航空燃气轮机总体结构设计与动力学分析（一）

今天起，学习《航空燃气轮机总体结构设计与动力学分析》这本教材，本书由洪杰、马艳红、张大义著，北京航空航天大学出版社出版。

帖子的目的是分享学习中的自我领悟的内容，也希望与各位大牛进行交流。帖子内容不会原封誊录书中文字，图书在二手东上有正版。下面正式开始。

书中一开始的章节为概述，讲述了航空发动机从活塞-螺旋桨式发展到涡轮喷气式的历史过程。燃气涡轮喷气式发动机的替代登场，无外乎两个主要因素：1、活塞式发动机的功率与质量的限制；2、螺旋桨叶的叶尖处其线速度超过声速时生气流分离，导致整个桨叶发生震颤，桨叶效率大幅降低，从原理上无法再提高飞行器速度，使之无法超过声速。

因此催生除了燃机涡轮发动机的诞生，战争是科技的催化剂，在第二次世界大战中，空军在战争中发挥着划时代的作用，这也直接导致了飞行器的大发展。在二战结束后，美苏之间的冷战又是将航空工业技术推向了新的高潮，同时巨大的民用市场也推动着民用飞行器动力的前进。

目前航空燃气涡轮发动机有5种类型，分别为1、涡轮喷气发动机；2、涡轮风扇发动机；3、涡轮螺旋桨发动机（涡桨发动机）；4、涡轮轴发动机；5、螺桨风扇发动机（桨扇发动机）等。这五款发动机的差别这里就不做赘述。

由压气机、燃烧室和涡轮组成的叫做核心机也可称为燃气发生器。在单指核心机时，也可以理解为，范围仅限于高压压气机、燃烧室、和高压涡轮，可以看出如果设计制造出一款先进的核心机，那么再配上低压部分即可派生出很多型号发动机，因此核心机也是各国设计的重中之重。

下面分别就三大部件展开：压气机

压气机的增压比对于提高发动机热效率是一个关键因素，目前大型商用飞机发动机如通用GE90，总增压比达到了40。提高增压比会受到材料本身的严重制约，随着增压比的提高，T3温度（压气机出口温度）逐渐升高，导致材料由镍基合金转向钛合金甚至高温合金。

另外叶尖与机匣的封严问题也日益凸显，通用公司设计的静子叶片端部安装有蜂窝结构的封严内环，配合篦齿能够满足极佳的封严效果。

在压气机布局上，每个公司有各自的技术传承和习惯，例如老美的通用公司，早起迷恋搞单转子发动机，J79单转子涡喷发动机压气机做到了17级，由3级涡轮驱动，增压比达到了13.3，同时采用了可调静子叶片，更好地适应不同飞行包线的。而普惠公司早起则热衷双转子发动机1级高压涡轮驱动7级高压压气机，2级低压涡轮驱动9级低压压气机。老英的罗罗则搞出了三转子RB211发动机。

剑走偏锋都不是好的方案，后来GE和P&W都意识到了这一点，才搞出现在的双转子+可调静子叶片的结构。