现代民用航空发动机结构设计 典型发动机结构

现代民用航空发动机结构设计现代民用航空发动机结构设计典型发动机结构典型发动机结构单单 位位 : 北京航空航天大学北京航空航天大学 能源与动力工程学院能源与动力工程学院教教 师师 ： 张张 辉辉联系电话：联系电话：01082317405（O） 13501057916 （手机）（手机） E-mail : zhanghui- 本课程学习目的和方法本课程学习目的和方法Q应用前面学的基础知识分析、熟悉掌握应用前面学的基础知识分析、熟悉掌握1212台典型发动机（台典型发动机（PW4000PW4000、CFM56)CFM56)结构结构Q学会读图、分析发动机结构基本方法学会读图、分析发动机结构基本方法Q掌握各部件的设计特点和具体结构掌握各部件的设计特点和具体结构Q多看实物，增加感性认识多看实物，增加感性认识课课 程程 安安 排排 总学时总学时18 学时学时 课堂课堂14学时（学时（PW4000、CFM56） 讲课讲课 12学时学时 课堂练习课堂练习 2学时学时 现场课教学现场课教学4学时学时 陈列室参观陈列室参观1学时学时 AMECO参观参观3学时学时第一讲第一讲 PW4000系列发动机概述民用涡扇发动机PW4000系列 牌号牌号PW4000用途民用涡扇发动机用途民用涡扇发动机类型涡轮风扇发动机类型涡轮风扇发动机国家美国国家美国厂商普拉特厂商普拉特惠特尼公司惠特尼公司 PW4000，是美国普惠公司在其，是美国普惠公司在其JT9D7R4和和PW2037涡涡 扇发动机的基础上发展扇发动机的基础上发展的一种全新发动机。的一种全新发动机。 PW4000发动机上采用了许多先进的技术。发动机上采用了许多先进的技术。 为了便于替换为了便于替换JT9D7R4发动机，发动机，PW4000的外廓尺寸与的外廓尺寸与JT9D7R4的一样，的一样，发动机上两个安装平面间的距离也做成一发动机上两个安装平面间的距离也做成一样。样。 JT9D四支点支承方式，高涵道比涡扇机中支点数最少的，简化四支点支承方式，高涵道比涡扇机中支点数最少的，简化结构，工作可靠性高，但低压转子结构，工作可靠性高，但低压转子2个支点（即个支点（即1号、号、4号）间的距离太长，号）间的距离太长，约约3m，低压涡轮轴加工十分困难。，低压涡轮轴加工十分困难。 增加增加1轴承不仅缩小低压转子支点间的距离，利于低压涡轮轴变形，轴承不仅缩小低压转子支点间的距离，利于低压涡轮轴变形，也缩小了低压涡轮轴的长度。也缩小了低压涡轮轴的长度。 为了减小发动机外传振动，高压转子前支点（为了减小发动机外传振动，高压转子前支点（2号支点）的滚珠轴承号支点）的滚珠轴承采用了弹性支座与挤压油膜采用了弹性支座与挤压油膜典型涡扇发动机结构分析典型涡扇发动机结构分析PW4000PW4000系列发动机系列发动机双轴、大函道比、轴流式双轴、大函道比、轴流式WSWS发动机发动机公英制单位换算公英制单位换算 民航机多为英美国家所生产，都采用英制单位 1磅=0.4536千克， 1英寸25.40毫米， 1英尺=0.3048米民用涡扇发动机民用涡扇发动机PW4000PW4000系列系列 装机对象装机对象 PW4152A310-300。PW4156A300-600/A310-200、300。PW4158A300-600R。PW4168A330。PW4052B767-200/-200ER。PW4056B767-300/-300ER/B747-400。PW4060B767-300ER/B747-400。PW4084/90 B777。PW4460MD-11。PW4462MD-11。其中其中PW4164/68、PW4074/84/90获得获得180分钟分钟 双发延程飞（双发延程飞（ETOPS）批准）批准ETOPOS(双发客机延程飞行双发客机延程飞行) AC120-42咨询通报咨询通报(1985年年) 可将可将60分钟限制提到分钟限制提到120分钟，条件有：分钟，条件有： 1. 发动机工作时间大于发动机工作时间大于 25万小时万小时 2. 发动机空中停车率发动机空中停车率(IFSD)小于小于 0.04次次/1000EFHETOPOS(双发客机延程飞行) 1989年又提出年又提出 180 ETOPS 其条件为其条件为 120分钟分钟 ETOPS 营运一年以上营运一年以上 IFSD小于小于0.02次次/1000 EFH 一型双发客机如获得一型双发客机如获得FAA等的等的 180 ETOPS批准，该型飞机即可获得营运任一航线的权利。批准，该型飞机即可获得营运任一航线的权利。ETOPOS(双发客机延程飞行) 一般一型新客机由投入营运到取得一般一型新客机由投入营运到取得180 ETOPS 的批准，需经的批准，需经4年。例如年。例如 A300 (PW 4152) 1987年年6月投入营运，月投入营运， 1991年年9月获得月获得 180 ETOPS 批准，批准， 历时四年三月。历时四年三月。B777 要在投入营运之初获得要在投入营运之初获得 180 ETOPS 批准，其难度之大可想而知。批准，其难度之大可想而知。