包括不同功能部件的总体布置、转子结构类型及数目、转子支承方案、承力系统传力路线、承力框架位置及其结构形式等。不同类型发动机总体布局具有一定差异。

1937年4月，英国的F.惠特尔首先研制成功第一台地面试验用燃气涡轮发动机，确定了发动机核心机的总体布局：压气机与涡轮通过转子轴相连，燃烧室置于二者之间，空气经压气机增压后流入燃烧室，在燃烧室内喷入燃油掺混燃烧，产生的高温燃气进入涡轮膨胀做功，使涡轮高速旋转驱动压气机及其他部件。

航空燃气涡轮发动机包括广泛应用的涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机，以及新型的齿轮传动风扇发动机、桨扇发动机等基本类型，其基本总体布局如下。

由进气道进入发动机的空气经过增压、燃烧、膨胀后，从发动机尾喷口高速排出，发动机的推力由高速气流的反作用力产生（图1）。为获得更高增压比、具有大稳定工作范围的压气机，普惠公司发展了多轴概念。将压气机分为串联的两个部分，分别由两个涡轮以不同转速驱动，构成双转子结构，如图1（b）；也有进一步分为三部分，构成三转子。压气机中位于前端、空气压力较低部分，称为低压压气机；后端、高空气压力部分称为高压压气机。相应的，涡轮也分为低压涡轮、高压涡轮（核心机涡轮）。

为在短时间内提高推力，可在涡轮与尾喷管之间安装加力燃烧室，补充喷入燃油，进一步燃烧以提高燃气排除速度，增加推力。

图1 涡轮喷气发动机简图

在风扇结构中，将流入气流分为两路，一路流经核心机参与燃烧室燃烧，称为内涵道；另一路不经燃烧室直接经风扇增压后由外部通道排除（或与内涵燃气掺混后排除），称为外涵道。最简单布局的是将涡轮工作叶片向外延伸，形成风扇叶片，称为后置风扇发动机或涡轮后风扇发动机，如图2a，因性能与加工制造限制，未得到广泛应用。应用最广的是前置风扇的设计方案，是动力涡轮（低压涡轮）传动轴穿过核心机转子中心，驱动外径大于核心机压气机的单级或多级风扇叶片。根据装配飞机的使用要求和涵道比（外涵道与内涵道空气流量的比值）大小可分为小涵道比涡扇发动机（图2b）和高涵道比涡扇发动机（图2c）。

图2 涡轮风扇发动机简图

涡轮螺旋桨发动机主要提供轴功率而非推力，核心机涡轮后流出燃气，动力涡轮中继续膨胀做功，使其高速旋转，然后通过减速器降速，再驱动螺旋桨，通过桨叶产生推力或拉力。

图3 涡轮螺旋桨发动机简图

其结构与涡轮螺旋桨发动机基本一致，只是其动力涡轮经传动齿轮箱减速后驱动直升机旋翼，而非螺旋桨。

图4 涡轮轴发动机简图

结构与涡轮螺旋桨发动机基本一致，但采用宽弦长、大后掠多片桨叶，以提高大飞行速度下效率。

图5 桨扇发动机简图

是在涡轮风扇发动机基础上，在风扇与低压涡轮之间配装减速齿轮箱，通过齿轮调整风扇与低压涡轮转速比，解决二者最佳工作状态匹配。

为转子提供支承约束，主要确定转子支点的数目与位置。包括单转子支承方案与多转子支承方案。

对单一转子主要有两支点与三支点两类支承方案。以压气机/涡轮为参考描述支点位置，“-”表示压气机或涡轮，用数字“1”“2”表示支点数。两支点方案主要有1-0-1和1-1-0两种类型，如图6a，主要适用于刚性转子；采用1-1-0方案，支点间跨度小，但后支点位于涡轮前，环境温度高；采用1-0-1方案，支点环境优，但支点间跨度增大，通常采用大鼓筒轴以提高直径、增大刚度。三支点方案主要有1-1-1和0-2-1两种类型，如图6b，适用于轴向尺寸大的相对柔性转子系统。需要解决“三点共线”问题，通常采用柔性联轴器或提高转子加工的精度，并且需要支承系统具有高精度的装配技术。

图6 单转子支承方案

现代航空发动机大多采用的是双转子或三转子结构。相比单转子，多转子结构的支承数目随之增多，结构也更为复杂。以双转子为例，可对其高、低压转子各自分割，分别按前述单转子系统进行支承方案设计，如图7a；或采用中介支点，将高压涡轮转子坐于低压涡轮轴，如图7b。

图7 多转子支承方案

由各轴承座到安装节之间的承力结构的统称，用于承受和传递作用于结构上的载荷。根据涡轮与压气机机匣之间的结构设计方案和受力关系，考虑承力路线是否穿越燃气通道，可归纳为内传力结构方案、外传力结构方案、不封闭的双路承力方案及封闭的双路承力方案（图8）。

涡轮机匣和压气机机匣的承力连接借助于燃烧室内机匣，相对于燃气流道而言，承力路线在气流通道内部。不足在于需加强机匣、质量较大、径向尺寸较小，要保持刚性，需在结构上智能增加壁厚或加强筋。在早期采用环管式燃烧室的发动机中广泛采用，如BK-1、RD-500发动机等。

涡轮机匣和压气机机匣的承力连接借助于燃烧室外机匣，相对于燃气流道而言，承力框架位于外侧。直径较大，具有良好的刚度。但涡轮承力需穿过燃气通道，结构复杂。采用此方案的有AL-21、D-136发动机等。

燃烧室外机匣承受来源于涡轮机匣、导向器叶片和出口装置的载荷；涡轮转子作用力通过后承力框架传到压气机后承力机匣；后承力框架设计为悬臂结构，不需要经过燃气通道。对带有环形燃烧室以及带有多级涡轮结构的发动机更为合理，如PW4000、F100发动机等。

在涡轮机匣和压气机机匣上具有承力框架，同时在燃烧室内外机匣均设计为承力件，即在涡轮与压气机之间形成封闭的环腔式承力结构。适用于具有环管式燃烧室的发动机，如D-30B、WP7等。

图8 典型承力系统与承力路线

不同类型发动机典型承力系统及其主要特征、应用实例等，如表所示。

不同形式转子结构的特点和应用