從軍工心臟開始 第十五章 核心機 結構選擇

    陳東風在這麼短的時間內看了七八本書，如果是在雷劈以前是萬萬做不到的，即使他現在的自學只是囫圇吞棗。一筆閣 www.yibige.com但他的腦域開發程度受到了意識融合後的二次開發，擴大了將近一倍。他對數字的敏感程度、新技術的理解能力達到了一個前所未有的高度，基本上自學和上課一個效果的程度。

    現在他由於時間太緊，自學這些課程理解上還有點淺薄，因為他沒有把裡面的公式都自己推導一次，只是先拿來用而已，但如果給他點時間溫習幾遍後，那他的掌握程度不亞於跟老師學習。

    就這樣，陳東風自學了將近一個月的時間，帶著他那些掌握的不是很通透的專業知識開始了航模核心機的設計。

    陳東風首先從貫穿發動機的軸來開始考慮，就是所謂的單轉子、雙轉子和三轉子航空發動機，這三種是各有優缺點的。

    單轉子的航發是把壓氣機和渦輪固定在同一個主軸上。在壓氣機和渦輪的中間是燃燒室，又稱火焰筒。高溫高壓的燃氣推動渦輪以上萬轉的轉速旋轉，同時帶動壓氣機也以這個速度旋轉，壓縮空氣。單轉子（單軸）發動機結構簡單，但壓縮效率有限，而且耗油率高。

    雙轉子航發是人們把壓氣機分成了兩部分，即低壓壓氣機和高壓壓氣機；同時，把渦輪也分成了兩部分即高壓渦輪和低壓渦輪。高壓渦輪和高壓壓氣機用一根空心軸連起來，低壓渦輪和低壓壓氣機用一根細點兒的軸連在一起，穿在空心軸裡面。這樣做的結果就是高壓壓氣機和低壓壓氣機可以用不同的轉速旋轉，工作效率大為提高。

    三轉子航的誕生是因為渦扇發動機在壓氣機前面又多了一級風扇。它同壓氣機、渦輪一樣是高速旋轉的葉片。那麼它應該與誰同軸同速呢？一般來講，風扇與低壓壓氣機同軸同速，也就是採用雙軸體制。然而這又產生了一個效率不高的問題。所以乾脆把風扇軸也獨立出來，同另一組低壓渦輪連起來，於是三轉子（或三軸）發動機就誕生了。三軸提高了效率，發動機推力大增，燃油消耗也節約了不少。但帶來一個大問題，三根軸，一根套一根，在高速旋轉時如何能保證強度。

    要選擇好軸的問題，必須要兼顧技術難度和核心機的效能。陳東風開始是想要直接上雙轉子的，因為現在的航發主流都是雙轉子及以上。但楊輝和他在討論的時候就說了，我們的航模不僅是設計的要體現出現在的航發潮流，也要兼顧實用性可實現性，複雜的結構會不僅會讓我們的理論計算變得複雜，也會讓我們最後實物變得異常困難，畢竟加工的難度我們也不好解決。陳東風想想有道理，考慮再三選擇了單轉子。

    軸確定好了，接下來陳東風要開始設計軸上面的壓氣機和渦輪葉片的級數和轉速。壓氣機又分為離心式壓氣機和軸流式壓氣機?。

    離心式壓氣機由導風輪、葉輪、擴壓器等組成。空氣由進氣道進入壓氣機、經過壓氣機與葉輪一起旋轉的導風輪的導引進入葉輪。在高速旋轉葉輪作用下，空氣由葉輪中心被離心力甩向葉輪外緣，壓力也逐漸提高，由葉輪流出的空氣進入擴壓器後速度降低，壓力再次提高，最後由出氣管流出壓氣機。

    離心式壓氣機的空氣流量為數公斤至數十公斤每秒。亞音速離心式壓氣機的增壓比約為45，超音速離心式壓氣機可達8～10，效率約為078。

    軸流式壓氣機是因為空氣在軸流式壓氣機中主要沿軸向流動。它由轉子和靜子兩部分組成。由一排轉子葉片和一排靜子葉片組成一級，單級的增壓比很小，為了獲得較高的增壓比，一般都採用如圖所示的多級結構。空氣在壓氣機中被逐級增壓後，密度和溫度也逐級提高。

    軸流式壓氣機的空氣流量為幾公斤每秒到二百公斤每秒，單級增壓比一般約為11～20，效率約為085～088。多級軸流式壓氣機的增壓比可達25以上。軸流式壓氣機的面積小，增壓比和效率都高。

    採用軸流式壓氣機，勢必會讓壓氣機的級數增加而導致核心機重量提升，更何況陳東風要設計的這個航模最大速度也不過是接近音速，所以對增壓比的要求達不到10以上。

    更何況離心式壓氣機的動平性能好，氣流損耗小，噪音要低、震動也小。所以陳東風已沒有為了技術而技術，選擇了比較實用也比較簡單的離心式壓氣機，在與其他三人交流過後，三人也認可了他的選擇，一致認為這是個易於實現的方案。

    接下來航模的渦輪結構了。渦輪葉片一般承受較大的工作應力和較高的工作溫度，且應力和溫度的變化也較頻繁和劇烈，此外還有腐蝕和磨損問題，其對工作條件的要求非常苛刻，因此要求葉片的加工精度很高。同時，為提高渦輪效率，渦輪葉片的表面形狀通常設計成扭曲的變截面曲面，形狀複雜。

    陳東風暫時先不打算考慮葉片的形狀設計和葉片加工精度，畢竟這個設計還停留在草稿紙上，他首先要考慮的式渦輪的結構問題。渦輪有向心式結構和軸流式結構兩種。

    氣流在其中作徑向流動的渦輪稱為向心式渦輪也稱為向心渦輪。它的葉輪形狀和離心式壓氣機葉輪的形狀很相似。

    向心渦輪的優點很多，比如當設計得當時，由於流動損失和余速損失較小，故效率高。在容積流量較小情況下此優點更為明顯。如果葉片及整個葉輪都有良好的剛度，可以使周向速度達450—550米/秒，並且由於氣流作向心流動，渦輪能獲得大的比功和效率。由於向心渦輪的葉輪流動損失對於渦輪效率的效率影響較小，使流通部分的幾何偏差對效率應先不敏感，所以可採用較簡單的製造工藝，而且向心渦輪的重量輕，葉片少，結構簡單可靠，有較寬的運行範圍。

    基本上這種結構簡單和易於實現的結構都是陳東風所喜愛的。

    最重要的就是燃燒室結構的選擇了，不過因為是使用了離心式的壓氣機，只能採用分管燃燒室或聯管燃燒室。

    分管燃燒室就是每一個管式火焰筒外圍都包有一個單獨的外殼，構成一個分管，分管利用傳焰管相連。它的優點是和離心式壓氣機配合協調，並且易於實現並且維修方便。

    聯管燃燒室是把多個火焰筒裝在同一個殼體間，各個火焰筒燃燒去間用連焰管連接。由於聯管燃燒室在保持了分管燃燒室的一些有點的基礎上把環形面積利用率提高了。

    在綜合比較下，陳東風還是採用了聯管燃燒室。雖然會用機構複雜，重量較大的問題，但魚與熊掌不可得兼，只能平衡取捨了。

    。