航空發動機葉片知多少(二)——壓氣機葉片簡介

上期,我們聊了風扇葉片。

接著上期,我們來談談發動機中另外一種重要的葉片——壓氣機葉片。


航空發動機葉片知多少(二)——壓氣機葉片簡介

壓氣機葉片

壓氣機的位置緊鄰著風扇,壓氣機的作用是把通過風扇進行初步壓縮後進入內涵道的空氣繼續進行壓縮,從而使得空氣的壓力逐漸增加,最終參與燃燒。此外,壓縮後的氣體也可以為座艙增壓、渦輪散熱和其他發動機的起動提供壓縮空氣。而完成這一壯舉的直接參與者就是壓氣機葉片。

航空發動機葉片知多少(二)——壓氣機葉片簡介

compressor 就是壓氣機

壓氣機葉片是軸流式壓氣機重要零件之一,它直接影響壓氣機的氣動性能、工作可靠性、重量及成本等。由於它不僅受較高的離心負荷、氣動負荷、大氣溫差負荷及振動的交變負荷影響,同時還受到發動機進氣道外來物的衝擊,受風沙、潮溼的侵蝕等,因而在使用中壓氣機工作葉片比壓氣機的其他零部件故障要多得多。因此,無論在設計、製造,還是使用維修中,在葉片方面耗費的勞動較多,成本也高。

航空發動機葉片知多少(二)——壓氣機葉片簡介

多級軸流式壓氣機氣流壓力、速度變化示意圖

可以把葉片拆卸的壓氣機都是軸流式壓氣機。軸流式壓氣機具有增壓比高、效率高、單位面積空氣質量流量大、迎風阻力小等優點,在相同外廓尺寸條件下可獲得更大的推力。因此在航空燃氣渦輪發動機上,特別在大、中推力發動機上,普遍採用軸流式壓氣機。

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帶葉片的軸流壓氣機轉子

壓氣機葉片目前主要是鈦合金材料。工作葉片主要由葉身和榫頭兩部分組成。工作葉片的工作可靠性依賴於葉片本身和其與輪盤的聯接有足夠的強度、適宜的剛性和較小的應力集中。為了滿足氣動和強度的要求,壓氣機工作葉片的葉身一般都由適應亞聲速或超聲速工作的葉片型面,按一定的扭向規律及型面重心分佈規律,沿葉高重疊而成。為了儘量減輕重量,葉尖的弦長要比根部的窄,厚度要比根部的薄。

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1-葉身;2-葉根;3-減震凸臺

壓氣機也是通過榫齒榫槽連接的,壓氣機的榫連接類型主要有,燕尾型榫齒和銷釘型連接方式。

(1)燕尾形榫頭。顧名思義,燕尾型榫頭形狀就想燕子的尾巴。而燕尾形榫頭依榫槽的走向不同有兩種形式,分為軸向和周向。

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軸向燕尾型榫槽

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周向燕尾型榫槽

2)銷釘式榫頭

軸流式壓氣機的銷釘式榫頭多采用凸耳鉸接的方案,這種形式榫頭的優點是工藝裝配簡單,不用專門設備加工,對於單個生產和試驗用的發動機有一定的優越性。同時鉸接的銷釘式榫頭是消除葉片危險性共振的有效措施之一。但這種榫頭承載能力有限,尺寸和重量大。

航空發動機葉片知多少(二)——壓氣機葉片簡介

銷釘連接葉片示意圖

但是隨著加工製造技術的不斷髮展,現在出現了不用榫連接的方式——整體葉盤結構。整體葉盤(Blisk=Blade+disk)通過將傳統結構的葉片和輪盤設計成整體結構,省去傳統連接方式採用的榫頭、榫槽和鎖緊裝置,結構重量減輕、零件數減少,避免了榫頭的氣流損失,使發動機整體結構大為簡化,推重比、效率和可靠性明顯提高。在第四代戰鬥機的動力裝置推重比10 發動機F119 和EJ200上,風扇、壓氣機和渦輪採用整體葉盤結構,使發動機重量減輕20%~30%,效率提高5%~10%,零件數量減少50% 以上。

整體葉盤的加工方法複雜,目前整體葉盤的製造方法主要有:電子束焊接法;擴散連接法;線性摩擦焊接法;五座標數控銑削加工或電解加工法;鍛接法;熱等靜壓法等。

航空發動機葉片知多少(二)——壓氣機葉片簡介

航空發動機葉片知多少(二)——壓氣機葉片簡介

總之,壓氣機葉片是發動機中最多的葉片零件,鍛造出來的壓氣機葉片鋥光瓦亮的,真的像一個藝術品。國內壓氣機葉片做得最好的就是無錫透平,它是三巨頭的壓氣機葉片供應商。

今天就聊到這裡,歡迎大家關注我的頭條號,獲得更多航空發動機知識。


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