发动机故事系列5

亲爱的盆友们大家好,又到周末了,是不是在外面浪得很开心呢?

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在此温馨提示:出门在外,请注意防暑降温。降温的主要方式除了银行卡里的余额外,还可以看我写的文章,肯定是一股清流(就这么机智的打广告

)。

还有一个好消息,经过我不(一)懈(周)努(一)力(篇)的写文章,终于获得了评论,打赏,原创声明功能,各位以后看完文章可以给我留言了,欢迎大家提出宝贵意见。


首先我想就我上一篇文章关于压气机的工作方式作出一些补充说明。为什么压气机一级一级压缩压力会升高,明明压气机从前往后是呈收缩状的。

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根据伯努利定理,气流往收缩口流动应该是速度加快,压力降低才是。我们知道压气机有转子和静子两种叶片,静子叶片是负责把空气以正确的角度导入下一级,并且减缓空气速度。

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上面这幅图是转子叶片和静子叶片的侧视图,气流从左侧进入转子叶片,然后通过转子叶片朝下运动把空气压进静子叶片,然后转子叶片和静子叶片之间的通道是扩散口,也就是说当空气进入后会收到伯努利定理的影响来减速加压。然后看到两条分别表示压力和速度的曲线,在转子部分,压力缓慢升高(因为通过了扩散口),并且由于转子的转动,速度也有一定的增加。当气流经过静子叶片的时候,这时根据伯努利压力会升高,速度会降低。所以,气流的速度在转子和静子之间穿梭的时候是升高降低这样反复加减的。

而这整个的压气机的形状是收缩状,目的靠转子叶片的旋转用来把空气挤压进更小的空间,所以这整个压气机的形状和伯努利定理没有关系。

另外压气机级数每一级的增压比大约是1.25:1,为了获得足够高的增压比,便把压气机级数增加,理论上是可以无限增加,但是这样也带来了发动机的尺寸以及重量的增加,现在的GE90-115b的增压比大约是42:1。


我们知道了压气机的主要目的是为了给燃烧室提供足够量的空气进行燃烧,然后用来驱动涡轮机转动产生推力。这肯定并不是压气机的全部功能,除此之外,发动机的压气机部分还可以提供引气(bleed-air)用来满足飞机和发动机的一些其他需求。具体的引气的气孔是根据需求的温度和压力,从不同的压气机级数引过去。

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在上面那幅万能图中,压气机的最末端的机匣上开一个小孔,然后用管道把气引出来,便可以给其他部分引气了。

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在七级转子部分的环形引气活门

相信大家对引气有一定的概念了,接下来我们来看看GE90发动机的气路图。

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上图是GE90的气路图,非常直观明有木有!

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我们还是先来看看局部的图片

这是GE90局部图片,图片下方那条有很多蓝色竖条纹的收缩口就是压气机的通道,然后在上方有许多的管子还有箭头从管子里出来,这些管道就是引气管道。大多数气都是从非常靠后的几级压气机中引出来的,在这个位置,压力和空气温度都达到了最大值。但是引出来的空气会需要进行一系列的处理,比如如果是用作客舱增压之类的用途的话,那么就必须要给引过来的高压空气进行冷却,把多余的热量带走来保证客舱的舒适度。

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上图粗略的表达了把压气机的气引导了客舱里面,气被引出来后在经过降温过滤就能给客舱使用了。

引气在飞机上的用途是非常多样化的,大概有如下几种:

  1. 给客舱的增压,加热和制冷;

  2. 给除冰和防冰装置;

  3. 气动系统;以及

  4. 辅助驱动装置(Auxiliary Drive Unit,简称:ADU)。


简单的介绍完压气机的引气功能后,接下来我们来聊聊压气机的类型。我们大部分人平时坐飞机接触到的都是喷气机发动机,出行很少坐螺旋桨的飞机或者是直升机。在之前我们介绍发动机的类型时讲过涡轮发动机大致有涡扇(turbofan),涡喷(turbojet),涡桨(turbo-prop)和涡轴(turbo-shaft)这四种。涡轮发动机的压气机一共有两种主要的类型,分别是离心式(centrifugal flow)和轴流式(axial flow)。之前我们讲的压气机就是轴流式的压气机,因为气体是沿着主轴向一个方向流动的,所以被称作轴流式。结合我们之前讲到的涵道比,多级转子,发动机类型,再加上现在气体流动方式,我们就能够完整的定义一台发动机的类型了。比如GE90,有高低压两个转子,高涵道比,还是轴流式,这样我们可以说GE90是一台高涵道比的双转子轴流式涡扇发动机(听着是不是很专业),秉着装逼装到底的原则,英文我们叫做 High bypass dual rotor axial flow turbofan engine。

轴流式我们讲的很多了,接下来讲讲离心式(centrifugal flow)压气机。

话不多说,一图抵千言,我们先来一张图看一看。

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这就是一台离心式发动机,和轴流式不同的是,离心式发动机没有许多一级一级的转子和静子叶片,取而代之的是一个离心叶轮(centrifugal impeller)。离心式压气机一般来说由三部分构成,叶轮(impeller),扩压器(diffuser)和压缩机岐管(compressor)。

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