涡扇发动机属于机械增压还是涡轮增压?

涡扇发动机全称涡轮风扇喷气发动机,名字里面带了个涡轮。这么分类的话那肯定是涡轮增压了,其实航空发动机的涡轮和汽车发动机涡轮基础原理是一样的,当然也有很多不同的地方,我后面解释。

首先,那什么是机械增压呢?

机械增压长这样,两根轴上的齿数不一样,把气在中间挤压,就增压了。

汽车上的废气涡轮长这样,靠的是压气机叶片的叶面对气做功而加压。

这是几个装有离心式压缩机的航发,压气机的前几级用的轴流式,最后一级用的跟汽车发动机上的涡轮增压器的压气机一个原理。(不写这么绕容易产生歧义)(轴流式,离心式和对角式涡轮压缩机的区别在下面)

是不是觉得长得很像?

区别

当然还是有一定区别的,航发的离心式压缩机压缩以后要经过整流腔,把气体的自旋去掉再导入燃烧室。从燃烧室从来再由第一级涡轮定子制造一个自旋,推动第一级涡轮转子。也就是说,燃烧室前面去自旋,燃烧室后造自旋。那能不能我不去自旋也不加了,就用它本来的自旋。工程师试过,带自旋的流体在燃烧室内燃烧效率非常非常低,制造了大量的熵,得不偿失。

关于涡轮叶片:

航空发动机高压涡轮转子叶片是如何制造的?

而汽车的涡轮增压器就把定子整流腔省了,反而气体的自旋可以优化空气燃油混合。

跑题:

现代航发的燃烧室喷油嘴会喷出两层互相反转的油雾,空气从不同的位置吹入,实现先富油(rich)燃烧再贫油(lean)燃烧,提高燃烧室效率同时降低了氮氧化合物的排放。这套方案更复杂。

当然了,虽然汽车发动机和航发的这个零件原理一样,但是航发的参数要远远高于汽车的,造价也是。在航发工程师世界观里,汽车涡轮都是小玩具。


飞机超音速飞行时还可以用超音速激波来压缩空气,这效率就高了。我在SR71的文章里写过

卢西:最优雅又最野蛮的动力——SR71黑鸟的心脏普惠J58

因为离心式压缩机的流体入口和出口直径不一样,导致周向速度不一样,压缩机一级可以做很大的功,提供很高的压比。而且向外走直径变大,体积变大,本身也有减速增压的效应。但是离心式压缩机的附面层要大,且因为出口是径向的还需要一个流道把它再引回来,几个90度大拐弯造成了一些流阻,效率低于轴流式。它的体积流也低于轴流式,还有一个很大的缺点就是它直径大,迎风面积大不适合高速飞行。好处是它的喘震裕度比轴流式要大,因为没有一片一片的压气机叶片要单独制造和装配,再加上它单级压比高,可以很少几级就实现了很高压比,它造价也低于轴流式,在喷气发动机领域广泛被公务机(例如上面的GE Honda HF120被用在下面这台本田喷气上)。

关于喘震:

航空发动机防喘振放气装置为什么要安置在压气机中部?

轴流式单级压比有限,但是气流就顺着轴走一路被加压效率很高,可以通过更高体积流,迎风面积小,造价高。

经过多级的轴流式压缩机压缩,气流的压力已经提高了,密度高而体积低。体积流低到一定可以用离心式压缩机压缩,也就是上图的轴流再离心组合压缩机。

对角式压缩机其实一点都不神秘,它相当于就是轴流式和离心式的组合吧,气流轴向进入流场,不是径向(离心式)也不是轴向(轴流式)离开流场,而是斜着(比如上图,右上方)。

不是特别想推导计算涡轮机做功的公式,同行应该都了如指掌,非同行应该也没啥兴趣看吧?

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真正支持十字军东征的动力是什么?

来源:知乎 www.zhihu.com
作者:卢西

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