北京航空航天大学

航空燃气涡轮发动机结构设计

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课程概述

本课程是飞行器动力工程、热能与动力工程、能源与动力工程和流体机械专业本科生必修课。本课程在帮助学生回顾以前学过知识的同时,实现知识拓展,使学生掌握航空燃气涡轮发动机(简称航空发动机)结构设计的基本概念、基本要求、基本原则和基本方法,培养学生运用所学知识解决航空发动机结构设计和改进中工程实际问题的能力,使学生在知识层次、能力层次以及思维层次上都得到提高,为从事航空发动机结构设计、技术管理和机务维修等工作打下良好的专业基础。

本课程授课分为四个单元:第一讲航空燃气涡轮发动机概述为第一单元,二至四讲压气机、涡轮、燃烧室三大部件的结构设计为第二单元,第五、六讲总体结构设计与附件系统为第三单元,第七讲典型航空燃气涡轮发动机结构设计分析为第四单元。



授课目标
本课程的授课目标有以下四个方面: 1)传授航空发动机结构设计的基础知识; 2)培养和提高学生运用所学的基础知识去分析和解决实际工程问题的能力; 3)培养航空发动机结构设计的工程思维,让学生树立起辩证的工程科学观; 4)激发学生立足于本专业的责任感和投身航空发动机事业的兴趣。
证书要求

完成所有课程的学习

本课程采用百分制计分,由作业、单元测试和期末考试得分累计评分。

作业(35分):本课程共7讲,每讲作业5分,共计35分。

单元测试(40分):本课程共安排4次单元测试,每次单元测试10分,共计40分。

期末考试(25分):课程结束后进行限时考试。

总成绩60-84分颁发合格证书,85-100分颁发优秀证书。

电子版的课程结业证书免费,纸质版认证证书收费:100元/人。

预备知识

机械设计、理论力学、材料力学(或工程力学)

授课大纲

知识点

时长

学时

发布时间

第一讲

 

航空燃气涡轮发动机概述

(6学时)

1.1节 航空燃气涡轮发动机组成

知识点1.1.1 发动机在飞机上的安装

知识点1.1.2 航空发动机主机结构组成

10分钟

20分钟

1学时

09月25日

10:00

1.2节 航空燃气涡轮发动机分类

知识点1.2.1 涡喷发动机结构与推力产生原理

知识点1.2.2 发动机降低耗油率的途径

知识点1.2.3 涡轴/涡桨发动机的特点

知识点1.2.4 航空燃气轮机的推广应用

10分钟

7分钟

9分钟

5分钟

1学时

1.3节 高推重比涡扇发动机发展

知识点1.3.1 高推重比涡扇发动机结构特点

知识点1.3.2 提高推重比的技术途径

知识点1.3.3 矢量喷口结构

11分钟

4分钟

7分钟

1学时

1.4节 高涵道比涡扇发动机

知识点1.4.1 高涵道比涡扇发动机

知识点1.4.2 高可靠性涡扇发动机

知识点1.4.3 未来航空燃气轮机发展

9分钟

9分钟

11分钟

1学时

1.5节 涡轴/涡桨发动机

知识点1.5.1 涡轴发动机发展历程与性能变化

知识点1.5.2 先进涡轴发动机结构设计技术

11分钟

11分钟

1学时

1.6节 航空发动机研制特点

知识点1.6.1 航发动机研制特点

知识点1.6.2 航空发动机研制中苛刻的试验验证

9分钟

10分钟

1学时

第一讲 课后作业

1

 

09月27日

单元测试(一)

内容:航空燃气涡轮发动机概述

24小时

 

10月02日

第二讲

 

 风扇/压气机结构设计

(8学时)

