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    Technical Q & A 技術問答

    航空發動機氣流流動的奧秘
    來源: 點擊數:3950次 更新時間:2021/12/15 20:40:14
    航空發動機氣流流動的奧秘:

        為什么航空發動機這個氣流會從前面進來,然后經過壓氣機經過燃燒室,經過渦輪最后從后面噴出來。他們很多人就想:那在這個過程中它壓強是越來越高的,為什么壓強高的情況下在后面,但是前面壓強低,它這個空氣反而不從壓強高的地方往壓強低的地方流呢? 感覺這個道理講不通,我發現這些網友們非常的有創新意識,他提這個問題非常好,這實際上呢很有意思的一個問題。
         之所以軸流式渦輪風扇噴氣發動機它這個空氣流向是從頭到尾這樣下來,是跟它這個結構是有關的,所以這是個非常好的問題。那么我今天呢就跟大家來聊一下。這個了解這個問題以前,我們需要建立起航空發動機的熱工循環的基本原理,就它這個熱工循環是怎么建立起來。
            它就是這樣的,前面的是壓氣,風扇和壓氣機對空氣吸進來以后進行壓氣,壓縮壓縮這個壓的這個空氣的壓強很大了以后然后送到這個燃燒室,在燃燒室和燃油進行混合劇烈的燃燒,劇烈燃燒產生高溫燃氣,這個高溫燃氣就具有了巨大的能量,這個巨大的能量從燃燒室出來以后,就推動燃燒室后面的渦輪旋轉,這個渦輪一轉就把這個高溫燃氣所具有的能量轉換成了機械能。所以渦輪的作用是熱功轉換用的。  
         那么渦輪一轉,同時它又帶動了前面的風扇和壓氣機旋轉,就渦輪和風扇是連在一根軸上的,高壓壓氣機連的是高壓渦輪,低壓壓氣機連的是低壓渦輪,它這兩根轉子是這樣的,所以渦輪一轉前面的風扇和壓氣機就轉,風扇和壓氣機一轉以后就把這空氣繼續往里壓,然后這個整個的壓氣燃燒整個噴氣這個過程就循環建立起來,它熱工循環是這樣的建立起來。

