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航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪設(shè)計(jì)

包郵 航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪設(shè)計(jì)

出版社：科學(xué)出版社出版時(shí)間：2023-02-01
開(kāi)本： B5 頁(yè)數(shù)： 356
中 圖 價(jià):¥120.7(7.1折) 定價(jià)  ¥170.0 登錄后可看到會(huì)員價(jià)
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航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪設(shè)計(jì) 版權(quán)信息

  • ISBN：9787030743886
  • 條形碼：9787030743886 ; 978-7-03-074388-6
  • 裝幀：一般膠版紙
  • 冊(cè)數(shù)：暫無(wú)
  • 重量：暫無(wú)
  • 所屬分類(lèi)：>

航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪設(shè)計(jì) 內(nèi)容簡(jiǎn)介

本書(shū)是關(guān)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪設(shè)計(jì)的一本專(zhuān)著，簡(jiǎn)要介紹了渦輪的工作原理、基本類(lèi)型、基本構(gòu)成和渦輪的技術(shù)發(fā)展歷程，從渦輪設(shè)計(jì)基礎(chǔ)和方法入手，介紹了渦輪的氣動(dòng)、冷卻、結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)知識(shí)和概念，按渦輪概念設(shè)計(jì)、氣動(dòng)設(shè)計(jì)、冷卻與傳熱設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分學(xué)科和專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)闡述了渦輪的詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程，介紹了渦輪試驗(yàn)驗(yàn)證的規(guī)劃和相關(guān)工作，給出了渦輪常見(jiàn)的失效模式，*后對(duì)渦輪優(yōu)選設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行了展望。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪設(shè)計(jì) 目錄

目錄
渦輪機(jī)械與推進(jìn)系統(tǒng)出版項(xiàng)目 序
“兩機(jī)”專(zhuān)項(xiàng)： 航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)出版工程 序
前言
第1章航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪概述
1.1航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸流式渦輪工作原理002
1.1.1航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱力循環(huán)及渦輪熱力學(xué)過(guò)程002
1.1.2航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸流式渦輪工作原理003
1.2渦輪的基本類(lèi)型003
1.2.1按結(jié)構(gòu)劃分004
1.2.2按功能劃分005
1.2.3按氣動(dòng)特征劃分005
1.2.4按有無(wú)冷氣劃分005
1.3航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸流式渦輪的基本構(gòu)成006
1.4渦輪技術(shù)發(fā)展歷程007
參考文獻(xiàn)010
第2章渦輪設(shè)計(jì)需求分析及設(shè)計(jì)體系
2.1渦輪設(shè)計(jì)需求分析和設(shè)計(jì)原則011
2.1.1氣動(dòng)設(shè)計(jì)需求012
2.1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求014
2.1.3冷卻與傳熱設(shè)計(jì)需求015
2.2渦輪氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法018
2.3渦輪冷卻與傳熱設(shè)計(jì)方法022
2.3.1基本傳熱原理022
2.3.2外部冷卻技術(shù)023
2.3.3內(nèi)部冷卻技術(shù)023
2.3.4綜合冷卻技術(shù)024
2.4渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法024