2.1节 基本结构与设计要求

知识点2.1.1 压气机结构特点与使用

知识点2.1.2 风扇、增压级和压气机

知识点2.1.3 压气机结构设计与性能

知识点2.1.4 气流通道与结构设计

10分钟

4分钟

6分钟

8分钟

1学时

10月09日

10:00

2.2节 转子系统

知识点2.2.1 转子结构类型与受力分析

知识点2.2.2 典型连接结构特点及设计要求

12分钟

19分钟

1学时

知识点2.2.3 叶片结构设计

知识点2.2.4 风扇/压气机榫连接结构设计

10分钟

11分钟

1学时

知识点2.2.5 轮盘形状与应力分布

知识点2.2.6 整体叶盘结构设计及制造

知识点2.2.7 转子不平衡及产生原因

知识点2.2.8 航空发动机转子平衡

5分钟

5分钟

5分钟

6分钟

1学时

2.3节 静子系统

知识点2.3.1 风扇机匣包容与安全性设计

知识点2.3.2 压气机机匣结构特点

14分钟

8分钟

1学时

知识点2.3.3 高压压气机机匣防钛火设计

知识点2.3.4 静子叶片结构及固定方式

5分钟

6分钟

1学时

2.4节 防喘/防外物打伤辅助系统

知识点2.4.1 压气机喘振及可调静子叶片

知识点2.4.2 防喘结构对比分析

12分钟

7分钟

1学时

知识点2.4.3 防冰结构设计

知识点2.4.4 防外物打伤结构设计

8分钟

18分钟

1学时

第二讲 课后作业

1

 

10月16日

第三讲

 

涡轮结构设计

(6学时)

3.1节 基本组成与设计要求

知识点3.1.1 涡轮组成与转子结构形式

知识点3.1.2 涡轮工作环境与结构设计要求

11分钟

11分钟

1学时

10月23日

10:00

 

3.2节 涡轮转子结构

知识点3.2.1 涡轮叶片叶身结构及冷却

知识点3.2.2 带冠涡轮叶片

13分钟

10分钟

1学时

知识点3.2.3 涡轮叶片与轮盘连接

知识点3.2.4 涡轮叶片材料与涂层

知识点3.2.5 涡轮盘结构可靠性设计

12分钟

8分钟

5分钟

1学时

知识点3.2.6 涡轮盘与轴连接结构

知识点3.2.7 多级涡轮盘间连接结构

17分钟

8分钟

1学时

3.3节 涡轮静子结构

知识点3.3.1 涡轮机匣结构

知识点3.3.2 涡轮叶尖间隙控制

知识点3.3.3 导向器与防止热应力

10分钟

14分钟

11分钟

1学时

3.4节 涡轮冷却与结构安全性设计

知识点3.4.1 涡轮冷却系统

知识点3.4.2 低压转子断轴与安全设计

11分钟

9分钟

1学时

第三讲 课后作业

1

 

10月30日

第四讲

 

燃烧室结构设计

(4学时)

4.1节 燃烧室组成与设计要求

知识点4.1.1 燃烧室结构类型及使用特点

知识点4.1.2 燃烧室工作环境及设计要求

19分钟

11分钟

1学时

11月1日

10:00

4.2节 燃烧室基本构件及功能

知识点4.2.1 扩压器功用及类型

知识点4.2.2 涡流器功用与类型

知识点4.2.3 离心/气动喷嘴结构与工作原理

9分钟

8分钟

12分钟

1学时

知识点4.2.4 点火器与稳定燃烧

知识点4.2.5 火焰筒结构与冷却方式

知识点4.2.6 结构故障和防范措施

5分钟

7分钟

7分钟

1学时

4.3节 加力燃烧室结构

知识点4.3.1 加力燃烧室结构组件与功能

知识点4.3.2 可调喷口和矢量喷口

22分钟

7分钟

1学时

第四讲 课后作业

1

 

11月06日

单元测试(二)

内容:三大部件结构设计

24小时

 

11月06日

第五讲

 

航空发动机总体结构设计

(6学时)

