涡轮风扇发动机( 四 ) _生活百科

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几种燃气涡轮发动机的机械布局在现代涡扇发动机上的压气机大多是轴流式压气机，轴流式压气机有着体积小、流量大、单位效率高的优点，但在一些场合之下离心式压气机也还有用武之地，离心式压气机虽然效率比较差，而且重量大，但离心式压气机的工作比较稳定、结构简单而且单级增压比也比轴流式压气机要高数倍。比如在中国台湾的IDF上用的双转子结构的TFE1042-70涡扇发动机上，其高压压气机就採用了四级轴流式与一级离心式的组合式压气机以减少压气机的级数。多说一句，这样的组合式压气机在涡扇发动机上用的不多，但在直升机上所使用的涡轴发动机如今一般都为几级轴流式加一级离心式的组合结构。比如国产的涡轴6、涡轴8发动机就是1级轴流式加1级离心式构成的组合压气机。而美国的“黑鹰”直升机上的T700发动机其压气机为5级轴流式加上1级离心式。压气机是涡扇发动机上比较核心的一个部件。在涡扇发动机上採用双转子结构很大程度上就是为了迎合压气机的需要。压气机的效率高低直接的影响了发动机的工作效率。当前人们的目标是提高压气机的单级增压比。比如在J-79上用的压气机风扇有17级之多，平均单级增压比为1.16，这样17级叶片的总增压比大约为12.5左右，而用在波音777上的GE-90的压气机的平均单级增压比以提高到了1.36，这样只要十级增压叶片总增压比就可以达到23左右。而F-22的动力F-119发动机的压气机更是了的，3级风扇和6级高压压气机的总增压比就达到了25左右，平均单级增压比为1.43 。平均单级增压比的提高对减少压气机的级数、减少发动机的总量、缩短发动机的总长度是大有好处的。但随着压气机的增压比越来越高，压气机振喘和压气机防热的问题也逐渐突现。在压气机中，空气在得到增压的同时，其温度也在上升。比如当飞机在地面起飞压气机的增压比达到25左右时，压气机的出口温度就会超过500度。而在战斗机所用的低函道比涡扇发动机中，在中低空飞行中由于冲压作用，其温度还会提高。而当压气机的总增压比达到30左右时，压气机的出口温度会达到600度左右。如此高的温度钛合金是难当重任的，只能由耐高温的镍基合金取而代之，可是镍基合金与钛合金相比基重量太大。与是人们又开发了新型的耐高温钛合金。在波音747的动力之一罗·罗公司的遄达800与EF2000的动力EJ200上就使用了全钛合金压气机。其转子重量要比使用镍基合金减重30%左右。与压气机防热的问题相比压气机振喘的问题要难办一些。振喘是发动机的一种不正常的工作状态，他是由压气机内的空气流量、流速、压力的空然变化而引发的。比如在当飞机进行加速、减速时，当飞发动机吞水、吞冰时，或当战斗机在突然以大攻飞行拉起进气道受到禁止进气量骤减时。都极有可能引起发动机的振喘。在涡扇喷气发动机之初，人们就採用了在各级压气机前和风扇前加装整流叶片的方法来减少上一级压气机因绞动空气所带给下一级压气机的不利影响，以克制振喘现像的发生。而且在J-79涡喷发动机上人们还首次实现了整流叶片的可调整。可调整的整流叶片可以让发动机在更加宽广的飞行包线内正常工作。可是随着风扇、压气机的增压比一步一步的提高光是採用整流叶片的方法以是行不通了。对于风扇人们使用了宽弦风扇解决了在更广的工作範围内稳定工作的问题，而且採用了宽弦风扇之后即使去掉风扇前的整流叶片风扇也会稳定的工作。比如在F-15上的F100-PW-100其风扇前就採用了整流叶片，而F-22的F-119就由于採用了三级宽弦风扇所以风扇前也就没有了整流叶片，这样发动机的重量得以减轻，而且由于风扇前少了一层禁止其效率也就自然而然的提高了。风扇的问题解决了可是压气的问题还在，而且似乎比风扇的问题材更难办。因为多级的压气机都是装在一根轴上的，在工作时它的转数也是相同的。如果各级压气机在工作的时候都有自已合理的工作转数，振喘的问题也就解决了。可是到如今为止还没有听说什幺国家在集中国力来研究十几、二十几转子的涡扇发动机。在万般的无耐之后人们能回到老路上来--放气！放气是一种最简单但也最无可耐何的防振喘的方法。在很多现代化的发动上人们都保留的放气活门以备不时之须。比如在波音747的动力JT9D上，普·惠公司就分别在十五级的高、低压气机中的第4、9、15级上保留了三个放气活门。燃烧室与涡轮涡扇发动机的燃烧室也就是我们上面所提到过的“燃气发生器” 。经过压气机压缩后的高压空气与燃料混合之后将在燃烧室中燃烧以产生高温高压燃气来推动燃气涡轮的运转。在喷气发动机上最常用的燃烧室有两种，一种叫作环管形燃烧室，一种叫作环形燃烧室。环管燃烧室是由数个火焰筒围成一圈所组成，在火焰筒与火焰筒之间有传焰管相连以保证各火焰筒的出口燃气压力大至相等。可是即使是如此各各火焰筒之内的燃气压力也还是不能完全相等，但各火焰筒内的微小燃气压力还不足以为患。但在各各火焰筒的出口处由于相邻的两个火焰筒所喷出的燃气会发生重叠，所以在各火焰筒的出口相邻处的温度要比别处的温度高。火焰筒的出口温度场的温度差异会给涡轮前部的燃气导向器带来一定的损害，温度高的部分会加速被烧蚀。比如在使用了8个火焰筒的环管燃烧室的JT3D上，在火焰筒尾焰重叠处其燃气导流叶片的寿命只有正常叶片的三分之一。