PW4000 (94英寸) 主主 要要 参参 数数 PW4052 PW4056 PW4060 PW4062 JT9D-7R4起飞推力起飞推力 lb 52000 5075 60000 62000 50000保持温度保持温度 33.3 33.3 33.3 30 30巡航耗油率巡航耗油率 0.537 0.537 0.537 0.537 0.596 涵道比涵道比 5.0 4.9 4.8 4.8 5.0 总压比总压比 27.5 30.0 31.1 32.0 24.2风扇直径风扇直径 m 2.463 2.463 2.463 2.463 2.463长度长度 m 3.370 3.370 3.370 3.370 3.370取证时间取证时间 1982.7 1987.10 1988.10 1992.1 1982.4 浮壁式火焰筒浮壁式火焰筒无凸台宽鉉风扇叶片无凸台宽鉉风扇叶片 / 包容机匣包容机匣/高压压气机环形机匣高压压气机环形机匣 / 高压涡轮高压涡轮/1号球轴承号球轴承普拉特普拉特惠特尼公司介绍惠特尼公司介绍 PW4000 PW4000生产厂生产厂(Pratt & Whitney Aircraft Group, United Technologies Corporation)普拉特普拉特惠特尼公司惠特尼公司( (简称简称P&WAP&WA公司公司) )是美国联是美国联合技术公司的一个分公司，是世界上研制军、合技术公司的一个分公司，是世界上研制军、民用航空燃气涡轮发动机的主要企业之一。民用航空燃气涡轮发动机的主要企业之一。主要产品：主要产品： F100F100 F119F119 JT3D/TF33JT3D/TF33 JT8D-200JT8D-200系系 JT9DJT9D PW2000PW2000 PW4000PW4000 TF30TF30 J52J52 J57J57 J58J58 J75J75 JT12AJT12A PW4000PW4000系列系列 总体概况总体概况在飞机上的安装位置在飞机上的安装位置各部件界面划分各部件界面划分发动机工作参数发动机工作参数 及特征截面及特征截面气动流态图气动流态图单元体划分单元体划分发动机主轴承发动机主轴承在飞机上的安装位置在飞机上的安装位置 发动机数据发动机数据长：长： 39113911毫米毫米直径：直径： 24642464毫米毫米风扇直径：风扇直径：23872387毫米毫米各部件界面划分各部件界面划分风扇和风扇和 风扇和风扇和 涡轮涡轮排气排气机匣机匣 风扇和增压级风扇和增压级高压压气机高压压气机扩压器扩压器燃烧室燃烧室高压涡轮 低压涡轮发动机工作参数发动机工作参数 及特征截面及特征截面v 发动机横截面v2 2.5 3 4 4.5 5发动机温度压力曲线 气 动 流 态 图发动机工作参数发动机工作参数 （1 1）空气流量（单位：）空气流量（单位：153.48153.48公斤公斤/ /秒）秒） 其中：风扇：其中：风扇：127.28 127.28 核心机：核心机：26.20 26.20 （2 2）比率：）比率： 涵道比：涵道比：4.844.84 风扇压比：风扇压比：1.661.66 低压压气机压比：低压压气机压比：2.582.58 高压压气机压比：高压压气机压比：11.1711.17 总压比：总压比：28.8028.80 进进气气整整流流锥锥 风扇风扇 增压级增压级 连接轴连接轴 风扇机匣风扇机匣中介机匣中介机匣高压压气机高压压气机 扩散器及燃烧室扩散器及燃烧室高压涡轮高压涡轮 导向器导向器低压低压涡轮涡轮高压高压涡轮涡轮涡轮排涡轮排气机匣气机匣主齿轮箱主齿轮箱(MGB) 角齿轮箱角齿轮箱（AGB）PW4000PW4000系列系列 各部件各部件PW4000主要零部件所用材料ALAluminum Alloy 铝合金铝合金(C)Cast（铸造）（铸造）CMComposite Material 复合材料复合材料CoCobalt Base Alloy 钴基合金钴基合金NiNickel Base Alloy 镍基合金镍基合金SSteel-Corrosion Resistant Alloy不锈钢不锈钢TiTitanium Base Alloy 钛基合金钛基合金AL Aluminum Alloy(C) CastCM Composite MaterialCo Cobalt Base AlloyNi Nickel Base AlloyS Steel-Corrosion Resistant AlloyTi Titanium Base AlloyPW4000 发动机所用的材料发动机所用的材料ALALALALALALCMCMCMCMNi全权数字式电子控制系统全权数字式电子控制系统该系统具有多种功能可控制可控制“热控热控”转子、转子、涡轮冷却空气、涡轮冷却空气、发动机慢车及瞬态工作时燃油流量、发动机慢车及瞬态工作时燃油流量、高压压气机进口导流叶片等，高压压气机进口导流叶片等，并可与飞机其他系统组成综合控制和监控系统。并可与飞机其他系统组成综合控制和监控系统。可对推力进行精确调节可对推力进行精确调节。 PW4000 PW4000 支承系统支承系统