航空發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度復(fù)習(xí)題(參考答案).doc

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航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造及強(qiáng)度復(fù)習(xí)題（參考答案）——學(xué)生版 航空發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造及強(qiáng)度復(fù)習(xí)題（參考答案） 一、 基本概念 1. 轉(zhuǎn)子葉片的彎矩補(bǔ)償 適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)葉片各截面重心的連線，即改變離心力彎矩，使其與氣體力彎矩方向相反，互相抵消，使合成彎矩適當(dāng)減小，甚至為零，稱為彎矩補(bǔ)償。 2. 罩量 通常將葉片各截面的重心相對(duì)于軸作適當(dāng)?shù)钠?，以達(dá)到彎矩補(bǔ)償?shù)哪康模@個(gè)偏移量稱為罩量。 3. 輪盤的局部安全系數(shù)與總安全系數(shù) 局部安全系數(shù)是在輪盤工作溫度與工作時(shí)數(shù)下材料的持久強(qiáng)度極限，與計(jì)算輪盤應(yīng)力中最大周向應(yīng)力或徑向應(yīng)力之比值。 總安全系數(shù)是由輪盤在工作條件下達(dá)到破裂或變形達(dá)到不允許的程度時(shí)的轉(zhuǎn)速，與工作的最大轉(zhuǎn)速之比值。 4. 輪盤的破裂轉(zhuǎn)速 隨著轉(zhuǎn)速的提高，輪盤負(fù)荷不斷增加，在高應(yīng)力區(qū)首先產(chǎn)生塑性變形并逐漸擴(kuò)大，使應(yīng)力趨于均勻，直至整個(gè)輪盤都產(chǎn)生塑性變形，并導(dǎo)致輪盤破裂，此時(shí)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速稱為破裂轉(zhuǎn)速。 5. 轉(zhuǎn)子葉片的靜頻與動(dòng)頻 靜止著的葉片的自振頻率稱為靜頻； 旋轉(zhuǎn)著的葉片的自振頻率稱為動(dòng)頻；由于離心力的作用，葉片彎曲剛度增加，自振頻率較靜頻高。 6. 尾流激振 氣流通過發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)流道時(shí)，在內(nèi)部障礙物后（如燃燒室后）造成氣流周向不均勻，從而對(duì)后面轉(zhuǎn)子葉片形成激振。 7. 轉(zhuǎn)子的自位作用 轉(zhuǎn)子在超臨界狀態(tài)下工作時(shí)，其撓度與偏心距是反向的，即輪盤質(zhì)心位于軸撓曲線的內(nèi)側(cè)，不平衡離心力相應(yīng)減小，使軸撓度急劇減小，并逐漸趨于偏心距，稱為“自位”作用。 8. 靜不平衡與靜不平衡度 由不平衡力引起的不平衡稱為靜不平衡；靜不平衡度是指靜不平衡的程度，用質(zhì)量與偏心矩的乘積表示，常用單位為。 9. 動(dòng)不平衡與動(dòng)不平衡度 由不平衡力矩引起的不平衡稱為動(dòng)不平衡；動(dòng)不平衡度是指動(dòng)不平衡的程度，用表示，常用單位是。 10. 動(dòng)平衡 動(dòng)平衡就是把轉(zhuǎn)子放在動(dòng)平衡機(jī)床上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，通過在指定位置上添加配重，以消除不平衡力矩。 11. 撓性轉(zhuǎn)子與剛性轉(zhuǎn)子 軸的剛性相對(duì)于支承的剛度很小的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)稱為撓性轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)子的剛性相對(duì)于支承的剛性很大的轉(zhuǎn)子稱為剛性轉(zhuǎn)子。 12. 轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)速增加到某些特定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子的撓度會(huì)明顯增大，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過該轉(zhuǎn)速時(shí)，撓度又明顯減小，這種特定的轉(zhuǎn)速稱為轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，是轉(zhuǎn)子的固有特性。 13. 渦動(dòng) 轉(zhuǎn)軸既要繞其本身軸線旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，該軸又帶動(dòng)著輪盤繞兩軸承中心的連線旋轉(zhuǎn)，這種復(fù)合運(yùn)動(dòng)的總稱為渦動(dòng)。 14. 