《航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)分析》思考題答案.doc

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《航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)分析》 課后思考題答案 第一章 概論 1.航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)有哪些基本類型？指出它們的共同點(diǎn)、區(qū)別和應(yīng)用。 答： 共同點(diǎn) 原理區(qū)別 結(jié)構(gòu)區(qū)別 應(yīng)用 直接反作用力 渦噴 都主要由進(jìn)氣裝置、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪和尾噴管組成。工作過程中，進(jìn)氣、壓縮、燃燒后膨脹和排氣四個(gè)過程，在同一時(shí)間內(nèi)不同空間完成。由壓氣機(jī)、燃燒室、驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)的渦輪組成發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)獍l(fā)生器。 利用渦輪出口燃?xì)庵苯釉趪姽苤信蛎?，使燃?xì)饪捎媚芰哭D(zhuǎn)變?yōu)楦咚賴娏鞯膭?dòng)能而產(chǎn)生反作用力。 基本五大件 軍用、民用、特別是超聲速飛機(jī) 渦扇 一部分能量通過低壓渦輪帶動(dòng)外涵風(fēng)扇，增加外涵氣流的噴射速度，另一部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚倥艢獾哪芰? 帶風(fēng)扇、外涵 高亞聲速客機(jī)和運(yùn)輸機(jī)、 超聲速戰(zhàn)斗機(jī) 間接反作用力 渦槳 靠動(dòng)力渦輪把燃?xì)獍l(fā)射器出口燃?xì)庵械拇蟛糠挚捎媚芰哭D(zhuǎn)變?yōu)檩S功率以驅(qū)動(dòng)空氣螺旋槳。 空氣螺旋槳、減速器 中小型運(yùn)輸機(jī)和通用飛機(jī) 槳扇 兼有渦扇、渦槳特性 先進(jìn)的高速螺槳，有多個(gè)寬弦、薄葉型的后掠槳葉。 未投入實(shí)用 渦軸 基本同渦槳，但是燃?xì)獍l(fā)射器的出口燃?xì)馑捎媚芰繋缀跞繛閯?dòng)力渦輪所吸收，有噴管噴出的燃?xì)庵划a(chǎn)生很小的推力。 帶自由渦輪 直升機(jī) 2.渦噴、渦扇、軍用渦扇分別是在何年代問世的？ 答：渦噴 二十世紀(jì)三十年代 （1937年WU；1937年HeS3B）； 渦扇 1960~1962 軍用渦扇 1966~1967 3.簡(jiǎn)述渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的基本類型。 答：不帶加力，帶加力，分排，混排，高涵道比，低涵道比。 4.什么是涵道比？渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)如何按涵道比分類？ 答：（一）B/T，外涵與內(nèi)涵空氣流量比； （二）高涵道比渦扇（GE90），低涵道比渦扇（Al-37fn） 5.按前后次序?qū)懗鰩Ъ恿Φ娜細(xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的主要部件。 答：壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪、加力燃燒室、噴管。 6.從發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)剖面圖上，可以得到哪些結(jié)構(gòu)信息？ 答： a) 發(fā)動(dòng)機(jī)類型 b) 軸數(shù) c) 壓氣機(jī)級(jí)數(shù) d) 燃燒室類型 e) 支點(diǎn)位置 f) 支點(diǎn)類型 第二章 典型發(fā)動(dòng)機(jī) 1. 根據(jù)總增壓比、推重比、渦輪前燃?xì)鉁囟?、耗油率、涵道比等重要性能指?biāo)，指出各代渦噴、渦扇、軍用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)。 答：渦噴 表2.1 渦扇 表2.3 軍用渦扇 表2.2 2. al-31f發(fā)動(dòng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是什么？