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渦扇發動機的哪個部門向飛機提供動力

眾所周知,航空發動機作為現今飛機的動力源泉,而航空發動機只不過是壹個概稱。渦扇發動機和渦噴發動機,都隸屬於航空發動機的範疇。

只不過,在今天渦扇發動機的應用範圍要比渦噴發動機廣泛的多。

所以,各主要航空強國,都在傾盡全力的研發渦扇發動機,謀求在航空動力上走在前列。

現在就來揭秘渦扇發動機的工作原理以及應用的先進技術。

渦扇發動機的組成

從前至後,渦扇發動機由“風扇,壓氣機,燃燒室,導向葉片,高壓渦輪葉片和渦輪盤,低壓渦輪葉片和渦輪盤,加力燃燒室,尾噴管”,這七大部分組成。

而在這七大組成部分中,還會有細分的結構。如在壓氣機中,也可以分為高壓壓氣機和低壓壓氣機。低壓壓氣機在前,緊臨著風扇。高壓壓氣機在後,與燃燒室相連。

渦扇發動機的工做原理:簡單來說,渦扇發動機就是將空氣吸進燃燒室中,與噴出的燃料混合後進行燃燒,產生的高溫高壓氣流,經過高低壓渦輪後,從尾噴管噴出,最後產生推力,推動飛機前進。

下面就來細細分析壹下,渦扇發動機各個部分的主要作用。

風扇:風扇的作用主要就是將空氣吸進壓氣機,進行預壓縮。被風扇吸進發動機的空氣,壹部分進入低壓壓氣機中,也就是內涵道,經過燃燒後,進入尾噴管。另壹部分進入外涵道,不經過燃燒流到尾噴管。

壓氣機:壓氣機的作用主要就是,將被風扇吸進來的空氣加壓加速後吹入燃燒室中。

燃燒室:被壓氣機吹過來的空氣,進入燃燒室之後當做氧化劑與燃料混合後進行燃燒。

導向葉片:從燃燒室出來的氣流,經過導向葉片後,以最合適的角度吹向高壓渦輪葉片。

高壓渦輪葉片和渦輪盤:燃燒之後的高溫高壓高速氣流,吹動高壓渦輪葉片,並帶動渦輪盤高速轉動。而渦輪盤是直接固定在渦輪軸上的,也順便帶動渦輪軸轉動,引起高壓壓氣機的轉動。

低壓渦輪葉片和渦輪盤:當高溫高壓高速氣流,流經高壓渦輪葉片時,會損失壹些能量。進而流經低壓渦輪葉片,吹動低壓渦輪盤轉動。而低壓渦輪盤也是固定在渦輪軸上,其轉動之後又引起低壓壓氣機和風扇的轉動。

加力燃燒室:經過低壓渦輪葉片之後的,高溫高壓氣流所具備的能量必然不如在燃燒室時的多,而進入加力燃燒室後,還會重新燃燒,提供更大的推力。

尾噴管:經過加力燃燒室燃燒之後的高溫高壓高速氣流,通過尾噴管噴出來。

也就是說,風扇首先吸入空氣-壓氣機將空氣壓縮-進入燃燒室開始燃燒-流經高低壓渦輪,帶動風扇和壓氣機單人運轉-進入加力燃燒室燃燒-由尾噴管噴出。以上就是渦扇發動機,具體的工作原理。

既然知道了渦扇發動機的工作原理,那麽,渦扇發動機是如何啟動呢?這就需要飛機自帶的APU,也就是輔助動力系統。顧名思義,APU就是輔助飛機啟動的動力系統。

首先由飛機上的蓄電池給APU供電,當APU啟動之後,就開始噴油燃燒,之後帶動渦輪旋轉,最終帶動壓氣機開始壓縮空氣。並註入渦扇發動機的啟動機中,然後帶動渦扇發動機的壓氣機旋轉,使得空氣可以進入燃燒室進行燃燒,最終啟動渦扇發動機。也就是說,APU是壹部臺小型的獨立燃氣渦輪發動機。