5.1节 受力分析

知识点5.1.1 航空发动机结构受力分析

知识点5.1.2 航空发动机轴向力分布与推力

23分钟

15分钟

1学时

11月13日

10:00

5.2节 支承方案

知识点5.2.1 两支点转子的支承方案

知识点5.2.2 多支点转子的支承方案

知识点5.2.3 航空发动机双转子结构系统支承方案

知识点5.2.4 航空发动机转子系统主轴承位置确定

13分钟

11分钟

18分钟

7分钟

1学时

5.3节 联轴器

知识点5.3.1 转子结构系统刚性联轴器

知识点5.3.2 转子结构系统柔性联轴器

11分钟

14分钟

1学时

5.4节 支承结构

知识点5.4.1 航空发动机轴承支承结构

知识点5.4.2 滚珠-滚棒轴承共用支承结构设计

11分钟

9分钟

1学时

知识点5.4.3 高温环境下轴承支承结构设计

知识点5.4.4 轴承腔封严结构分类与设计

5分钟

16分钟

1学时

5.5节 承力系统

知识点5.5.1 双转子发动机承力系统及传力路线

知识点5.5.2 风扇/压气机承力框架结构

知识点5.5.3 涡轮承力框架结构

14分钟

7分钟

9分钟

1学时

第五讲 课后作业

1

 

11月15日

第六讲

 

附件传动装置及附属系统

(4学时)

6.1节 传动装置

知识点6.1.1 传动系统组成与设计要求

17分钟

1学时

11月22日

10:00

知识点6.1.2 中央传动装置结构设计

知识点6.1.3 双速传动装置与离合器

15分钟

14分钟

1学时

6.2节 滑油系统

知识点6.2.1 滑油系统组成与作用

知识点6.2.2 航空发动机典型滑油系统

25分钟

7分钟

1学时

6.3节 启动系统

知识点6.3.1 航空发动机启动系统及启动机

13分钟

1学时

第六讲 课后作业

1

 

11月27日

单元测试(三)

内容:总体结构设计与附件系统

24小时

 

11月27日

第七讲

 

 先进航空发动机结构设计分析

(8学时)

7.1节 典型高推重比涡扇发动机结构

知识点7.1.1 高推重比涡扇发动机总体结构

知识点7.1.2 F110发动机转子结构与力学特征

知识点7.1.3 F110发动机涡轮结构与中介轴承设计

16分钟

10分钟

9分钟

1学时

12月04日

10:00

知识点7.1.4 AL-31F涡扇发动机总体结构

知识点7.1.5 AL-31F发动机高压转子结构系统设计特点

知识点7.1.6 AL-31F发动机低压转子结构系统设计特点

12分钟

11分钟

8分钟

1学时

7.2节 典型高涵道比涡扇发动机结构

知识点7.2.1 PW4000涡扇发动机总体结构

知识点7.2.2 PW4000风扇支承结构设计特点

18分钟

15分钟

1学时

知识点7.2.3 PW4000高压涡轮支承结构设计特点

知识点7.2.4 PW4000涡轮转子结构设计特点

8分钟

13分钟

1学时

7.3节 典型高功重比涡轴/涡桨发动机结构

知识点7.3.1 高功重比涡轴发动机总体结构特征

知识点7.3.2 GE公司的常青藤--T700发动机

知识点7.3.3 PW150涡桨发动机总体结构设计

16分钟

22分钟

22分钟

1学时

1学时

7.4节 未来洁静发动机结构

知识点7.4.1 变循环发动机

知识点7.4.2 “绿色”发动机

知识点7.4.3 高超声速飞行器用发动机

17分钟

15分钟

14分钟

1学时

知识点7.4.4 非传统发动机

知识点7.4.5 高涵道比齿轮传动风扇发动机

知识点7.4.6 外置涡轮风扇发动机

12分钟

26分钟

14分钟

1学时

第七讲 课后作业

1

 

12月11日

单元测试(四)

内容:典型航空发动机结构设计分析

24小时

 

12月18日

期末考试

内容:航空燃气涡轮发动机结构设计

60分钟

 

12月18日


参考资料

1.航空燃气涡轮发动机结构》,陈光,洪杰,马艳红编,北京航空航天大学出版社,2010;(教材)

2.《航空燃气轮机总体结构设计与动力学分析》,洪杰,马艳红,张大义编,北京航空航天大学出版社,2014;(参考)

3.《航空发动机结构设计分析(第2版)》,陈光编,北京航空航天大学出版社,2014;(参考)

4.《现代航空发动机技术与发展》,张津,洪杰,陈光编,北京航空航天大学出版社,2006;(参考)