2.4.1結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析024
2.4.2渦輪承載能力——AN2025
2.4.3結(jié)構(gòu)可靠性026
2.4.4結(jié)構(gòu)安全性028
2.5渦輪設(shè)計(jì)體系029
參考文獻(xiàn)036
第3章渦輪氣動(dòng)設(shè)計(jì)
3.1設(shè)計(jì)依據(jù)037
3.1.1總體性能設(shè)計(jì)要求037
3.1.2氣體工質(zhì)039
3.1.3設(shè)計(jì)狀態(tài)點(diǎn)039
3.1.4冷卻方案及冷氣分配039
3.1.5渦輪效率及定義041
3.1.6燃燒室出口OTDF、RTDF需求042
3.1.7渦輪轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向043
3.1.8結(jié)構(gòu)尺寸約束043
3.2氣動(dòng)方案論證044
3.2.1方案論證方法及流程044
3.2.2主要參數(shù)選取044
3.3渦輪氣動(dòng)通流設(shè)計(jì)050
3.3.1通流設(shè)計(jì)的概念050
3.3.2子午流道設(shè)計(jì)051
3.3.3通流設(shè)計(jì)準(zhǔn)則056
3.3.4通流設(shè)計(jì)中的損失057
3.4葉型設(shè)計(jì)060
3.4.1葉型設(shè)計(jì)的依據(jù)及要求060
3.4.2平面葉柵的造型060
3.5葉柵繞流分析065
3.6渦輪三維流場(chǎng)分析066
3.6.1渦輪三維流動(dòng)特點(diǎn)066
3.6.2三維損失介紹066
3.6.3三維氣動(dòng)設(shè)計(jì)（定常、非定常）067
3.6.4三維氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)介紹070
3.7渦輪特性分析071
3.7.1渦輪計(jì)算特性072
3.7.2渦輪試驗(yàn)特性073
3.7.3典型渦輪特性及特點(diǎn)分析073
3.7.4渦輪特性修正075
3.8冷卻渦輪三維精細(xì)化設(shè)計(jì)076
3.8.1引言076
3.8.2冷氣與主流耦合的精細(xì)化設(shè)計(jì)077
3.8.3徑向間隙流動(dòng)機(jī)理和精細(xì)化設(shè)計(jì)080
3.8.4多級(jí)靜子容腔083
3.8.5可調(diào)靜子間隙流動(dòng)086
3.8.6軸向間隙流動(dòng)機(jī)理和精細(xì)化設(shè)計(jì)088
3.8.7渦輪盤(pán)腔引氣流動(dòng)精細(xì)化設(shè)計(jì)090
3.8.8渦輪級(jí)間過(guò)渡段、進(jìn)排氣段的精細(xì)化設(shè)計(jì)091
3.8.9渦輪部件與燃燒室一體化分析和設(shè)計(jì)094
3.8.10渦輪部件與下游部件一體化分析和設(shè)計(jì)097
3.9渦輪流動(dòng)數(shù)值模擬手段應(yīng)用中的若干問(wèn)題099
3.9.1物理模型方面099
3.9.2數(shù)值方法方面100
3.9.3研究環(huán)境方面100
3.9.4研究對(duì)象方面101
3.9.5物理認(rèn)知方面101
參考文獻(xiàn)102
第4章渦輪冷卻與傳熱設(shè)計(jì)
4.1設(shè)計(jì)依據(jù)103
4.1.1設(shè)計(jì)準(zhǔn)則103
4.1.2適航要求104
4.1.3可靠性和安全性要求104
4.1.4設(shè)計(jì)條件104
4.2冷卻流路設(shè)計(jì)105
4.2.1渦輪冷卻葉片供氣流路105
4.2.2渦輪盤(pán)軸冷卻與封嚴(yán)流路108
4.2.3渦輪機(jī)匣冷卻與間隙控制流路109
4.3典型冷卻結(jié)構(gòu)的形式與特點(diǎn)110
4.3.1渦輪葉片氣膜冷卻結(jié)構(gòu)112
4.3.2渦輪緣板、外環(huán)的氣膜冷卻結(jié)構(gòu)119
4.3.3渦輪內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)127
4.3.4渦輪冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需關(guān)注的問(wèn)題135
4.4渦輪葉片傳熱分析方法136
4.4.1外換熱計(jì)算方法137
4.4.2內(nèi)流換熱計(jì)算方法139
4.4.3葉片溫度場(chǎng)計(jì)算方法144
4.5多場(chǎng)耦合設(shè)計(jì)分析簡(jiǎn)介145
4.5.1渦輪部件的一維流體/二維固體流熱耦合分析146
4.5.2氣冷渦輪葉片的流熱固耦合分析147
4.5.3空氣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與傳熱耦合分析148
4.6冷卻仿真技術(shù)149
參考文獻(xiàn)154
第5章渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1設(shè)計(jì)依據(jù)156
