航空发动机承力的机匣，不同的结构特点隐藏着不同的秘密 ...

沐易楊

发动机是飞机的“心脏”，是推动飞机快速发展的原动力，是飞机性能、可靠性和成本的决定性因素，航空发动机技术的发展对国防和国民经济有着极其重要的作用，它的每一次突破和进步都标志着人类在航空领域的又一次腾飞。



图1.发动机结构模型
机匣是航空发动机的重要零件之一，它是整个发动机的基座，是航空发动机上的主要承力部件，其外形结构复杂，不同的发动机、发动机不同部位，其机匣形状各不相同，机匣零件的功能决定了机匣的形状，但他们的基本特征是圆筒形或圆锥形的壳体和支板组成的构件，由于机匣零件设计难度大，周期长，在整个发动机的设计中，机匣的设计占相当大的比重，提高机匣的设计效率对压缩发动机整机的设计有重要的意义。
机匣类零件的分类：

按照设计结构可以分成两大类，即环形机匣和箱体机匣。环形机匣可以进一步分成整体环形机匣、对开环形机匣和带整流支板的环形机匣。其中，整体环形机匣，例如燃烧室机匣、涡轮机匣等；对开机匣，例如压气机机匣；带整流支板的机匣，例如进气机匣、中介机匣、扩散机匣等；箱体机匣，例如附件机匣、双速传动壳体。机匣如果按功能进行分类，在涡喷发动机上，有进气处理机匣、低压压气机机匣、高压压气机机匣、燃烧室机匣、轴承机匣、涡轮机匣、加力燃烧室机匣、中央传动机匣、附件机匣等；在涡扇发动机上，与涡喷发动机上不同的机匣还有进气机匣、风扇机匣、中介机匣、涡轮后机匣、外涵机匣等。

按材料进行分类，有铝合金、钛合金、耐高温合金、高强度钢、复合材料机匣等。例如：风扇机匣、附件机匣大多采用钛合金材料和铝合金材料；压气机机匣低压部分一般采用高强度钢材料，高压部分一般采用钛合金材料；涡轮机匣多采用镍基高温合金材料和高强度钢材料。
下图为涡喷发动机和涡扇发动机的机匣划分情况。



其中，风扇机匣的主要材质为钛合金，具有高硬度、高强度、耐腐蚀、耐高温的难加工特性，刀具磨损剧烈，加工硬化现象严重，切削困难。



图2.风扇机匣



图3.燃烧室前端机匣

发动机机匣结构特点

随着航空发动机更新换代，发动机机匣的结构形式也越来越复杂。


（1）整体式环形机匣结构特点：
由机匣壁和前后安装边组成，一般为薄壁的圆锥体或圆柱状，壳体外表面有环形加强筋、环带、凸台；内表面有环形槽、圆柱环带及螺旋槽；圆柱环带上分布有圆周的斜孔；壳体壁上设有径向孔、异形孔及异性槽等

（2）对开式环形机匣结构特点：
该类机匣一般带有纵向安装边，呈圆锥体或圆柱体状，内表面具有环形槽或 T 型槽及螺旋槽；外表面具有加强筋、支撑台、限位凸台、各种功能凸台和异性凸台；机匣壁上有安装孔、定位孔、通气孔、径向孔和异形孔等

（3）带整流支板机匣结构特点：
该类机匣有铸造结构和焊接结构，一般由外环、内环及空心整流支板组成。内外环壁较厚，设置有径向孔；内环端面有螺栓孔；外环上有定位孔、连接孔；外表面有安装座和平面等。

（4）箱体机匣结构特点：
该类机匣结构外形复杂、壁薄、刚性差，壳体表面具有安装孔、平面、接合面、基准面、定位销孔、螺纹孔、油路孔等。毛坯多为砂型铸造镁合金。
对机匣进行工艺分析是制定机匣加工工艺、进行机匣工艺优化的的重要前端工作。所谓工艺分析是指对零件的制造工艺性进行分析。制造工艺性分析分析包含两个部分内容:结构工艺性分析和制造工艺性分析。结构工艺性分析是针对产品或部件设计过程而言的,制造工艺分析是针对制造过程而言的。所谓结构工艺性是指对设计对象在满足使用要求的条件下制造的可行性和经济性的分析。制造工艺是指对制造产品全过程的描述,制造过程采用机械加工方法直接改变毛坯的形状、尺寸、各表面间的相互位置和表面质量,使之成为合格零件的过程,是一种技巧、方法和程序的集合。机械零件的工艺制定是一项复杂的工作,它要求在给定的条件下,制定出最合理的工艺过程,并且达到质量、生产率和经济性的协调统一。

下图是机匣工艺制定所基于的分析流程



鉴于机匣种类繁多，下面以德国奥美特五轴机床加工罗罗发动机机匣为例，来了解下发动机机匣的制造过程及其特点。

该机匣详细的制造过程如下


首先是准备工作，将毛坯放置于机床上，然后开始进行第一步的加工工序。第一步先加工机匣的外壁，根据要达到的要求设定好程序然后进行加工，使之满足产品的要求。




然后我们来对机匣的内部进行加工



刀具加工内壁的细节展示图



加工完内壁以后的机匣如下图所示



更换刀具后再进行其他细节的加工



初成形的机匣



再进行最后细节的加工



加工完成



我们在一步步了解该机匣的加工工艺时可以从细节看出其特点。机匣之于发动机的作用犹如发动机之于飞机，因而把握好机匣的制造及特点，提高机匣制造的质量对发动机乃至飞机都至关重要，机匣犹如飞机上一枚螺丝钉，虽然不起眼但却不可或缺。机匣加工技术的进步必然推动航空事业的发展。

夏时蝉

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