摘 要

航空涡轮发动机是飞机的核心部分，为整个飞机提供动力。而叶片作为涡轮发动机最重要的部件之一，对叶片进行良好的优化设计，可以使涡轮发动机获得高效率和高性能。涡轮叶片工作在高温、高压、高转速的恶劣环境下，其设计涉及气动、结构强度、振动和寿命等多个学科的耦合。因此，对涡轮发动机叶片进行科学的优化设计是非常重要的。本文基于涡轮发动机的工作原理，通过计算并设计吸气叶片和做功叶片的角度，然后应用空气动力学以及流体力学等理论，来完成对发动机动叶片和静叶片组的角度设计及优化。

关键词：涡轮发动机；叶片组；角度设计及优化

Abstract

Aviation turbine engine is the core part of the aircraft, power for the entire fleet. And blade as a turbine engine is one of the most important components, the blade optimization design is good, and can make the turbine engine to obtain high efficiency and high performance.Turbine blade working in high temperature and high pressure, high speed, under the conditions of its involving pneumatic design, structure strength, vibration and service life of multiple disciplines such as coupling. Therefore, the optimization of turbine engine blade for scientific design is very important. Based on the working principle of turbine engine, through the calculation and design inspiration leaf blade Angle and power, and then the air dynamics and fluid mechanics theory, to complete the group and static blade Angle to launch blades design and optimization.

Keywords: Turbine engine; Leaf blade group; Design and optimization

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 1

第1章 绪 论 2

1.1航空涡轮发动机的发展 2

1.1.1西方涡扇发动机发展历史与现状 2

1.1.2我国涡扇发动机发展历史与现状 3

1.2航空涡轮发动机的工作原理 3

第2章 方案拟定 6

2.1 提出方案 6

2.2 方案分析 6

第3章 理论依据 8

第4章 结果与讨论 13

4.1 关于苏-35战斗机发动机的计算分析 13

4.1.1 苏-35推重比为10时 13

4.1.2 苏-35推重比为12时 15

4.1.3苏-35推重比为14时 16

4.2关于F-22战斗机发动机的计算分析 17

4.3关于波音777-200发动机的计算分析 18

第5章 结 论 19

参考文献 20

致 谢 21

第1章 绪 论

本文探究的主体对象是航空涡轮发动机。航空涡轮发动机是一种非常复杂且比较精密的机械装备，它能够为整个航空飞机提供飞行所需要的巨大动力。航空涡轮发动机被看作为飞机的心脏，在工业领域，它又被称为“工业之花”。航空涡轮发动机能够影响飞机的各方面性能，包括飞机的经济性和可靠性，是一个国家工业、科技和国防实力的重要体现。接下来，本文将从航空涡轮发动机的发展情况和工作原理两方面进行说明。

1.1航空涡轮发动机的发展

航空涡轮发动机通常可以分为三大类：涡轮喷气式发动机、涡轮风扇式发动机和涡轮螺旋桨式发动机。涡轮喷气式发动机的特点是：油量的消耗大，能量的损耗也大，在商业民航客机领域方面的应用受到极大限制。而涡轮风扇式发动机喷气速度小、噪声低、耗油率低，广泛应用于各个类型的民航客机上。涡轮螺旋桨式发动机能量的损耗小、推进效率高并且油耗低。在飞机上应用这种发动机会导致飞机的飞行速度变的比较慢，因而这种发动机的发展也受到了限制。涡轮风扇式发动机与涡轮喷气式和涡轮螺旋桨式发动机两种发动机相比较，它具有的优点是能够很大程度地提高发动机的效率和降低油量的损耗，这样就能够提高飞机的有效航程。所以现在主要研究和发展的是涡轮风扇发动机。目前，大飞机所需的大推力涡轮风扇式发动机的研制难题影响了航空的发展，无论是在商用方面还是在军用方面都是难以解决的世界性难题。因此，本文从涡轮风扇发动机的发展和研究现状出发。

1.1.1西方涡扇发动机发展历史与现状

20世纪50年代，涡轮风扇式发动机在美国开始被研制，当时美国的NACA（即美国航空航天管理局的前身）对涡轮风扇式发动机进行了非常重要的科学研究。在1955到1956年间，GE（美国通用电气公司）接手其研究成果并进行了深入发展。终于，在1957年，该公司成功研制出了CJ805-23型涡轮风扇式发动机，并且打破了超音速喷气发动机的许多纪录。在1960年，波音707大型长途喷气客机选用了罗尔斯•罗伊斯公司研制出的“康威”(Conway)涡轮风扇式发动机，该公司率先走出了民航客机应用涡轮风扇式发动机的第一步。在20世纪60年代，洛克西德“三星”客机和波音747“珍宝”客机选用了罗•罗公司的RB211-22B大型涡轮风扇式发动机，标志着涡轮风扇式发动机的全面成熟。此后西方民用航空工业迅速抛弃了涡轮喷气式发动机。在20世纪70～80年代，俄罗斯等国家研制出了推重比(即发动机的推力大小与发动机的质量值的比值）为7～8的战斗机发动机。在20世纪90年代，推重比为10级的新一代的军用加力式的涡轮风扇式发动机被西方发达国家研制出来了，这种涡轮发动机包括西欧四个国家联合研制出的EJ200发动机，法国西奈马克公司研制出的M88-2发动机，俄罗斯研制出的AL41F（带推力矢量喷口）发动机和美国普拉特惠特尼研制出的F119和YF120发动机；不仅研制出了军用发动机，还研制出了新一代的先进的民用涡轮风扇式发动机，主要包括GE90、PW4084、“遄达”800和CFM56-7发动机等。这些发动机具有的共同优点是，在能够确保提高发动机的可靠性、耐久性和可维护性的同时，运用预先研究计划开发出的新材料、新结构和先进的气动热力学设计等科学技术，可以极大地提高发动机的推力，并且减小涡轮发动机及飞机的质量，这样就能够提高发动机的各项性能。

自从美国的F-22以四代战斗机的标准下线以来，涡轮风扇式发动机也进入了更新的时代，四代机的特点是：超机动性、隐身性，超音速巡航，及高度智能化、机载火控设备和通讯设备。为了实现上述的这些特性，涡轮发动机需要满足四代机的全部设定要求。比如，美国的F-22战斗机运用的普•惠F-119发动机就具备非常优异的维修功能和强大的推动力。而且它是世界上第一种具有推动力转向能力的实用型发动机，它的零件数量比现役发动机的零件数量减少了40％，维修时所需要用的维修工具减少了60％，所以才能够保证其实现超机动性和超音速巡航的特性。

1.1.2我国涡扇发动机发展历史与现状

在20世纪70年代中期，中国政府引进了英国罗•罗公司的斯贝系列民用发动机（这款发动机是在20世纪60年代初期开始研制的，其国内的代号为WS-9秦岭）。由于西方国家只提供成品不卖技术，而且其发动机又属世界上第二代涡轮风扇式发动机的技术。国内虽然对涡轮风扇式发动机进行了仿制，但却耗费了一二十年时间（直到2003年才完全实现100%的国产自主化）。在20世纪80年代初期，航空工业部科技委在北戴河召开了关于发展航空涡轮发动机的专题会议，经过会议讨论后，专家组一致决定对“昆仑”号和“太行”号涡轮发动机进行大力研究。终于，在1986年，“太行”发动机开始研制工作，并在1993年完成了验证机阶段的工作。