         也就是說在這個過程中它有一根軸,這根軸上后面連的是渦輪葉片,前面連的是風扇葉片,當渦輪葉片在高溫燃氣的沖擊下旋轉的時候,這個渦輪一轉它就帶動整個軸就轉,這個軸一轉軸又帶動了前面的風扇和壓氣機轉,然后就整個就轉起來了。所以我們經常會聽到叫雙轉子發動機,是什么意思呢?就是它有兩根軸,這兩根軸呢是同心軸,高壓渦輪連的前面對應的是高壓壓氣機是連在一起的,所以高壓渦輪一轉高壓壓氣機就轉,還有低壓渦輪的是跟前面的低壓壓氣機和風扇連在一起的,低壓渦輪一轉前面的低壓壓氣機的風扇也轉,所以他是這樣的大家把這個概念先建立起來。
         風扇它跟后面的這個那個低壓渦輪是連在一起的,這是高壓壓氣機跟前面的高壓渦輪是連在一起,的這個概念建立起來,那在這里頭還有一個重要的概念,就是轉子和靜子的概念。
         轉子和靜子的概念,什么是轉子呢顧名思義,它是轉動的一個構件轉動的,你像風扇這個轉子,然后壓氣機部分呢也有轉子葉片它是轉動。渦輪部分呢也有轉動的,這是個轉子所謂的轉子就是在一根軸上按這個徑向的分布了若干個葉片形成了一個類似于像風扇一樣的東西,渦輪葉片也是這樣,它有很多渦輪葉片沿著靜像這個分布起來可以轉動,可以轉子跟軸轉動。
        還有一個部件叫靜子,這個靜子顧名思義它是靜止不動的,它是固定在機匣上,然后呢通過固定在機匣上以后,它在這個轉子后面有一個靜子,你把這個概念建立起來,那么這個時候發動機的氣流能夠從前到尾下去來講非常巧妙的一個結構,就是這個轉子和靜子的配合。
         因為轉子和靜子的配合,使得這個空氣的流向基本上只能從前往后,它不會逆著,那個它是怎么實現的,轉子和靜子在壓氣機部分和渦輪部分它的分布是不一樣的。我們經常聽到叫一級壓氣機,二級壓氣機,三級壓氣機,聽到一級渦輪,二級渦輪,三級渦輪這種這種概念,那么每一級壓氣機和每一級渦輪呢都是由轉子和靜子組合在一起構成的,就是它是一級壓氣機必然有一個轉子,必然有一個靜子組成一級壓級機,一級渦輪必然有一個靜子,必然有一個轉子組成一級渦輪這個概念建立起來。 那么在這個壓氣機這個環節,它是轉子在前面,每一個轉子馬上跟著一個靜子構成一級壓氣機,而且轉子和靜子之間的間隙非常的小,基本上是貼在一起的。
        然后這時候你想想看轉子部分高速的旋轉把空氣就壓進來了,它壓進來的時候這個空氣一壓進來的時候,馬上進到靜子里頭,靜子這個部分來講其實起到一個什么作用呢?其實就起到了一個接力的作用,這個空腔一家進來以后,到了靜子靜子呢以后把它封閉在這個空腔里頭,然后接下來的下一級壓氣機馬上又是個轉子,這個轉子又把這個前一級的靜子里頭的空氣呢又壓過來,送到下一級的靜子,就這一級一級的接力就往下送,它是這樣的,所以它通過這種非常巧妙的轉子和靜子的配合,使得壓氣機里頭的空氣一級一級的往下壓,經過壓氣機壓縮的這種高壓空氣,進到燃燒室和燃油混合劇烈燃燒以后,產生高溫高壓的燃氣,這個高溫高壓的燃氣從燃燒室噴出來。因為這個燃燒室的結構來講它是后面是敞口,所以他就從這里頭噴出來,噴出來以后他遇到的第1個部件是什么?是渦輪靜子,也就是說這時候他遇到的這一級高壓渦輪的首先遇到的一級高壓渦輪的渦輪靜子,而渦輪靜子的起這個高溫燃氣的流向的方向,通過這個葉片的形狀就它倒了一下,然后就倒進來了,倒進來以后它通過這個靜子一過來以后馬上就遇到可以旋轉的這個渦輪轉子,這個渦輪轉子的葉片的方向也是適合這種高溫燃氣一沖過來以后它就會動它,一動以后又把這個空氣從這個葉片里頭又推向后面,這個推向后面來講又遇到了一個第2級渦輪的一個渦輪靜子,這個渦輪靜止又起到一個導向的作用,然后從這個導向器出來以后,又遇到了下一級渦輪的渦輪轉子,就這樣一級一級的往下,那基本上來講,它可能兩級渦輪就基本上把這個熱工轉換就做完了。
         所以它通過這樣一種途徑使得這個從前面開始,這個空氣經過風扇經過壓氣機一起的接力進行壓縮,先由轉子壓氣機葉片把這個空氣呢壓進來,壓進來以后傳遞給靜子部分,靜子部分等于把這個空氣暫存在這一下,然后迅速的下一級的這個轉子葉片又開始旋轉,又把它送到下一級這個靜子,這個一級一級的接力,這個壓力越來越大,它是這個道理,所以通過這種非常巧妙的結構設計,使得這個整個空氣流動是從進口一直到后面噴出來,它不會產生往后反的這種狀態,當然如果這種反向出現的話對發動機會有很大的影響,但是我們講的是主要的原因就是它是通過這種途徑通過結構轉子和進取的來保障了這個空氣的流向,所以當你了解到這個原理了以后,你有的時候真的去想這個自然界實在是太奇妙了。
        我們在看太陽和月亮是陰陽一樣,我們再看正電子和負電子是陰陽一樣,然后所有的一切包括計算機0和1就可以表達整個數字世界,你想想這個世界是如此之奇妙,而且它好像有一種溝通性在里頭,所以我就這樣來跟大家解釋一下,希望大家能夠能夠建立這種認知啊,核心問題它這個空氣流向能從前到后核心問題是通過結構保障的,這個結構設計的非常精妙,就是在壓氣機部分,每一級壓氣機都有轉子和靜子,在渦輪部分每一級渦輪都有轉子和靜子轉折壓氣機部分是負責把空氣往里壓,靜子的負責接力,然后一級一級地網往下傳遞,渦輪部分靜子在前面燃氣一出來以后通過靜子進行了導向這個熱熔的轉換它是這樣一個規則。





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