自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)（進(jìn)動(dòng)） 輪盤繞軸旋轉(zhuǎn)稱為自轉(zhuǎn)；撓曲的軸線繞軸承連線旋轉(zhuǎn)稱為公轉(zhuǎn)或進(jìn)動(dòng)。 15. 轉(zhuǎn)子的同步正渦動(dòng)與同步反渦動(dòng) 自轉(zhuǎn)角速度與進(jìn)動(dòng)角速度大小與轉(zhuǎn)向均相同的渦動(dòng)稱為同步正渦動(dòng)；自轉(zhuǎn)角速度與進(jìn)動(dòng)角速度大小相等，但轉(zhuǎn)向相反的渦動(dòng)稱為同步反渦動(dòng)； 16. 轉(zhuǎn)子的協(xié)調(diào)正進(jìn)動(dòng)與協(xié)調(diào)反進(jìn)動(dòng) 自轉(zhuǎn)角速度與進(jìn)動(dòng)角速度大小與轉(zhuǎn)向均相同的渦動(dòng)稱為同步正渦動(dòng)，對(duì)應(yīng)的進(jìn)動(dòng)稱為協(xié)調(diào)正進(jìn)動(dòng)；自轉(zhuǎn)角速度與進(jìn)動(dòng)角速度大小相等，但轉(zhuǎn)向相反的渦動(dòng)稱為同步反渦動(dòng)，對(duì)應(yīng)的進(jìn)動(dòng)稱為協(xié)調(diào)反進(jìn)動(dòng)。 17. 持久條件疲勞極限 規(guī)定一個(gè)足夠的循環(huán)次數(shù)，以確定下的“持久疲勞極限”，稱為“持久條件疲勞極限”。 18. 陀螺力矩 在實(shí)際轉(zhuǎn)子中，由于設(shè)計(jì)上的要求，輪盤往往不一定安裝在軸的中央，或者相對(duì)于兩支點(diǎn)不對(duì)稱，輪盤的運(yùn)動(dòng)便不再僅僅作自轉(zhuǎn)與橫向的平面運(yùn)動(dòng)，而是還要產(chǎn)生擺動(dòng)，使得它的各部分質(zhì)量在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的慣性力形成了一個(gè)使輪盤不斷發(fā)生偏轉(zhuǎn)的力矩，這種力矩稱為陀螺力矩。 19. 壓氣機(jī)葉片的安全系數(shù) 壓氣機(jī)葉片的安全系數(shù)是葉片材料的許用應(yīng)力與計(jì)算得到的最大總應(yīng)力之比。 20. 動(dòng)波 振動(dòng)時(shí)，兩個(gè)余弦波的節(jié)線（波形）以大小相等，方向相反的角速度在盤上旋轉(zhuǎn)，波形隨時(shí)間變化，故稱為“動(dòng)波”。 21. 過載系數(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)時(shí)的最大加速度與重力加速度之比為過載系數(shù)，用來衡量發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)水平。。 二、 基本問題 1. 航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作葉片受到哪些負(fù)荷？ 氣動(dòng)負(fù)荷；振動(dòng)負(fù)荷；熱負(fù)荷；離心力負(fù)荷。 2. 實(shí)際葉片的振動(dòng)有哪四種類型，其中哪兩種危險(xiǎn)性最大？ ①尾跡引起的強(qiáng)迫振動(dòng)；②顫振；③旋轉(zhuǎn)失速；④隨機(jī)振動(dòng)。其中①②兩項(xiàng)危險(xiǎn)性最大。 3. 對(duì)于等截面轉(zhuǎn)子葉片的彎曲振動(dòng)，其邊界條件是什么？（葉片長(zhǎng)為） [注：對(duì)于轉(zhuǎn)子葉片，可看作為一端固定，另一端自由的懸臂梁。] 4. 對(duì)于等截面靜子葉片的彎曲振動(dòng)，其邊界條件是什么？（葉片長(zhǎng)為） [注：對(duì)于靜子葉片的某些構(gòu)造，可看作兩端鉸接的簡(jiǎn)直梁。] 5. 風(fēng)扇葉片葉身凸臺(tái)的作用是什么？ 為了避免發(fā)生危險(xiǎn)的共振或顫震，葉身中部常常帶一個(gè)減振凸臺(tái)。用以增加剛性，改變?nèi)~片的固有頻率，降低葉片根部的彎曲扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，還可起阻尼減振作用。 6. 在有的渦輪葉片上采用葉冠構(gòu)造，其作用是什么？ 葉冠的作用：①可減少?gòu)较蚵舛岣邷u輪效率；②可抑制振動(dòng)。 7. 壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)應(yīng)遵循哪些基本原則？ 體積小；重量輕；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；工藝性好；保證可靠傳動(dòng)，良好的定心和平衡；具有足夠的剛性。 8. 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸向力減荷有哪三項(xiàng)措施？并選其中一項(xiàng)說明減荷為何不影響發(fā)動(dòng)機(jī)的推力。 ①將壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子與渦輪轉(zhuǎn)子軸向聯(lián)結(jié)，抵消一部分向前的軸向力； ②壓氣機(jī)后卸荷腔通大氣； ③壓氣機(jī)前卸荷腔通高壓氣體。 