的了
发动机爱好者 发表于 2015-4-13 11:21
齿轮减速风扇普惠刚出来,应该有专利的,而且减速齿轮目前能做的厂家不多,这种结构推力还比较小。
地 ...
安124上的D18,也是三转子。
基本原理——这种东西没啥专利可言。
就算是有专利,都多少年了,也早过期了。
starikki 发表于 2015-4-13 14:00
热力学公式决定了做工靠的就是温度差,
涡轮前温度越低可用的能量越少
热效率决定了TET越高越好
还是不太明白。个人理解:涡轮是从燃气中提取轴功率,带动风扇和压气机。两股气流混合后总能量没有减少啊,一样可以提取这么多功率啊?提高温度以提高效率跟这个温度是否在涡轮前有关系吗?只要燃烧室的温度足够高就可以了啊?
qingfengrumu 发表于 2015-4-13 19:55
还是不太明白。个人理解:涡轮是从燃气中提取轴功率,带动风扇和压气机。两股气流混合后总能量没有减少啊 ...
物理课本简化掉热力学的部分确实不应该。。。
热力学第1定律 封闭系统对外界做功的量等于系统内能的变化。
而数学表示就是单位质量工质气体对涡轮的机械功W=比熵*(初温-末温),对于包括燃气在内的多数气体,其比熵在一定温度范围内是近似恒值 (燃气大概是1225J/kg/K)所以单位工质所能提取的机械功基本上正比于膨胀初末的温度差。
而在涡轮中气体的膨胀近似是绝热,那么气体从状态1膨胀到状态2时,压力和温度存在一定的关系,即P1/P2=(T1/T2)^(K-1) /K
其中指数中的k是工质的绝热比(等于工质的定压比热/定压比热)对燃气,这个K大概是1.33.
所以结论是,对于从压气机/燃烧室内出来的压力为P0的气体,最多只能膨胀到和大气压力相等。。。即发动机的压比决定了从涡轮的进口温度与出口温度之比(实际还有一个绝热膨胀效率的问题)
简单算下,对于压比为20的发动机,涡轮进口与出口的温度比是20^(1.33-1)/1.33=2.01
那么对于进口温度1800K的发动机,出口温度是900K,则可提取的机械功是(1800-900)*1225=1.1MJ/kg
而换成进口温度1200K的发动机,出口温度是600K,则理论可提取的机械功只有(1200-600)*1225=0.74MJ/kg
所以如果不是在燃烧室之后马上用涡轮提取机械功,而是混合外涵道气流后提取,因为工质的温度和压力都大幅度的下降了,所以大量热量都作为尾气的热量排走了,不会有多少机械功提取出来了
yr_linyi 发表于 2015-4-13 16:24
压气机分轴的目的就是在不放气不用可调静叶的前提下维持喘振线高于工作点,这就要求转速从设计点下降时, ...
遄达中压前三排和高压进口静叶可调
RB211也有中间支撑
网上有种带箍的两级风扇,不仅压比高,重量还轻,为什么用在压气机上质量会增加那么多?
发动机爱好者 发表于 2015-4-13 11:21
齿轮减速风扇普惠刚出来,应该有专利的,而且减速齿轮目前能做的厂家不多,这种结构推力还比较小。
地 ...
NK-32、PD-30不是三转子?
yr_linyi 发表于 2015-4-13 21:22
物理课本简化掉热力学的部分确实不应该。。。
热力学第1定律 封闭系统对外界做功的量等于系统内能的变化 ...

谢谢解释。不过我还有个问题,毕竟涡扇主要靠喷气产生推力,涡轮提取的功率只占一小部分,即使混合后可用的功率减小一般,是不是也够用呢?
遄达中压前三排和高压进口静叶可调
RB211也有中间支撑
网上有种带箍的两级风扇,不仅压比高,重量还轻 ...
RB211一共8轴承,只有1个中介轴承,而且这个轴承的外环在中压转子的轴向位置紧挨着中压转子自己的轴承,外环的支撑刚度很高。
最主要的是,这个轴承的负载非常的低,只是防止过度细长的低压轴中间部分的桡屈罢了(低压转子风扇和涡轮的轴向力基本平衡掉了)
而LZ的方案中,低压轴中间那一大坨要么通过低压轴两端细长的悬臂传出来,要么通过两个外环装在高压轴内的中介轴承支撑,前者刚度多差显而易见,后者一个高速转动的转子两端的轴承基座就是带高频激励源的,这转子的一阶转速得有多低啊。
至于可调静叶,RB211的基础型号22系列只有一排中压进口可调,相比其他动辄5,6排可调静叶少的多。。。因为分轴改善的是低工况下高压端的流通能力,而不是低压端的叶背失速。。。而瑞达系列推力加大,核心机循环功率增加要求流量增加,则压气机入口端需要增加级数,自然也需要入口可调静叶,实际上瑞达600的压气机就是在RB211 7级的基础上往低压增加了1级而已,即便如此去可调静叶也不过3排。
还有放气活门,瑞达系列的放气活门基本基本只在慢车和启动时打开(对应N1转速貌似是78%好像)用于改善启动和慢车加速,巡航范围内没有放气损失,这和大部分放在中高压压气机之间的大号放气门完全是两码事。
关键是LZ的压气机涡轮的连接顺序根本就是错的,喘振区间还不如常规结构,根本轮不到和3转子比。
至于带冠风扇,也不是对转风扇,有一个定子那么剖分安装结构就可以放在定子上。
而LZ的高压压气机,内外环都是转子,就都有离心载荷和动平衡以及临界转速的问题。对于一个高速回转的圆环,沿轴线对剖后用螺栓链接,则螺栓的截面和就至少不能少于原来圆环的截面积,而螺栓的支撑部面积也不能少于螺栓的面积,所以螺栓连接面的面积至少是原来整体环的两倍。即链接处质量增加为2倍,而这回导致与连接面正交的截面的离心拉应力增加2倍,则整个环截面积要加倍,那么质量也加倍。环体部分质量加倍则剖分连接面承受的拉应力又加倍。。。以此循环使得剖分结构的质量相对整体结构成几何级数增加。
实际上外转子主要是使叶片的材料从受拉变成受压,从而使陶瓷一类的脆性材料的使用成为可能,但是目前的情况看,外环的应力水平实在太极端。。。
yr_linyi 发表于 2015-4-14 10:28
RB211一共8轴承,只有1个中介轴承,而且这个轴承的外环在中压转子的轴向位置紧挨着中压转子自己的轴承, ...
说的很多,也很在理,这就是个探讨贴,多谢指教!