在該機(jī)上采用了哪些先進(jìn)技術(shù)？ 答：AL31-F結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：全鈦進(jìn)氣機(jī)匣，23個(gè)導(dǎo)流葉片；鈦合金風(fēng)扇，高壓壓氣機(jī)，轉(zhuǎn)子級(jí)間電子束焊接；高壓壓氣機(jī)三級(jí)可調(diào)靜子葉片九級(jí)環(huán)形燕尾榫頭的工作葉片；環(huán)形燃燒室有28個(gè)雙路離心式噴嘴，兩個(gè)點(diǎn)火器，采用半導(dǎo)體電嘴；高壓渦輪葉片不帶冠，榫頭處有減振器，低壓渦輪葉片帶冠；渦輪冷卻系統(tǒng)采用了設(shè)置在外涵道中的空氣-空氣換熱器，可使冷卻空氣降溫125-210*c；加力燃燒室采用射流式點(diǎn)火方式，單晶體的渦輪工作葉片為此提供了強(qiáng)度保障；收斂-擴(kuò)張型噴管由亞聲速、超聲速調(diào)節(jié)片及蜜蜂片各16式組成；排氣方式為內(nèi)、外涵道混合排氣。 3. ALF502發(fā)動(dòng)機(jī)是什么類型的發(fā)動(dòng)機(jī)？它有哪些有點(diǎn)？ 答：ALF502，渦輪風(fēng)扇。優(yōu)點(diǎn)： l 單元體設(shè)計(jì)，易維修 l 長壽命、低成本 l B/T高耗油率低 l 噪聲小，排氣中NOx量低于規(guī)定 第三章 壓氣機(jī) 1. 航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，兩種基本類型壓氣機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)有哪些？ 答：（一）軸流壓氣機(jī)增壓比高、效率高單位面積空氣質(zhì)量流量大，迎風(fēng)阻力小，但是單級(jí)壓比小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜； （二）離心式壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、穩(wěn)定工作范圍較寬、單級(jí)壓比高；但是迎風(fēng)面積大，難于獲得更高的總增壓比。 2. 軸流式壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的三種基本類型是什么？指出各種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。 答 特點(diǎn)/類型 鼓式 盤式 鼓盤式 優(yōu)點(diǎn) 抗彎剛性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 承受離心力載荷能力強(qiáng) 兼有抗彎剛性、承受大離心力載荷的能力，廣泛使用 缺點(diǎn) 承受離心力差，圓周速度的條件差 抗彎剛性差 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工難度大、同心度難維持 3. 在盤鼓式轉(zhuǎn)子中，恰當(dāng)半徑是什么？在什么情況下是盤加強(qiáng)鼓？ 答：（一）某一中間半徑處，兩者自由變形相等聯(lián)成一體后相互沒有約束，即無力的作用，這個(gè)半徑稱為恰當(dāng)半徑；（二）當(dāng)輪盤的自由變形大于鼓筒的自由變形；實(shí)際變形處于兩者自由變形之間，具體的數(shù)值視兩者受力大小而定，對(duì)輪盤來說，變形減少了，周向應(yīng)力也減小了；至于鼓筒來說，變形增大了，周向應(yīng)力增大了。 4. 對(duì)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求是什么？ 答：基本要求：在保證尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好的前提下，轉(zhuǎn)子零、組件及其連接處應(yīng)保證可靠的承受載荷和傳力，具有良好的定心和平衡性、足夠的剛性。 5. 轉(zhuǎn)子級(jí)間聯(lián)結(jié)方法有哪些 答：轉(zhuǎn)子間：1>不可拆卸，2>可拆卸，3>部分不可拆部分可拆的混合式。 6. 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的傳扭方法有幾種？