5.1.1渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求來(lái)源157
5.1.2渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)158
5.1.3渦輪結(jié)構(gòu)各階段設(shè)計(jì)內(nèi)容159
5.1.4渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輸入輸出159
5.2渦輪結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)163
5.2.1渦輪結(jié)構(gòu)布局綜述163
5.2.2渦輪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及影響其布局的因素163
5.2.3國(guó)外渦輪結(jié)構(gòu)布局簡(jiǎn)介164
5.3渦輪材料與工藝172
5.3.1渦輪構(gòu)件常用材料172
5.3.2渦輪構(gòu)件典型制造工藝174
5.3.3渦輪新材料與新工藝的選用177
5.4渦輪靜子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)178
5.4.1渦輪靜子常用結(jié)構(gòu)179
5.4.2渦輪導(dǎo)向器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)179
5.4.3渦輪機(jī)匣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)187
5.4.4渦輪后機(jī)匣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)197
5.5渦輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)200
5.5.1渦輪轉(zhuǎn)子的典型結(jié)構(gòu)200
5.5.2渦輪轉(zhuǎn)子葉片設(shè)計(jì)204
5.5.3渦輪盤(pán)設(shè)計(jì)230
5.5.4渦輪軸245
5.6“六性”設(shè)計(jì)249
5.6.1可靠性要求250
5.6.2維修性要求252
5.6.3保障性要求254
5.6.4測(cè)試性要求255
5.6.5安全性要求255
5.6.6環(huán)境適應(yīng)性要求255
5.7結(jié)構(gòu)強(qiáng)度仿真技術(shù)256
參考文獻(xiàn)262
第6章渦輪試驗(yàn)驗(yàn)證
6.1試驗(yàn)驗(yàn)證規(guī)劃263
6.2渦輪氣動(dòng)試驗(yàn)265
6.2.1平面葉柵試驗(yàn)265
6.2.2導(dǎo)向器環(huán)形葉柵吹風(fēng)試驗(yàn)266
6.2.3渦輪級(jí)性能試驗(yàn)267
6.3渦輪傳熱試驗(yàn)269
6.3.1渦輪葉片流量特性試驗(yàn)269
6.3.2渦輪葉片冷卻效果試驗(yàn)271
6.4渦輪結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)275
6.4.1靜強(qiáng)度試驗(yàn)275
6.4.2疲勞試驗(yàn)281
6.4.3包容性試驗(yàn)287
6.5渦輪環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)287
6.5.1抗腐蝕性試驗(yàn)288
6.5.2吞砂試驗(yàn)289
參考文獻(xiàn)291
第7章渦輪先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)展望
7.1多學(xué)科耦合設(shè)計(jì)技術(shù)293
7.1.1渦輪多學(xué)科耦合問(wèn)題293
7.1.2多學(xué)科耦合問(wèn)題的求解方法296
7.1.3渦輪多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)298
7.2先進(jìn)氣動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)302
7.2.1先進(jìn)葉型設(shè)計(jì)技術(shù)302
7.2.2高載荷葉柵設(shè)計(jì)技術(shù)307
7.2.3端區(qū)設(shè)計(jì)技術(shù)309
7.3先進(jìn)冷卻設(shè)計(jì)技術(shù)312
7.3.1渦輪微尺度冷卻理念介紹312
7.3.2微尺度氣膜冷卻技術(shù)315
7.3.3微尺度通道冷卻技術(shù)318
7.3.4微尺度射流沖擊冷卻技術(shù)321
7.4先進(jìn)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)技術(shù)324
7.4.1先進(jìn)渦輪構(gòu)型設(shè)計(jì)技術(shù)324
7.4.2先進(jìn)渦輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)技術(shù)326
