〈新〉航空发动机受力分析.ppt

航空发动机结构 第三章 发动机的受力分析 载荷与载荷谱的确定是实现计划的首要条件 3.1 载荷、载荷谱及其在结构设计中的作用 静载荷是发动机结构静强度设计的基础 (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？ 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)飞行任务混频  * 载荷谱研究花费很大。 飞行任务剖面图 1为发动机启动和预热段；2为滑行段；3为起飞段；4为爬升段；5为巡航段；6为下降段；7为盘旋段；8为转场和下降段；9为着陆、滑行和关机段。 3.2 作用在各零部件上负荷 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。 (4) 其它负荷——摩擦力、挤压力等。 负荷传递 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。 如：大部分的轴向力及惯性力 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”。 3．3 气体力计算 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。  把面力分为两部分：（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：  管内流体作用于管壁的压力为 ，等于 ，即  对于气体： ，因此：   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， 作用于内壁表面的气体力 为 : =- R壁 = - 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)。 叶栅通道 对于压气机而言：（下标 z—转子，下标 j—静子） 轴向（下标 0） （向前） （向后） 切向（下标 t） （与转向相反） （与转向相同） 对于涡轮而言：(内容雷同，从略) 叶栅受力特点：  压气机：动叶┬ 轴力与流向相反(向前)  └ 切力与转向相反  静叶┬ 轴力与流向相反(向前)  └ 切力与转向相同(逆于动叶) 涡 轮： 动叶┬ 轴力与流向相同(向后)  └ 切力与转向相同  静叶┬ 轴力同于动叶 （向后）  └ 切力与转向相反(逆于动叶) 涡轮转子轴向力计算 (1)叶片上的气体力 P1＝qｍg(ｃ2a-ｃ1a)＋ｐ2F2－ｐ1F1 ≤0 (实际为负值，即向后) (2)盘前密封齿以外的气体力 P2＝π(ｄ22－ｄ32)Pa /4 (3)盘前密封齿以内的气体力 P3＝πｄ32Pb/4 (4)盘后端面的气体力 P