答： a) 不可拆卸：例，wp7靠徑向銷釘和配合摩擦力傳遞扭矩； b) 可拆卸：例，D30ky端面圓弧齒傳扭； c) 混合式：al31f占全了；cfm56精制短螺栓。 7. 如何區(qū)分盤鼓式轉(zhuǎn)子和加強(qiáng)的盤式轉(zhuǎn)子？ 答：P40 圖3.6 _c\d 8. 工作葉片主要由哪兩部分組成 答：葉身、榫頭（有些有凸臺(tái)） 9. 風(fēng)扇葉片葉身凸臺(tái)的作用是什么？ 答：減振凸臺(tái)，通過摩擦減少振動(dòng)，避免發(fā)生危險(xiǎn)的共振或顫振。 10. 葉片的榫頭有哪幾種基本形式？壓氣機(jī)常用哪一種？答： a) 銷釘式榫頭； b) 樅樹型榫頭； c) 燕尾式榫頭 d) 壓氣機(jī)常用銷釘式和燕尾式 11. 壓氣機(jī)機(jī)匣的功用是什么？答： a) 提高壓氣機(jī)效率； b) 承受和傳遞的負(fù)載 c) 包容能力 12. 列舉壓氣機(jī)機(jī)匣的三種基本結(jié)構(gòu)形式？答： a) 整體式 b) 分半式 c) 分段式 13. 列舉整流葉片與機(jī)匣聯(lián)接的三種基本方法？ 答： a) 榫頭聯(lián)接 b) 焊接 c) 環(huán) 14. 雙轉(zhuǎn)子渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的中介機(jī)匣與中間機(jī)匣的區(qū)別及功用是什么 答：中間機(jī)匣在外，包括低壓壓氣機(jī)機(jī)匣中介機(jī)匣，高壓壓氣機(jī)機(jī)匣；包含關(guān)系。 15. 簡(jiǎn)述篦齒密封的基本原理。 答：篦齒形成若干個(gè)空腔。封氣裝置兩側(cè)總壓差p0-p2不變；由于分割，漏氣截面兩側(cè)的壓差減少。同時(shí)盡可能小地保留間隙，因?yàn)轶鼾X為刀刃式，齒尖做的很薄，一旦與靜子相碰，也不會(huì)引起嚴(yán)重后果。減少壓差的同時(shí)，減少了漏氣面積，有效減少漏氣量。 16. 為什么要進(jìn)行整流罩和進(jìn)氣機(jī)匣防冰？如何防冰？答： a) 當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在空氣濕度較高和氣溫近0*C的條件下工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口部分，如進(jìn)氣道唇口，整流罩等易結(jié)冰。（一）冰層使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口截面積減小，改變發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口流場(chǎng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)性能變壞，嚴(yán)重時(shí)可能引起喘振；（二）此外由于振動(dòng)，冰層破裂，冰塊被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)，打傷葉片 b) （一）引壓氣機(jī)熱空氣；（二）電加溫；（三）涂層 17. 簡(jiǎn)述壓氣機(jī)主要的防喘振措施及原理。答 a) 放氣機(jī)構(gòu)：把空氣從壓氣機(jī)中間級(jí)放出； b) 進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)流葉片和可彎彎度導(dǎo)流葉片 葉片改變角度后使壓氣機(jī)進(jìn)口預(yù)旋量改變，進(jìn)口處第一級(jí)葉片進(jìn)口氣流攻角恢復(fù)到接近設(shè)計(jì)態(tài)度，消除葉背上的氣體分離，避免喘振發(fā)生； c) 多級(jí)可調(diào)靜止葉片。 d) 機(jī)匣處理：吹氣，斜槽，環(huán)槽 e) 雙轉(zhuǎn)子或三轉(zhuǎn)子壓氣機(jī)，在相同增壓比及總級(jí)數(shù)時(shí)，當(dāng)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子分開后每個(gè)轉(zhuǎn)子的級(jí)數(shù)減少，同時(shí)各轉(zhuǎn)子可以在各自的最佳轉(zhuǎn)速工作 18. 簡(jiǎn)述壓氣機(jī)靜子可調(diào)整流葉片的組成及功用。 答：<一>組成：可調(diào)靜止葉片，搖臂，聯(lián)動(dòng)環(huán)，曲軸，作動(dòng)筒，控制器。