渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)原理

Word文檔渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)原理燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)最大的用途是用作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，而且航空發(fā)動(dòng)機(jī)絕大多數(shù)是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，稱為航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)，主要有四種類型，渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)，用的最廣的是前兩種。上一節(jié)介紹了渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)耗油大，但超音速飛機(jī)必需使用渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)；在亞音速使用渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)則經(jīng)濟(jì)性差，在亞音速飛行特殊是民用航空多用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，本節(jié)介紹渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，簡(jiǎn)稱渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)包括軸流式壓氣機(jī)、環(huán)形燃燒室（或環(huán)管燃燒室）、軸流式渦輪組成的核心機(jī)與風(fēng)扇組成，風(fēng)扇由核心機(jī)帶動(dòng)。本節(jié)通過一個(gè)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)模型來說明基本結(jié)構(gòu)與簡(jiǎn)潔原理，模型僅由主要部件組成，靜葉不顯示；潤(rùn)滑系統(tǒng)、啟動(dòng)系統(tǒng)等附屬系統(tǒng)示意性顯示；模型各部件比例未與任何實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)相同，模型僅作基本結(jié)構(gòu)與原理演示。

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的推力來自兩個(gè)方面：一部分是核心機(jī)噴出的燃?xì)猱a(chǎn)生推力；更多的是風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推力。由于風(fēng)扇只能運(yùn)行在低轉(zhuǎn)速，壓氣機(jī)需要較高轉(zhuǎn)速，于是有二轉(zhuǎn)子或三轉(zhuǎn)子渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。

圖1是渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)模型的轉(zhuǎn)子，是由三個(gè)轉(zhuǎn)子組成的三轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)：高壓渦輪（1級(jí)）與高壓壓氣機(jī)（6級(jí)）同軸，共同構(gòu)成高壓轉(zhuǎn)子，見剖面圖中紅色部分；中壓渦輪（1級(jí)）與中壓壓氣機(jī)（4級(jí)）同軸，共同構(gòu)成中壓轉(zhuǎn)子，見剖面圖中黃色部分；低壓渦輪（2級(jí)）與風(fēng)扇同軸，共同構(gòu)成低壓轉(zhuǎn)子，見剖面圖中藍(lán)色部分。三個(gè)轉(zhuǎn)子軸線重合，低壓轉(zhuǎn)子軸在中心，中壓轉(zhuǎn)子軸是管狀，套在低壓轉(zhuǎn)子軸上，高壓轉(zhuǎn)子軸也是管狀，套在中壓轉(zhuǎn)子軸上。三個(gè)轉(zhuǎn)子軸間有空隙，不直接接觸，安裝在各自的軸承上，軸承固定在軸承機(jī)匣上，見剖面圖中綠色部分。

三個(gè)轉(zhuǎn)子各自運(yùn)行在最佳轉(zhuǎn)速，高壓壓氣機(jī)運(yùn)行在高轉(zhuǎn)速，中壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速一般比高壓壓氣機(jī)略低些，風(fēng)扇運(yùn)行在低轉(zhuǎn)速，壓氣機(jī)分兩段不同轉(zhuǎn)速可用較少級(jí)數(shù)達(dá)到較高的壓縮比。

圖1--3轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖

圖2是3轉(zhuǎn)子渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，其中心部分與一般渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，本模型采納環(huán)形燃燒室，只是轉(zhuǎn)子為3轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。在低壓轉(zhuǎn)子前端頭是風(fēng)扇，在風(fēng)扇外周是風(fēng)扇包涵機(jī)匣，用來愛護(hù)風(fēng)扇與安裝附件裝置，風(fēng)扇靜子葉片可對(duì)風(fēng)扇后的氣流進(jìn)行整流。

圖2--3轉(zhuǎn)子渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖

圖3是3轉(zhuǎn)子渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)劃分與氣流走向圖。一部分空氣經(jīng)過風(fēng)扇進(jìn)入壓氣機(jī)，經(jīng)過燃燒室、渦輪從噴管噴出，這部分稱為內(nèi)涵氣流；大部分空氣經(jīng)過風(fēng)扇從核心機(jī)外殼的外環(huán)流過，稱為外涵氣流，外涵氣流與內(nèi)涵氣流流量（質(zhì)量）之比稱為涵道比，本模型屬大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。

內(nèi)涵氣流經(jīng)過風(fēng)扇與中壓壓氣機(jī)與高壓壓氣機(jī)得到較高的氣壓（增壓比達(dá)24以上）。圖中白色箭頭線是在壓氣機(jī)內(nèi)氣流走向。在燃燒室升溫膨脹得到很高的速度噴向渦輪機(jī)，第一級(jí)渦輪以很高轉(zhuǎn)速帶動(dòng)高壓壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)，其次級(jí)渦輪以低一些的轉(zhuǎn)速帶動(dòng)中壓壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)，第三、四級(jí)渦輪以較低轉(zhuǎn)速帶動(dòng)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)，圖中橙紅色箭頭線是在燃燒室經(jīng)過渦輪的氣流走向。外涵氣流由風(fēng)扇推動(dòng)產(chǎn)生，圖中淺藍(lán)色箭頭線是外涵氣流走向。

圖3--3轉(zhuǎn)子渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)工作氣流圖

圖4是安裝在機(jī)翼下的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，圖中橙紅色箭頭線是內(nèi)涵氣流走向，白色箭頭線是外涵氣流走向，外涵氣流與內(nèi)涵氣流的動(dòng)能一起產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)的推力。