7.4.3渦輪先進(jìn)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度涉及的材料與制造技術(shù)328
參考文獻(xiàn)332
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航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪設(shè)計(jì) 節(jié)選

第1章航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪概述 渦輪（turbine）是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件之一，是將高溫高壓燃?xì)獾哪芰哭D(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能和機(jī)械能的葉輪機(jī)械。高溫高壓燃?xì)庠跍u輪中轉(zhuǎn)彎膨脹產(chǎn)生機(jī)械功，進(jìn)而帶動(dòng)航空動(dòng)力系統(tǒng)中的壓氣機(jī)、風(fēng)扇、螺旋槳、直升機(jī)旋翼及附件傳動(dòng)系統(tǒng)等。 自20世紀(jì)30年代末德國(guó)第1臺(tái)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)問(wèn)世以來(lái)，航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步，并派生出多種形式的航空燃?xì)鉁u輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，其中包括單轉(zhuǎn)子渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、雙轉(zhuǎn)子渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、帶加力燃燒室的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、小涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)、大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)、槳扇發(fā)動(dòng)機(jī)、渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)等。無(wú)論是上述哪類(lèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)，渦輪部件始終是航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研制的關(guān)鍵部件，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展中都具有重要的作用，燃?xì)鉁u輪的技術(shù)水平直接影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)指標(biāo)，不斷改進(jìn)燃?xì)鉁u輪設(shè)計(jì)技術(shù)、提高燃?xì)鉁u輪的技術(shù)水平等，始終是推動(dòng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)進(jìn)步的重要內(nèi)容。 航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)高推重比、高效率、低油耗等技術(shù)指標(biāo)的追求，要求渦輪的設(shè)計(jì)必須保證高的做功能力與低的氣動(dòng)損失且耐高溫，而惡劣的渦輪工作環(huán)境（高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速）導(dǎo)致渦輪結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造技術(shù)精益、材料高端，其成本越來(lái)越高，而對(duì)可靠性、壽命的要求也越來(lái)越高，進(jìn)一步增大了其設(shè)計(jì)難度。燃?xì)鉁u輪部件是航空發(fā)動(dòng)機(jī)中*昂貴、*復(fù)雜的部件，核心的渦輪設(shè)計(jì)技術(shù)也是目前西方國(guó)家在航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)合作中對(duì)我國(guó)嚴(yán)格限制和保密的。鑒于航空燃?xì)鉁u輪的上述技術(shù)特點(diǎn)以及嚴(yán)酷的工作環(huán)境，航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)鉁u輪設(shè)計(jì)涉及氣動(dòng)力學(xué)、傳熱學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)等多領(lǐng)域，屬于綜合、復(fù)雜的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)。 