以②為例，壓氣機(jī)后卸荷腔通大氣后，腔內(nèi)壓力大為降低，轉(zhuǎn)子所受向前的力大為降低，但壓氣機(jī)靜子向后的力也減少了同樣大小，而發(fā)動(dòng)機(jī)推力是發(fā)動(dòng)機(jī)各部分所受氣體力的軸向合力，所以推力不變。 9. 葉片顫振的必要條件是什么？說明顫振與共振的區(qū)別。 必要條件：相對(duì)攻角足夠大；相對(duì)流速足夠大。 區(qū)別： ①顫振是自激振動(dòng)，共振是它激振動(dòng)； ②顫振極少有高階振型，共振可能有高階振型。 10. 排除顫振故障方法有哪些？ ①改善氣流情況；②增加阻尼；③改變?nèi)~型設(shè)計(jì)參數(shù)；④采用錯(cuò)頻葉片轉(zhuǎn)子。 11. 疲勞破壞有哪些基本特征？ ①交變應(yīng)力小于下可能破壞（小應(yīng)力特征）；②脆斷特征；③累積損傷特征；④局部特征；⑤宏觀和微觀特征。 12. 何謂動(dòng)剛度，動(dòng)剛度與那些因素有關(guān)？ 動(dòng)剛度是系統(tǒng)內(nèi)一點(diǎn)上的簡(jiǎn)諧力和由該力產(chǎn)生的在作用方向上的位移的比值（激振力幅與強(qiáng)迫振動(dòng)振幅之比）。動(dòng)剛度不僅取決于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、力的作用點(diǎn)，而且還與激振力的頻率有關(guān)。 13. 說明疲勞損傷的理論要點(diǎn)。 ①疲勞損傷是累積的結(jié)果，且滿足線性疊加原理； ②循環(huán)比定義為，其中為加載循環(huán)次數(shù)，為疲勞壽命； ③單級(jí)加載時(shí)，循環(huán)比=1，即出現(xiàn)破壞； ④多級(jí)加載時(shí)，總損傷等于各循環(huán)比總和，時(shí)破壞。 14. 排除葉片共振故障應(yīng)從哪幾個(gè)方面考慮？舉例說明各方面的具體措施。 ①改變激振力頻率和降低激振力，具體措施如改變靜子葉片數(shù)和采用斜裝葉片； ②改變?nèi)~片固有頻率，如葉片修緣，改變?nèi)~片安裝方式； ③增大阻尼，如減振凸臺(tái)，帶冠葉片。 15. 輪盤有幾種振動(dòng)形式，各舉例畫出一個(gè)振型圖。 三種形式：傘形、扇形和復(fù)合型。 16. 什么是等溫度盤，其溫度條件是什么？ 輪盤的溫度沿徑向不變稱為等溫度盤，即。 17. 什么是等強(qiáng)度盤，為什么采用等強(qiáng)度盤，其溫度條件是什么？ 通過合理設(shè)計(jì)，使全盤中各處的徑向和周向應(yīng)力都各等于某一常數(shù)，則盤的重量應(yīng)是最輕，這就是所謂的“等強(qiáng)度盤”。目的是使輪盤材料充分被利用，以減輕輪盤重量。 溫度條件： 18. 渦輪部件冷卻的目的是什么？ ①提高渦輪前燃?xì)鉁囟?，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能； ②在渦輪前燃?xì)鉁囟冉o定的條件下，降低零件工作溫度到允許的范圍內(nèi)，以保證這些零件有必要的機(jī)械強(qiáng)度； ③使零件內(nèi)溫度分布均勻，以減小熱應(yīng)力； ④提高零件工作表面的耐腐蝕性，如果將零件與燃?xì)饬鞲糸_，可以避免對(duì)零件工作表面的侵蝕； ⑤有可能采用廉價(jià)的耐熱材料。 19. 氣冷式渦輪轉(zhuǎn)子葉片的溫度分布規(guī)律及危險(xiǎn)截面位置是什么？ 20. 渦輪盤盤緣處的熱應(yīng)力在發(fā)動(dòng)機(jī)工作中的變化規(guī)律是什么？渦輪轉(zhuǎn)子鏈接的基本要求是什么？ 21. 在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，計(jì)算點(diǎn)是如何選取的？ 在對(duì)轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，選取下列幾種情況作為計(jì)算點(diǎn)： ①發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)點(diǎn)（即地面試車狀態(tài)，），應(yīng)作為基本計(jì)算點(diǎn)； ②低溫低空高速飛行狀態(tài)，這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量最大，取， 進(jìn)行計(jì)算； ③高空低速飛行狀態(tài)，這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)空氣流量最小，取，進(jìn)行計(jì)算。 22. 畫出等溫空心等厚盤與等溫實(shí)心等厚盤在無外載情況下的應(yīng)力分布曲線，分析中心開孔對(duì)盤上應(yīng)力分布的影響。 等溫等厚空心盤與實(shí)心盤比較，中心孔為無限?。瘁樋祝r(shí)，盤中心處的周向應(yīng)力是實(shí)心盤中心應(yīng)力的兩倍；盤中心開孔總使應(yīng)力水平加大，并且孔邊應(yīng)力為最大，但隨著中心孔經(jīng)的增大，輪盤應(yīng)力分布反而趨于均勻。 