發動機工作時，在轉子與靜子上作用有各種負荷。這些負荷中，有的在零件本身或相鄰的零部件中抵消或部分抵消，其總的剩餘負荷如推力、剩餘扭矩、重力、機動過載等經過發動機安裝節傳給飛機。有一些構件不僅承受著本身的或本組合件的負荷，而且還要傳遞相鄰部件的負荷。
基本介紹
- 中文名：靜子承力系統
- 外文名：Stator bearing system
- 學科：航空工程
- 領域：理論技術
- 範圍：負荷
簡介,單轉子發動機傳力方案,雙轉子發動機傳力方案,靜子承力系統特點,
簡介
發動機工作時，在轉子與靜子上作用有各種負荷。這些負荷中，有的在零件本身或相鄰的零部件中抵消或部分抵消，其總的剩餘負荷如推力、剩餘扭矩、重力、機動過載等經過發動機安裝節傳給飛機。有一些構件不僅承受著本身的或本組合件的負荷，而且還要傳遞相鄰部件的負荷。承受和傳遞這些負荷的機厘(殼體)和構件組成了發動機的靜子承力系統。因此在設計中，應統籌考慮承力構件能可靠地、合理地承受和傳遞這些負荷，以減少承力構件的最大負荷值，減輕發動機的重量。
為減輕發動機重量，充分利用發動機機匣(殼體)材料，發動機上所有機匣(殼體)大多包括在靜了承力系統之內，甚至溫度較高的燃燒室機匣，渦輪機匣也包括在內。但也有的發動機製成雙層機匣。內機匣僅形成通道及承受本組件的負荷，而由外機匣傳遞負荷並承受重力、機動過載等主要負荷。這樣，由於通道部件工作時不承受外傳負荷及彎曲負荷，能保持準確的通道形狀，可提高效率，同時也加強了抗外物打擊的包容性。但這種結構重量要大一些。
單轉子發動機傳力方案
一般發動機的主安裝面位於壓氣機後機匣，根據渦輪及其後面的部件上負荷向前傳力的路線，可分為內傳力、外傳力、內外混合傳力及內外平行傳力四種傳力方案。其中內外混合傳力方案套用最廣。
（1）內傳力方案
作用於渦輪盤前支點和渦輪後部如尾噴管、加力燃燒室的負荷以及作用於渦輪機匣上的負荷，均由內機匣承受並傳到前面的主安裝節上。這種傳力方式稱為內傳力方案。由於內機匣直徑較小，為加強剛性，常用較厚的鑄件機匣。
這種方案，在軸流式壓氣機的發動機中很少採用，它只適用於離心式壓氣機的發動機或具有分管式燃燒室的軸流發動機上。
（2）外傳力方案
多級渦輪發動機，為減少渦輪轉子的懸臂彎矩，常將渦輪轉子支點放在渦輪的後面;當燃燒室很短，有時將支點放在渦輪後面或渦輪級間。這時，後支承的負荷只能通過外殼傳出，即發動機轉子後支承的負荷經承力構件與尾噴管及渦輪靜子的負荷一起，通過發動機外殼傳至安裝節;而前支承負荷通過壓氣機機匣傳至安裝節。這種承力方案僅靠外殼傳力稱之為外傳力方案。這時，渦輪後支承的承力構件需穿過高溫區域，因此必需採取隔熱措施。對於軸承更需隔熱並需加強冷卻潤滑，這些都增加了構造的複雜性。
（3）內外混合傳力方案
發動機靜子承力系統與作用在這些機匣上的負荷一同傳給發動機安裝節。渦輪靜子及尾噴管的負荷通過渦輪外殼、燃燒室外殼以及渦輪軸機匣，分成內外兩路，連同這些組合件上的負荷一起傳至安裝節。同樣，渦輪轉子軸承的負荷也通過這內外兩路傳至安裝節。外殼與渦輪軸機匣前端借壓氣機末級整流葉片相聯，後端借一級導向葉片內的拉桿相聯，形成一個縱剖面為盒形的閉式傳力結構。內外兩路負荷的分配與內外傳力件的剛性及其前後兩端聯接方案有關，這種方案稱為內外混合傳力方案。
（4）內外平行傳力方案
帶有環形燃燒室的發動機，如發動機轉子的後支點在渦輪的前面，由於在高溫的環形燃氣通道內採用支柱結構十分困難，此時渦輪支承的負荷可僅通過渦輪機匣單獨傳出，而發動機外殼只傳遞尾噴管及渦輪靜子的負荷，形成了內外平行傳力方案。後支承的承力構件不通過高溫區域與外殼相聯，使軸承工作溫度降低，但是由於軸承機匣直徑較小，需在結構上加強剛性。
雙轉子發動機傳力方案
在雙轉子發動機靜子承力系統中，一般有內、外涵道二層機匣。渦輪前靜子部件的傳力路線與單轉子發動機的傳力方案類似，除中介支點外，各個支點負荷均通過專門的承力構件傳至發動機內涵道的機匣，經承力機匣上的安裝節傳至飛機上。高壓渦輪附近支點負荷的傳遞路線，仍然有內外混合傳力、內外平行傳力、外傳力之分，低壓渦輪後支點的負荷只能用外傳力方式傳出。並與高壓渦輪附近支點的傳力路線匯合。這裡所指的外傳力部分，主要是通過發動機內涵道機匣傳遞的。根據不同機種的結構方案，外涵道機匣可承受並傳遞部分載荷。
靜子承力系統特點
在單轉子發動機的靜子承力系統中，前支承的傳力路線一般變化不大，由於後支承負荷的傳力路線不同，形成幾種不同的傳力方案。內外混合傳力方案能充分利用靜子機匣構件，因而重量輕，剛性好，結構緊湊。但由於部件(如燃燒室、渦輪等)的結構型式不同以及轉子的支承方案不同，在不同的條件下還採用外傳力、內外平行傳力等方案。在承力結構設計時，應充分利用現有的靜子結構的零部件，以減輕發動機的重量。在低溫區城可利用壓氣機靜子葉片承受負荷。承受軸向力或較大負荷如主安裝節附近區域則可利用承力較強的鑄造機匣或板料焊接機匣。在高溫區域應注意受熱部分承力件的熱負荷，採用與高溫氣流隔離的承力部件應具有足夠的剛性，對內外混合傳力方案要考慮內、外殼體由於溫度不同的軸向熱補償等問題。另外，在很多發動機的重點部位採用了專門的承力構件，如承力支柱、導向器承力框架、整流支板，還有高涵道比渦扇發動機的中介機匣、風扇排氣機匣、渦輪排氣機匣等。
