航空发动机构造讲稿.pdf

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1、南京航空航天大学《航空发动机构造》教案编写人：能源与动力学院宋迎东2发动机受力分析由结构完整性计划看出，载荷与载荷谱的确定是实现计划的首要条件。2.1载荷、载荷谱及其在结构设计中的作用2.1.1静载荷是发动机结构静强度设计的基础PPAA(1)设计准则:σ≤σs(2)设计方法确定载荷P的大小→求出应力→是否满足设计准则？↑叶型设计提供面积A2.1.2载荷谱是发动机结构疲劳寿命设计的基础通俗地说，载荷谱即载荷随时间变化的历程。载荷谱研究包括两个方面：(1)飞行任务剖面随发动机的使用不同而不同。(2)

2、飞行任务混频*载荷谱研究花费很大。2.2作用在各零部件上负荷2.2.1负荷类型(实际指“负荷的产生”)(1)气体力——气体对各零组件表面的作用(压)力。与气体接触的所有零件均有气体力。(2)质量负荷——具有质量(或点)的构件在力场(通常指速度矢量变化引起的惯性力场)中受有的作用力。(3)温度负荷因温度影响(受热不均或材料不同)而引起零组件本身或相互间的约束，从而产生“内在”的作用力。南京航空航天大学《航空发动机构造》教案编写人：能源与动力学院宋迎东(4)其它负荷摩擦力、挤压力等。2.2.2负荷方

3、向上述负荷通常均以分布力(体力、面力)出现。实际使用中，可用合力或合力矩表示，它们的方向有轴向、横向（径向）、切向之分。2.2.3负荷传递性(1)定义传递性系指负荷沿给定物体(零组件、气体、液体)的传递过程。它们的传递路线主要用于定性分析时的结构强度要求。(目的)(2)传递特点a)处于平衡(静止)状态的传递路线呈“封闭式”。如果“封闭路线”位于研究对象的范围内，那么它们的负荷则称为内在力；否则为外传力。b)随着研究对象的范围划分和约束的位置变化,内在力和外传力要发生相互转化。(3)传递方式a.不

4、同零组件间必须要有承压面┬─传递压力└─传递摩擦力(剪切力)举例：两个用螺栓连接在一起的机匣，受拉和受压时承压面的不同。b)同一零件本身┬取决于作用力与约束间的相对位置└单向应力按流线比拟(注意圣维南原理模糊区)南京航空航天大学《航空发动机构造》教案编写人：能源与动力学院宋迎东(3)发动机中载荷的传递方式a.在零件或组件中相互抵消而不传递出去。如：离心力、轮盘的热应力b.有些虽然传递给相邻的组件或零件，但在发动机内部抵消不传给飞机。如：部分轴向力或扭矩c.有些则通过相邻零件传递，最后传到飞机上去

5、。如：大部分的轴向力及惯性力２.2.４负荷引起的失效模式机械构件的失效模式是多样化的(含不确定性)，主要取决于负荷引起的应力变化与性质，而不是仅仅取决于应力的分布和水平。负荷大小与其变化规律统称为“谱”。┌静强度、静刚度─┐不同载荷谱(或应力谱)┼动强度(疲劳)、动刚度┼引起不同失效模式└断裂强度(裂纹扩展)─┘2．3气体力计算2．3．1动量定律在定常流动中，管内流体在单位时间流出的动量与流入的动量之差，等于作用在管内流体上的体积力与表面力的矢量和。mv1-mv0=R体+R面把面力分为两部分：（

6、1）管壁反力R壁和截面0-0、1-1处管外流体压力R截，因此：R壁=（mv1-mv0）+（-R体-R截）/管内流体作用于管壁的压力为R壁，等于-R壁，即/R壁=-R壁=（mv0-mv1）+（R体+R截）对于气体：R体=0，因此：/R壁=-R壁=（mv0-mv1）+R截南京航空航天大学《航空发动机构造》教案编写人：能源与动力学院宋迎东２.3.2直管通道设定图示为正方向“+”，R壁为壁面对气体的作用力(为“+”方向)，由动量定理可得，mc1-mc0=P0F0-P1F1+R壁R壁=mc1-mc0-P0

7、F0+P1F1=(mc1+P1F1)-(mc0+P0F0)/作用于内壁表面的气体力R壁为/R壁＝-R壁=-[(mc1+P1F1)-(mc0+P0F0)]└───┘└───┘出口≥进口（试证明！）结论：(1)管壁受有的气体力仅与进出口参数有关。(2)截面气体力＝该截面气体的动、静压之和。(3)直管气体力等于进出口的截面气体力代数和。(4)直管气体力恒指向收敛方向。（式子中的“-”表示）推论：弯管气体力的大小和方向是进出口截面气体力的矢量和(方向恒指离心方向)。直观解释：思考题：(1)收敛喷管的受力

8、向后，问去掉喷管后发动机推力是不是就要加大？(2)加力后加力燃烧室前的气流参数不变，那么发动机的推力为什么增大？２.3.２叶栅通道对于压气机而言：（下标z———转子，下标j——静子）南京航空航天大学《航空发动机构造》教案编写人：能源与动力学院宋迎东轴向（下标0）Pz0=ｍ(ｃ2a-ｃ1a)+ｐ2F2-ｐ1F1（向前）Pj0=ｍ(ｃ3a-ｃ2a)+ｐ3F3-ｐ2F2（向后）切向（下标t）Pzt=ｍ(ｃ2u-ｃ1u)（与转向相反）Pjt=ｍ(ｃ3u-ｃ2u)（与转向相同）对于涡轮而言：(内容雷同，从