在了解渦扇發動機的工作原理之後,接下來就看壹下,現今渦扇發動機所用的先進技術。

在所用的技術中,又分為制造技術和設計技術。

設計技術:高低壓渦輪對轉,奇數不對稱葉片。

高低壓渦輪對轉:這樣設計的好處就是減重和減少***振。因為高低壓渦輪在同向旋轉時,會產生***振,而***振會對渦輪葉片造成損壞。從而對發動機的壽命造成極為不利的影響。

而高低壓渦輪對轉,就可以讓高低壓渦輪旋轉產生力相互抵消。如此壹來,***振就減少了,也就可以提高航空發動機的壽命。

奇數不對稱葉片:將葉片設計成奇數而不對稱,也是為了減少***振。因為偶數葉片也就意味著對稱,在旋轉時就會發生***振。另外每個葉片都要設計的不相同,也是為了減少***振。

制造技術:真空電子束焊接,單晶耐高溫合金葉片,整體葉盤,復合材料風扇,粉末冶金渦輪盤。

整體葉盤技術:傳統航空發動機的高低壓渦輪葉片,和渦輪盤是分開的。渦輪葉片是直接安裝在渦輪盤上的,並由榫頭,榫槽,鎖緊裝置進行固定。

很明顯,多了榫頭,鎖緊裝置。由此來看,最直接的影響結果就是渦扇發動機的部件數量增多,使得制造流程增多,產速減慢,還帶來了重量的增加。不僅僅減小了渦扇發動機的推重比,還給維護帶來了困難。

而整體葉盤技術,就是把葉片和葉片融為壹體,也就省去了榫頭,榫槽,鎖緊裝置。當省去了這些部件之後,帶來的不僅僅是維護時的便捷,還有渦扇發動機推重比的增加。所以說,整體葉盤技術的使用,對渦扇發動機而言,有著極大的好處。

單晶耐高溫合金材料:由於高壓渦輪葉片,直面從燃燒室出來的高溫高壓高速氣流。所以對其耐高溫性能,抗蠕變性能,抗沖擊性能,機械疲勞性能,抗氧化,抗高溫腐蝕性能等有較高的要求。由於要具備以上的性能,也就註定了高壓渦輪葉片的性能,在渦扇發動機中是最強的。

隨著科技的發展,渦扇發動機的渦輪葉片所使用的材料,先後經過了變形高溫合金,普通鑄造等軸晶高溫合金,定向凝固高溫合金,單晶耐高溫合金這四個階段。目前大量應用的就是單晶耐高溫合金。

目前來說,單晶耐高溫合金材料,已經發展了五代。

第壹代主要是美制“CMSX-2,PWA1480”,國產“DD403,DD402”。

第二代主要是美制“CMSX-4,PWA1484”,國產“DD406,DD408”。

第三代主要美制“CMSX-10”,國產“DD409”,日本的“TMS-75”。

第四代主要是日本的“TMS-138”。

第五代主要是日本的“TMS-162”。

從第壹代到第五代,單晶耐高溫合金的耐高溫性能,抗蠕變能力,抗高溫腐蝕,抗氧化能力依次增大。

只不過日本制造的第三代至第五代單晶耐高溫合金使用了大量的錸,導致造價飆升,最大的可能存在於實驗室中。但是考慮到XF9-1渦扇發動機出來了,估計其也使用了第四代或者第五代單晶耐高溫合金。

因為提高渦前溫度,可以顯著的增大發動機的推力,所以高壓渦輪葉片的耐高溫上限是越高越好。

復合材料風扇:早些時候的渦扇發動機的,風扇葉片是由金屬制成的。但是金屬的重量大,對發動機的推重比不利。此外,葉片得重量越大,在轉動時的離心力也越大,對葉盤的影響也越大。

而復合材料制造的風扇葉片具備質量輕,強度高,耐腐蝕性能強,抗沖擊能力強的特點。如今的復合材料葉片是由500層Hexcel的HexPly M91碳纖維增強體,高韌性和耐沖擊環氧預浸料制成。不過,風扇前緣依然由鈦合金制成。

綜合來看,渦扇發動機的性能會越來越好的。

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