按燃?xì)饬鲃?dòng)的方向，燃?xì)鉁u輪又分為軸流式和徑流式兩種。軸流式渦輪具有流量大、尺寸緊湊、效率高的特點(diǎn)，在現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)上得到了廣泛應(yīng)用。本書(shū)主要討論航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)廨S流式渦輪設(shè)計(jì)技術(shù)，包括燃?xì)鉁u輪氣動(dòng)、冷卻與傳熱、結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)內(nèi)容。 1.1航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸流式渦輪工作原理 1.1.1航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱力循環(huán)及渦輪熱力學(xué)過(guò)程 航空發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)熱力循環(huán)模型來(lái)自燃?xì)廨啓C(jī)裝置定壓加熱理想熱力循環(huán)（Brayton cycle，布雷頓循環(huán)），如圖1.1所示，整個(gè)定壓加熱理想熱力循環(huán)分為四個(gè)過(guò)程：1-2是壓縮氣體，2-3是定壓燃燒，3-4是膨脹做功，4-1是噴氣產(chǎn)生推力，其中分壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪三個(gè)核心單元實(shí)現(xiàn)前三個(gè)過(guò)程。 航空發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際循環(huán)中的各個(gè)過(guò)程都存在著不可逆因素，實(shí)際主要考慮壓縮過(guò)程和膨脹過(guò)程存在不可逆性。因?yàn)榱鹘?jīng)葉輪式壓氣機(jī)和渦輪的工質(zhì)通常在很高的流速下實(shí)現(xiàn)能量之間的轉(zhuǎn)換，這時(shí)流體之間、流體與流道之間的摩擦等損失不能再忽略不計(jì)。圖1.2為航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱力循環(huán)圖，其中1-2為進(jìn)氣道過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中由于受到飛行器的飛行慣性，進(jìn)口氣體具有一定的壓縮作用；2-3為壓氣機(jī)壓縮過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中壓力得到提升；3-4為燃燒室燃燒過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中溫度得到提升；圖1.3渦輪熱力循環(huán)圖4-5為渦輪膨脹做功過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中壓力和溫度均下降，氣體熱力學(xué)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功輸出；5-1為噴管?chē)姎猱a(chǎn)生推力過(guò)程。其中，1-3和4-5過(guò)程均考慮了不可逆過(guò)程中的熵增。對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪部件，熱力循環(huán)過(guò)程如圖1.3所示，在渦輪部件的不可逆膨脹過(guò)程中，相同壓力膨脹過(guò)程下的理想循環(huán)中的熱力學(xué)能減少量（等熵焓降）與不可逆循環(huán)中的實(shí)際熱力學(xué)能減少量（實(shí)際焓降）之間存在差值，這種差值與理想循環(huán)中的焓降占比決定了渦輪部件的膨脹工作熱力學(xué)效率，這也是渦輪設(shè)計(jì)初期較為關(guān)注的設(shè)計(jì)目標(biāo)。 1.1.2航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸流式渦輪工作原理 航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪部件工質(zhì)通流部分通常由導(dǎo)葉和動(dòng)葉組成，其中導(dǎo)葉為相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，動(dòng)葉會(huì)隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，輸出軸功。 渦輪作為一種將工質(zhì)的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)式動(dòng)力機(jī)械，廣泛地應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)，與其他動(dòng)力機(jī)械相比（與蒸汽機(jī)和內(nèi)燃機(jī)比較）具有以下幾方面的特點(diǎn)。 （1）渦輪的功率大。