<二>后面級(jí)防喘振，使后面級(jí)轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)口氣流攻角也接近到設(shè)計(jì)狀態(tài)的數(shù)值，消除葉背上的氣流分離。 19. 離心式壓氣機(jī)主要由哪幾部分組成 答：離心式葉輪，葉片式擴(kuò)壓器，壓氣機(jī)機(jī)匣。 第四章 燃?xì)鉁u輪 1. 航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，渦輪有哪兩種基本類型？ 答：軸流式渦輪，徑向式渦輪 2. 概括渦輪工作條件有哪三高? 答：燃?xì)鉁囟雀?，轉(zhuǎn)速高，負(fù)荷高 3. 從截面翼型的薄厚、曲率、葉冠、或凸臺(tái)、榫頭、材料、冷卻的幾個(gè)方面看，渦輪工作葉片與壓氣機(jī)工作葉片的區(qū)別有哪些？ 答： 薄厚 曲率 葉冠 凸臺(tái) 榫頭 材料 冷卻 壓氣機(jī) 薄 相對(duì)小 無 有，中部 燕尾，銷釘 鈦合金 無 渦輪 厚 較大 多數(shù)有 少數(shù)有，葉尖 樅樹 鐵-鎳 冷卻 4. 渦輪工作葉片的葉冠的功用有哪些 答：利用互相摩擦吸收振動(dòng)能量，從而有效減振；相鄰葉冠合壁成環(huán)型，氣流限制在葉片與葉冠的流道中流動(dòng)，減小潛流損失，提高效率。 5. 渦輪轉(zhuǎn)子聯(lián)接的基本要求是什么？ 答： a) 盤與軸聯(lián)接：足夠剛度，強(qiáng)度，不削弱盤與軸，以便能傳負(fù)荷；盤與軸在裝配及工作時(shí)應(yīng)可靠的定心；聯(lián)接處高熱阻，減少盤向軸傳熱 b) 盤與盤聯(lián)接：除了強(qiáng)度與剛性，可靠定心之外，還要考慮級(jí)數(shù)與聯(lián)接部分較多對(duì)整個(gè)渦輪轉(zhuǎn)子的影響（減小熱應(yīng)力，便于拆裝，減小振動(dòng)）； c) 葉片與盤聯(lián)接：除了與壓氣機(jī)中要求相同外，還要求允許榫頭自由膨脹，以減小熱應(yīng)力；另一方面，榫頭傳熱要好。 6. 簡(jiǎn)述可拆卸渦輪轉(zhuǎn)子中，盤_軸、盤_盤的聯(lián)接方法。 答： a) 盤_軸：利用連接件（長螺栓、短螺栓和套齒）將軸與盤連接起來。 b) 盤與盤：依靠長拉桿，短螺栓連接。 7. 列舉樅樹型榫頭的優(yōu)點(diǎn)。 答： a) 葉根與輪緣部分的材料利用合理，承力截面積大，承拉截面接近等強(qiáng)，因此重量較輕； b) 榫頭在輪緣所占的周向尺寸較小，因?yàn)樵谳啽P上可安裝較多的葉片； c) 這種榫頭可以有間隙地插入榫槽，允許榫頭與輪緣受熱后自由膨脹； d) 可以利用榫頭的裝配間隙通入冷卻空氣，對(duì)榫頭和輪緣進(jìn)行冷卻； e) 拆裝及更換葉片方便 8. 簡(jiǎn)述渦輪機(jī)匣的設(shè)計(jì)要求。 答： a) 盡可能減少渦輪葉尖徑向間隙，以提高渦輪效率，但又要保證工作時(shí)轉(zhuǎn)子與靜子不致碰壞； b) 既要保證機(jī)匣具有足夠的剛性，又要減輕機(jī)匣重量，并便于裝配； c) 工作時(shí)，機(jī)匣相互間要很好地?zé)岫ㄐ?，轉(zhuǎn)子與靜子之間能保持良好的同心度。 9. 渦輪機(jī)匣和壓氣機(jī)機(jī)匣相比的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是什么？ a) 答：整體的----渦輪機(jī)匣 b) 分段、分半的--壓氣機(jī)機(jī)匣 10. 渦輪部件冷卻的目的及對(duì)冷卻氣的要求是什么？在渦輪部件上采用的冷卻、散熱、隔熱措施有哪些？ 答：<一>目的 a) 提高渦輪前燃?xì)鉁囟萒*4，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能； b) 在渦輪前燃?xì)鉁囟萒*4給定時(shí)，降低零件工作溫度到允許范圍內(nèi)，以保證這些零件具有必要的機(jī)械強(qiáng)度； c) 使零件內(nèi)溫度分布均勻，減少熱應(yīng)力； d) 提高零件表面耐蝕性，將零件與燃?xì)鉁u輪氣流隔開，避免對(duì)零件表面的侵蝕； e) 盡可能采用廉價(jià)的耐熱材料。 <二> 要考慮冷卻空氣的壓力、流量、溫度和清潔，以保證冷卻的有效性，冷卻的有效性是指發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合性和性能獲得最大的增益。 <三>措施 a) 盤的冷卻：空氣沿輪盤側(cè)面徑向吹風(fēng)冷卻；空氣吹過葉片根部榫槽間隙。 b) 渦輪葉片的冷卻：對(duì)流冷卻、噴射冷卻、氣膜冷卻、發(fā)散冷卻。 