23. 寫出轉(zhuǎn)子葉片葉根和葉尖處的邊界條件，并畫出等截面轉(zhuǎn)子葉片1~3階彎曲振型圖。 24. 列出無重軸段的傳遞矩陣。 25. 列出通過點(diǎn)質(zhì)量時(shí)站的傳遞矩陣。 26. 繪出轉(zhuǎn)子作同步正渦動(dòng)和同步反渦動(dòng)時(shí)軸上纖維受力情況圖。 27. 分析航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)的主要激振源。 一類是與轉(zhuǎn)速有關(guān)的規(guī)律性振源，有轉(zhuǎn)子不平衡力引起的激振力，傳動(dòng)齒輪、葉柵尾流引起的激振力；一類是與轉(zhuǎn)速無關(guān)的非規(guī)律性振源，有壓氣機(jī)喘振，振蕩燃燒等。 三、 分析與計(jì)算 1. 有一個(gè)半徑為，溫度為的等溫實(shí)心等厚盤，已知外緣處的徑向應(yīng)力為，根據(jù)以下公式推導(dǎo)出此輪盤的和的計(jì)算公式，并繪圖說明。 [參見《航空發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度計(jì)算》p32。] 2. 有一葉片高度為，沿軸正方向受到大小沿葉高不變的氣體力 (單位葉高受力)。計(jì)算葉根截面三點(diǎn)的彎曲應(yīng)力。已知：葉根截面的兩個(gè)主慣性矩為和，點(diǎn)的坐標(biāo)為、和、，為葉根截面的重心。 [參見《航空發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度計(jì)算》p11]。 3. 設(shè)壓氣機(jī)某級(jí)轉(zhuǎn)子葉柵進(jìn)、出口截面氣流的軸向速度、周向速度、靜壓力、氣體密度分別為、、、，、，、，葉片的平均半徑為，葉片數(shù)為，根據(jù)動(dòng)力動(dòng)量定理，求單位葉高上受到的方向的氣體力。 解：參見《航空發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度計(jì)算》p6。 4. 如圖所示，將葉片分成n段共n+1個(gè)截面，假定葉片各截面的面積和重心坐標(biāo)（）為已知，利用數(shù)值法，求葉片第截面上離心彎矩和。 解：參見《航空發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度計(jì)算》p9-p10。 5. 對(duì)于樅樹形榫頭，假設(shè)作用在第個(gè)齒齒面上的正壓力為，且各個(gè)齒單位齒長(zhǎng)上承受的力是相等的，求第個(gè)齒齒面上的擠壓應(yīng)力。 解：參見《航空發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度計(jì)算》p19。 6. 某葉片根部為100，截面積5.0cm2，葉尖為600，截面積為2.5 cm2，一彎靜頻為180Hz，為15cm，為31 cm，轉(zhuǎn)速11000r/min。求葉片一階彎曲動(dòng)頻。 解：參見《航空發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度計(jì)算》p77。 7. 如圖所示單盤轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)，不計(jì)軸的質(zhì)量，不考慮盤的偏擺，不計(jì)薄盤重力對(duì)撓度的影響。盤軸聯(lián)結(jié)處軸的橫向剛度系數(shù)為，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為，盤的質(zhì)量為，偏心距為。推導(dǎo)轉(zhuǎn)子撓度公式，求轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，并分析轉(zhuǎn)子偏心距大小對(duì)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速、撓度及軸承的支承反力的影響。 [參見《航空發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度計(jì)算》p112]。 8. 單盤轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)如圖所示， 盤的質(zhì)量為m，裝在軸的中點(diǎn)，軸的長(zhǎng)度為，軸在裝盤處的剛度系數(shù)為c，軸的質(zhì)量不計(jì)，兩端支承的剛度系數(shù)均為k。試推導(dǎo)臨界轉(zhuǎn)速公式。 [參見《航空發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度計(jì)算》p124]。 9. 為了避開過大的振動(dòng)，常規(guī)定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不得在臨界轉(zhuǎn)速（）附近停留。計(jì)算在不超過10的條件下，不準(zhǔn)停留的轉(zhuǎn)速范圍是多少？ 第 9 頁 共 9 頁