渦輪是連續(xù)工作的回轉(zhuǎn)式機(jī)械，在其內(nèi)工質(zhì)的熱能首先轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，然后將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功，所以可以顯著提高進(jìn)入其中的工質(zhì)量，從而提高渦輪的功率。活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)是一種往復(fù)式的動(dòng)力機(jī)械，進(jìn)入汽缸內(nèi)的工質(zhì)不能太多，因?yàn)檫M(jìn)入汽缸內(nèi)的工質(zhì)增加，必須使活塞的行程增加并使汽缸的直徑增大。這樣，汽缸的尺寸及活塞的直徑較大，增大了活塞往返的慣性力，降低了運(yùn)動(dòng)時(shí)的安全可靠性。 （2）渦輪具有高速性。高速性是指渦輪葉片的運(yùn)轉(zhuǎn)速度很高，上述渦輪具有工質(zhì)流量大和功率大的特點(diǎn)，而單位時(shí)間流入渦輪的工質(zhì)量與其速度相關(guān)，工質(zhì)的流動(dòng)速度與渦輪葉片的運(yùn)行速度有一定的比例關(guān)系，所以工質(zhì)的增加必然導(dǎo)致渦輪葉片運(yùn)動(dòng)速度的提高。 （3）渦輪有較高的渦輪前溫度。由熱力學(xué)可知，提高熱力循環(huán)的初始參數(shù)可以提高熱效率。在蒸汽渦輪中，更多的是提高渦輪前壓力，*高壓力甚至超過(guò)了500bar（1bar＝0.1MPa）；在燃?xì)鉁u輪中，更多的是提高渦輪前溫度，*高溫度甚至超過(guò)了2300K。 1.2渦輪的基本類(lèi)型 渦輪的應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，其種類(lèi)也較多，可以從結(jié)構(gòu)、功能、氣動(dòng)特征、有無(wú)冷氣四個(gè)方面來(lái)劃分。 1.2.1按結(jié)構(gòu)劃分 從結(jié)構(gòu)上，可以分為徑流渦輪（圖1.4）、軸流渦輪（圖1.5），也可以分為單級(jí)渦輪、多級(jí)渦輪、對(duì)轉(zhuǎn)渦輪，另外還包括特殊結(jié)構(gòu)的渦輪。 徑流渦輪（一般情況下為向心渦輪，特定場(chǎng)合下可為離心渦輪）往往應(yīng)用于小流量渦輪設(shè)備上，如渦輪泵、渦輪增壓器等，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，但是徑向尺寸會(huì)隨渦輪流量的增加而急劇增加，當(dāng)流量大到一定程度時(shí)，其尺寸和質(zhì)量將大于軸流渦輪，而效率水平會(huì)低于軸流渦輪，這時(shí)軸流渦輪更具有優(yōu)勢(shì)，因此軍民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)中往往采用軸流渦輪。 渦輪級(jí)數(shù)設(shè)計(jì)主要依據(jù)性能、質(zhì)量、壽命、成本等需求，軍用發(fā)動(dòng)機(jī)為追求高推重比，高、低壓渦輪一般采用單級(jí)渦輪，民用發(fā)動(dòng)機(jī)為追求較低的耗油率和較高的壽命、可靠性，高壓渦輪往往采用雙級(jí)渦輪，而低壓渦輪則采用更多的級(jí)數(shù)。但是這并不是絕對(duì)的，如著名的CFM56發(fā)動(dòng)機(jī)，其核心機(jī)是在用于B1轟炸機(jī)的F101核心機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的［1］，因此CFM56系列發(fā)動(dòng)機(jī)一直采用單級(jí)高壓渦輪設(shè)計(jì)。 對(duì)轉(zhuǎn)渦輪是指高、低壓渦輪轉(zhuǎn)子反向轉(zhuǎn)動(dòng)的渦輪，并充分利用反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)上游級(jí)出口產(chǎn)生的預(yù)旋來(lái)減小低壓**級(jí)導(dǎo)葉的折轉(zhuǎn)角度，甚至不需要**級(jí)導(dǎo)葉的折轉(zhuǎn)而取消**級(jí)導(dǎo)葉，因此對(duì)轉(zhuǎn)渦輪可以分為1＋1對(duì)轉(zhuǎn)渦輪[圖1.6（a）]、1＋1/2對(duì)轉(zhuǎn)渦輪[圖1.6（b）]、1＋1/2＋N對(duì)轉(zhuǎn)渦輪[圖1.6（c）]［2］。目前，對(duì)轉(zhuǎn)渦輪的應(yīng)用還不多，僅在新一代軍用發(fā)動(dòng)機(jī)等上有應(yīng)用。 變幾何渦輪在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的一大應(yīng)用領(lǐng)域是變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，變循環(huán)是新一代先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的典型特征，而變循環(huán)正是通過(guò)變幾何來(lái)實(shí)現(xiàn)的，包含變幾何渦輪部件。