航空发动机课外论文作业

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1、航空发动机涡轮叶片综述摘要：涡轮叶片是航空发动机最主要的部件之一，是高温、高负荷、结构复杂的典型热端构件。为了提高涡轮叶片的质量、寿命、耐热性等综合性能，在涡轮叶片设计时常采用比强度高的新材料，采用先进复杂的冷却结构及工艺等措施来实现；在涡轮叶片加工时利用MasterCAM软件进行辅助加工；在进行涡轮叶片维护时要采用多项先进修理技术。关键词：涡轮叶片工作原理耐热性能加工工艺先进修理技术一、前言在燃气涡轮发动机中叶片无论是压气机叶片还是涡轮叶片，它们的数量最多，而发动机就是依靠这众多的叶片完成对气体的压缩和膨胀以及以最高的

2、效率产生强大的动力来推动飞机前进的工作。因而，生产出符合要求的先进涡轮叶片，提高发动机的整体性能具有重要意义。二、涡轮叶片的工作原理1.涡轮叶片为什么一定要扭在流道中，由于在不同的半径上，圆周速度是不同的，因此在不同的半径基元级中，气流的攻角相差极大，在叶尖、由于圆周速度最大，造成很大的正攻角，结果使叶型叶背产生严重的气流分离；在叶根，由于圆周速度最小，造成很大的负攻角，结果使叶型的叶盆产生严重的气流分离。因此，对于直叶片来说。除了最近中径处的一部分还能工作之外，其余部分都会产生严重的气流分离，也就是说，用直叶片工作的压

3、气机或涡轮，其效率极其低劣的，甚至会达到根本无法运转的地步。2.涡轮叶片的工作原理燃气通过涡轮基元级膨胀作功，燃气的总温和总压都降低。　　气流相对于涡轮静子(导向器)的运动速度称为绝对速度，以c表示。气流相对于涡轮转子(工作轮)的运动速度称为相对速度，以w表示。涡轮工作时，燃气以速度c0流向涡轮导向器，以速度c1流出涡轮导向器(图1)。气流经过导向器改变流动方向。导向器通道呈收敛形，气流在其中膨胀加速，气体静压p、静温T、静焓h相应降低。气流在导向器出口处的速度c1接近声速，有时甚至略超过声速。速度c114具有很大的切线

4、方向分速度。由于涡轮的工作轮前缘以切线速度u1运动着，因此气流相对于工作轮前缘的运动速度为w1。图1燃气流经涡轮基元级时的速度变化　　气流以相对速度w1进入涡轮工作轮,以速度w2流出工作轮尾缘，由于工作轮尾缘以切线速度u2运动着，因此气流的绝对速度为c2。   涡轮导向器出口尾缘气流以相对速度w1进入涡轮工作轮后，沿工作轮叶栅通道流动。工作轮叶栅通道也呈收敛形，气流在其中继续膨胀加速，气体静压p、静温T、静焓h进一步降低。同时，气流通过工作轮叶栅改变流动方向。由于涡轮工作轮叶栅是收敛通道，气流在其中减压加速，不易产生分离

5、，因此与压气机工作轮叶栅相比，涡轮工作轮叶栅可以有大得多的气流转折角Δβ，Δβ可以达到90～100°。　　工作轮出口气流的相对速度w2大于进口相对速度w1，但是对于发动机的绝对坐标系来说，工作轮出口气流的绝对速度c2却小于工作轮进口绝对速度c1。　　从以上分析可以看出：气体在工作轮中得到的切线方向加速度是与工作轮运动方向相反的，因此可以断定是气体对工作轮作功。气流通过涡轮工作轮后不仅减少了动能c2/2，而且静焓h也下降了。　　单位质量气体通过涡轮所作的膨胀功，可以分别从能量方程和动量方程推导得到。　　从能量方程推导膨胀功

6、：  气体通过涡轮工作轮以后，动能和静焓都下降了。根据能量方程，在与外界绝热的条件下，气体对外所作的功等于静焓降和动能降之和，或等于总焓降。                    （1）14　　从气流在工作轮叶栅中作相对运动的角度看，气体静焓降是由于相对运动速度增加以及在旋转坐标系中气流所处半径变化而改变的能量，可用下式表示：将上式代入(1)式，可得                 (2)以上就是从能量方程推导得到的膨胀功公式。从动量方程推导膨胀功：    单位质量流量气体流经涡轮工作轮时，在工作轮上的作用力为p。可以将

7、作用力P分解为轴向分力pa和切向分力pu，如图2所示。图2气体作用在涡轮上的力　　工作轮相对于发动机只有旋转运动没有轴向运动，因此气体只有切向分力pu对涡轮工作轮作功，而轴向分力pa不作功。　　在工作轮进口处，单位质量气体对工作轮转轴的动量矩为c1ur1。　　在工作轮出口处，单位质量气体对工作轮转轴的动量矩为-c2ur2。　　出口处的动量矩为负值，因为气流在出口处的切线分速度的方向与进口处相反。　　单位质量气体流经工作轮所作的功为  　　　　　　　　　     (3)14　　公式(3)与(2)是分别从动量方程和能量方程二

8、个不同的角度推导出来的。与讨论压气机时一样，可以证明二者完全相等。　　这两个公式不仅可以用来计算气体对涡轮基元级所作的功，而且可以帮助分析如何进一步提高涡轮的功率。　　但是在作涡轮实验时，并不是通过这两个公式来计算涡轮功，这是因为涡轮进出口气流的流速很难准确测量，而且流速沿叶高方向变化很大。因此在实验时往往用以下两种