[原创]丝带的理想航发-三转子蜗扇航空发动机[参赛]

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导读:[B][color=#FF1111](特别声明:本帖文章部分是百度所得,非本人原创. 三转子蜗扇航空发动机图片部分完全是本人原创. 因为最近举行的http://bbs.tiexue.net/post_4764275_1.html画出你心中的中国四代机猛图!征文允许完全由自创的图片形成原创. 但是缺乏文字介绍将会使本帖图片晦涩难明,故百度了本帖文章部分来说明三转子蜗扇航空发动机.)[/color][/B] [B](文章部分是百度所得,非本人原创)[/B]丝带的理想航发-三转子蜗扇航空发动机 单转

(特别声明:本帖文章部分是百度所得,非本人原创.

三转子蜗扇航空发动机图片部分完全是本人原创.

因为最近举行的http://bbs.tiexue.net/post_4764275_1.html画出你心中的中国四代机猛图!征文允许完全由自创的图片形成原创.

但是缺乏文字介绍将会使本帖图片晦涩难明,故百度了本帖文章部分来说明三转子蜗扇航空发动机.)


(文章部分是百度所得,非本人原创)丝带的理想航发-三转子蜗扇航空发动机

单转子和多转子

在研制一台新的涡扇发动机的时候,最先解决的问题是他的总体结构问题。总体结构的问题说明白一些就是发动机的转子数目多少。目前涡扇发动机所采用的总体结构无非是三种,一是单转子、二是双子、三是三转子。其中单转子的结构最为简单,整个发动机只有一根轴,风扇、压气机、涡轮全都在这一根轴上。结构简单的好处也不言自明--省钱!一方面的节省就总要在另一方而复出相应的代价。

首先从理论上来说单转子结构的涡扇发动机的压气机可以作成任意多的级数以期达到一定的增压比。可是因为单转子的结构限制使其风扇、低压压气机、高压压气机、低压涡轮、高压涡轮必须都安装在同一根主轴之上,这样在工作时他们就必须要保持相同的转速。问题也就相对而出,当单转子的发动机在工作时其转数突然下降时(比如猛收小油门),压气机的高压部分就会因为得不到足够的转数而效率严重下降,在高压部分的效率下降的同时,压气机低压部分的载荷就会急剧上升,当低压压气机部分超载运行时就会引起发动机的振喘,而在正常的飞行当中,发动机的振喘是决对不被允许的,因为在正常的飞行中发动机一但发生振喘飞机十有八九就会掉下来。为了解决低压部分在工作中的过载只好在压气机前加装导流叶片和在压气机的中间级上进行放气,即空放掉一部分以经被增压的空气来减少压气机低压部分的载荷。但这样以来发动机的效率就会大打折扣,而且这种放掉增压气的作法在高增压比的压气机上的作用也不是十分的明显。更要命的问题发生在风扇上,由于风扇必须和压气机同步,受压气机的高转数所限单转子涡扇发动机只能选用比较小的函道比。比如在幻影-2000上用的M-53单转子涡扇发动机,其函道只有0.3。相应的发动机的推重比也比较小,只有5.8。

为了提高压气机的工作效率和减少发动机在工作中的振喘,人们想到了用双转子来解决问题,即让发动机的低压压气机和高压压气机工作在不同的转速之下。这样低压压气机与低压涡轮联动形成了低压转子,高压压气机与高压涡轮联动形成了高压转子。低压转子的转速可以相对低一些。因为压缩作用在压气机内的空气温度升高,而音速是随着空气温度的升高而升高的,所以而高压转子的转速可以设计的相对高一些。即然转速提高了,高压转子的直径就可以作的小一些,这样在双转子的喷气发动机上就形成了一个“蜂腰”,而发动机的一些附属设备比如燃油调节器、起动装置等等就可以很便的装在这个“蜂腰”的位置上,以减少发动机的迎风面积降低飞行阻力。双转子发动机的好处不光这些,由于一般来说双转子发动机的的高压转子的重量比较轻,起动惯性小,所以人们在设计双转子发动机的时候都只把高压转子设计成用启动机来驱动,这样和单转子发动机相比双转子的启动也比较容易,启动的能量也要求较小,启动设备的重量也就相对降低。

然而双转子结构的涡扇发动机也并不是完美的。在双转子结构的涡扇发动机上,由于风扇要和低压压气机联动,风扇和低压压气机就必须要互相将就一下对方。风扇为将就压气机而必需提高转数,这样直径相对比较大的风扇所承受的离心力和叶尖速度也就要大,巨大的离心力就要求风扇的重量不能太大,在风扇的重量不能太大的情况下风扇的叶片长度也就不能太长,风扇的直径小下来了,函道比自然也上不去,而实践证明函道比越高的发动机推力也就越大,而且也相对省油。而低压压气机为了将就风扇也不得不降低转数,降低了压气机的转数压气机的工作效率自然也就上不去,单级增压比降低的后果是不得不增加压气机风扇的级数来保持一定的总增压比。这样压气机的重量就很难得以下降。

为了解压气机和风扇转数上的矛盾。人们很自然的想到了三转子结构,所谓三转子就是在二转子发动机上又了多了一级风扇转子。这样风扇、高压压气机和低压压气机都自成一个转子,各自都有各自的转速。三个转子之间没有相对固定的机械联接。如此一来,风扇和低压转子就不用相互的将就行事,而是可以各自在最为合试的转速上运转。设计师们就可以相对自由的来设计发动机风扇转速、风扇直径以及函道比。而低压压气机的转速也可以不受风扇的肘制,低压压气机的转速提高之后压气的的效率提高、级数减少、重量减轻,发动机的长度又可以进一步缩小。

但和双转子发动机相比,三转子结构的发动机的结构进一步变的复杂。三转子发动机有三个相互套在一起的共轴转子,因而所需要的轴承支点几乎比双转子结构的发动机多了一倍,而且支撑结构也更加的复杂,轴承的润滑和压气机之间的密闭也更困难。三转子发动机比双转子发动机多了很多工程上的难题,可是英国的罗•罗公司还是对他情有独钟,因为在表面的困难背后还有着巨大的好处,罗罗公司的RB-211上用的就是三转子结构。转子数量上的增加换来了风扇、压气机、涡轮的简化。

三转子RB-211与同一技术时期推力同级的双转子的JT-9D相比:JT-9D的风扇页片有46片,而RB-211只有33片;压气机、涡轮的总级数JT-9D有22级,而RB-211只有19级;压气机叶片JT-9D有1486片,RB-211只有826片;涡轮转子叶片RB211也要比JT9D少,前者是522片,而后者多达708片;但从支撑轴承上看,RB-211有八个轴承支撑点,而JT9D只有四个。



三转子蜗扇航空发动机图片部分完全是本人原创.



民用型三转子蜗扇航空发动机比较粗胖:

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军用型三转子蜗扇航空发动机比较细长:

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民用型三转子蜗扇航空发动机


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