然而，在極高的溫度環(huán)境下實(shí)現(xiàn)渦輪變幾何，其難度可想而知。軸流渦輪變幾何與向心渦輪變幾何存在較大的差異，在同樣采用葉片旋轉(zhuǎn)方式變幾何時(shí)，后者是在平面上完成的，而前者是在曲面上完成的，因此軸流變幾何渦輪在氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上更為復(fù)雜。 1.2.2按功能劃分 按功能劃分，渦輪可分為高壓渦輪、中壓渦輪、低壓渦輪和動(dòng)力渦輪。其中，高壓渦輪用于驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)，雙軸發(fā)動(dòng)機(jī)中低壓渦輪用于驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇和增壓級(jí)，在英國(guó)羅爾斯 羅伊斯公司（簡(jiǎn)稱(chēng)羅 羅公司）特有的三軸發(fā)動(dòng)機(jī)中，通過(guò)中壓渦輪驅(qū)動(dòng)增壓級(jí)，低壓渦輪驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇。動(dòng)力渦輪主要用于渦軸/渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)、燃機(jī)中，有些動(dòng)力渦輪用于驅(qū)動(dòng)一些工業(yè)用途的壓縮系統(tǒng)，有些動(dòng)力渦輪用于驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)來(lái)提供電力，有些動(dòng)力渦輪用于驅(qū)動(dòng)飛機(jī)或艦船的渦槳，作為動(dòng)力之源。 1.2.3按氣動(dòng)特征劃分 按氣動(dòng)特征，可以將渦輪分為反力式渦輪和沖動(dòng)式渦輪。其中，反力式渦輪是指氣流在動(dòng)葉中具有膨脹過(guò)程的渦輪，沖動(dòng)式渦輪則是氣流在動(dòng)葉中不再膨脹的渦輪，即反力度為零的渦輪。氣動(dòng)上的特征決定了兩種渦輪的性能，反力式渦輪設(shè)計(jì)工況的效率水平更高，而沖動(dòng)式渦輪的起動(dòng)性能更好。航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃機(jī)等追求低油耗的發(fā)動(dòng)機(jī)中往往采用反力式渦輪，沖動(dòng)式渦輪往往應(yīng)用在功率密度要求較高，而效率要求不是很高的地方，如渦輪泵、空氣馬達(dá)等。 1.2.4按有無(wú)冷氣劃分 按有無(wú)冷氣劃分，可以將渦輪分為無(wú)冷卻渦輪和氣冷渦輪。氣冷渦輪的設(shè)計(jì)難度比無(wú)冷卻渦輪更高，需要在氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)、空氣系統(tǒng)、傳熱等方面考慮冷氣的影響，其復(fù)雜程度遠(yuǎn)高于無(wú)冷卻渦輪葉片。在早期的發(fā)動(dòng)機(jī)中，渦輪前溫度較低，應(yīng)力水平較低，一般采用無(wú)冷卻渦輪。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)的提升，渦輪前溫度不斷提高，必須采用冷卻措施才能達(dá)到渦輪壽命和可靠性的要求，但是目前的低壓渦輪和動(dòng)力渦輪的溫度水平仍不是很高，一般采用簡(jiǎn)單冷卻或者不冷卻。 1.3航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸流式渦輪的基本構(gòu)成 渦輪由靜子和轉(zhuǎn)子組成，如圖1.7所示。靜子由靜子葉片、機(jī)匣、渦輪外環(huán)等組成，轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子葉片、渦輪盤(pán)、渦輪軸等組成。其中，靜子葉片簡(jiǎn)稱(chēng)靜葉，也稱(chēng)導(dǎo)向器葉片或?qū)~，轉(zhuǎn)子葉片簡(jiǎn)稱(chēng)動(dòng)葉，導(dǎo)葉和動(dòng)葉合稱(chēng)為渦輪葉片。為保證安全工作，靜子和轉(zhuǎn)子間存在間隙（圖1.8）。間隙一般分為兩種： 一種為導(dǎo)葉和動(dòng)葉之間的距離在軸向上的投影，稱(chēng)為軸向間隙；另一種為靜子和轉(zhuǎn)子在徑向上的縫隙，稱(chēng)為徑向間隙。徑向間隙包括葉尖間隙、轉(zhuǎn)子前/后級(jí)間間隙、蓖齒間隙等。 導(dǎo)葉和動(dòng)葉組成的氣體流經(jīng)的主要通道為主流道（圖1.9），主流道上下壁面的型線從前到后一般為擴(kuò)張型，以適應(yīng)氣流經(jīng)過(guò)渦輪后增加的體積流量，有些情況下，進(jìn)出口軸向速度的比值也會(huì)影響其形狀。高溫高壓燃?xì)膺M(jìn)入主流道，通過(guò)導(dǎo)葉通道發(fā)生膨脹，氣流速度增加且被扭轉(zhuǎn)，高速扭轉(zhuǎn)氣流沖擊動(dòng)葉，使動(dòng)葉旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生

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