11. 渦輪冷卻系統(tǒng)的冷卻對(duì)象有哪些 答：葉片榫頭、渦輪盤、第一級(jí)渦輪導(dǎo)向葉片、軸承、承力環(huán)、渦輪外環(huán) 12. 什么是TCC?減少渦輪葉尖間隙有哪些措施？ 答：（一）TCC渦輪葉尖間隙控制系統(tǒng) （二）在機(jī)匣內(nèi)表面采用易磨封嚴(yán)材料與結(jié)構(gòu)是減小間隙的有隙的有效辦法； （三）采用主動(dòng)間隙控制技術(shù)使用葉尖間隙盡量處于最佳狀態(tài)下工作。 13. 掛鉤式渦輪導(dǎo)向器有哪些優(yōu)點(diǎn)？ 答： a) 渦輪機(jī)匣避免了開孔，又得到固定葉片用的環(huán)槽座的加強(qiáng)，這對(duì)機(jī)匣強(qiáng)度，剛性有利，又省掉了緊固件，裝拆方便，又可減重； b) 導(dǎo)向葉片的固定可靠。由于氣流的軸向力是向后的。促使導(dǎo)向葉片壓緊在環(huán)槽內(nèi)； c) 導(dǎo)向葉片外緣板與機(jī)匣間有較大的間隙，它與渦輪封嚴(yán)環(huán)一起與渦輪機(jī)匣形成雙層壁結(jié)構(gòu)； d) 導(dǎo)向葉片內(nèi)端有內(nèi)支撐，從而提高了葉片的抗振剛性，減少了漏氣損失，又保證了葉片自由膨脹； e) 利用機(jī)匣的擴(kuò)散形結(jié)構(gòu)，很好解決了多級(jí)低壓渦輪的裝配和拆卸問題，改善了工藝性和維修性。 14. 氣冷式渦輪轉(zhuǎn)子葉片的溫度分布規(guī)律及危險(xiǎn)截面的位置是什么？ 答：圖4-46 葉根附近應(yīng)力較大，溫度分布是葉身中間最高；蠕變壽命最短的斷裂面通常在葉根稍向外一些的部位。 15. 渦輪盤輪緣處的熱應(yīng)力在發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)中的變化規(guī)律是什么？ 答：？？？？？？？？？？要參考發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度，用熱應(yīng)力公式解釋。 第五章 燃燒室 1. 燃燒室有幾種基本類型？ 答：分管（單管）燃燒室，環(huán)管燃燒室，環(huán)形燃燒室。 2. 環(huán)形燃燒室的四種基本類型是什么？ 答： a) 帶單獨(dú)頭部的環(huán)形燃燒室； b) 全環(huán)形燃燒室； c) 折流式環(huán)形燃燒室； d) 回流式環(huán)形燃燒室。 3. 燃燒室主要由哪幾部分組成？ 答：擴(kuò)壓器、殼體、火焰筒、燃油噴嘴、點(diǎn)火器等構(gòu)件。 4. 簡(jiǎn)述火焰筒的組成及各部分的功用。答 a) 火焰筒筒體：組織燃燒的場(chǎng)所； b) 渦流器：形成火焰筒頭部回流區(qū)，降低氣流速度，在火焰筒頭部形成穩(wěn)定火焰，保證穩(wěn)定工作。 5. 筒形火焰筒有哪些基本類型？ 答： ？？？？？？？？？？？？？？？？可能題有問題。 6. 環(huán)管型燃燒室在結(jié)構(gòu)上是如何保證火焰筒在工作時(shí)不會(huì)引起附加載荷的？ 答： a) 內(nèi)外扇形板與渦輪導(dǎo)向器機(jī)匣前安裝邊配合，使火焰筒組合件后部徑向和周向固定，但軸向可以自由熱膨脹； 7. 火焰筒的制造可以采用哪幾種方法？ 答： a) 機(jī)械加工——例如WP6上有縱向散熱片；各種氣膜式環(huán)形火焰筒。 b) 鈑金原材焊接——WS9； 8. 燃油噴嘴的功用是什么？主要有哪幾種類型？ 答： a) 噴嘴：將燃油霧化，加速混合氣形成，保證穩(wěn)定燃燒和提高效率。 b) 離心式噴嘴、氣動(dòng)式噴嘴、蒸發(fā)式噴嘴。 9. 燃燒室外殼體上主要有哪些管接頭和安裝座？ 答：P167，Wp-7的圖 10. 列舉擴(kuò)壓器的三種結(jié)構(gòu)形式及其優(yōu)缺點(diǎn)。 答： 類型\特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 一級(jí)擴(kuò)壓器 出口流場(chǎng)好 壓力損失大 二級(jí)擴(kuò)壓器 可引氣 折衷 突然擴(kuò)張型 長度短，擴(kuò)壓效果好 流動(dòng)不穩(wěn)，流阻增加，出口速度不均勻，壓力損失增加 11. WS9燃燒室是哪種類型？指出它的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 答：環(huán)管式；太長，太雜，可參考ＳＰＥＹ?。停耍玻埃驳娜紵医Y(jié)構(gòu)。