第十五章 核心機 結構選擇

　　陳東風在這么短的時間內看了七八本書，如果是在雷劈以前是萬萬做不到的，即使他現在的自學只是囫圇吞棗。但他的腦域開發(fā)程度受到了意識融合后的二次開發(fā)，擴大了將近一倍。他對數字的敏感程度、新技術的理解能力達到了一個前所未有的高度，基本上自學和上課一個效果的程度。

　　現在他由于時間太緊，自學這些課程理解上還有點淺薄，因為他沒有把里面的公式都自己推導一次，只是先拿來用而已，但如果給他點時間溫習幾遍后，那他的掌握程度不亞于跟老師學習。

　　就這樣，陳東風自學了將近一個月的時間，帶著他那些掌握的不是很通透的專業(yè)知識開始了航模核心機的設計。

　　陳東風首先從貫穿發(fā)動機的軸來開始考慮，就是所謂的單轉子、雙轉子和三轉子航空發(fā)動機，這三種是各有優(yōu)缺點的。

　　單轉子的航發(fā)是把壓氣機和渦輪固定在同一個主軸上。在壓氣機和渦輪的中間是燃燒室，又稱火焰筒。高溫高壓的燃氣推動渦輪以上萬轉的轉速旋轉，同時帶動壓氣機也以這個速度旋轉，壓縮空氣。單轉子（單軸）發(fā)動機結構簡單，但壓縮效率有限，而且耗油率高。

　　雙轉子航發(fā)是人們把壓氣機分成了兩部分，即低壓壓氣機和高壓壓氣機；同時，把渦輪也分成了兩部分：即高壓渦輪和低壓渦輪。高壓渦輪和高壓壓氣機用一根空心軸連起來，低壓渦輪和低壓壓氣機用一根細點兒的軸連在一起，穿在空心軸里面。這樣做的結果就是高壓壓氣機和低壓壓氣機可以用不同的轉速旋轉，工作效率大為提高。

　　三轉子航的誕生是因為渦扇發(fā)動機在壓氣機前面又多了一級風扇。它同壓氣機、渦輪一樣是高速旋轉的葉片。那么它應該與誰同軸同速呢？一般來講，風扇與低壓壓氣機同軸同速，也就是采用雙軸體制。然而這又產生了一個效率不高的問題。所以干脆把風扇軸也獨立出來，同另一組低壓渦輪連起來，于是三轉子（或三軸）發(fā)動機就誕生了。三軸提高了效率，發(fā)動機推力大增，燃油消耗也節(jié)約了不少。但帶來一個大問題，三根軸，一根套一根，在高速旋轉時如何能保證強度。

　　要選擇好軸的問題，必須要兼顧技術難度和核心機的效能。陳東風開始是想要直接上雙轉子的，因為現在的航發(fā)主流都是雙轉子及以上。但楊輝和他在討論的時候就說了，我們的航模不僅是設計的要體現出現在的航發(fā)潮流，也要兼顧實用性可實現性，復雜的結構會不僅會讓我們的理論計算變得復雜，也會讓我們最后實物變得異常困難，畢竟加工的難度我們也不好解決。陳東風想想有道理，考慮再三選擇了單轉子。

　　軸確定好了，接下來陳東風要開始設計軸上面的壓氣機和渦輪葉片的級數和轉速。壓氣機又分為離心式壓氣機和軸流式壓氣機?。

　　離心式壓氣機由導風輪、葉輪、擴壓器等組成?？諝庥蛇M氣道進入壓氣機、經過壓氣機與葉輪一起旋轉的導風輪的導引進入葉輪。在高速旋轉葉輪作用下，空氣由葉輪中心被離心力甩向葉輪外緣，壓力也逐漸提高，由葉輪流出的空氣進入擴壓器后速度降低，壓力再次提高，最后由出氣管流出壓氣機。

　　離心式壓氣機的空氣流量為數公斤至數十公斤每秒。亞音速離心式壓氣機的增壓比約為4.5，超音速離心式壓氣機可達8～10，效率約為0.78。

　　軸流式壓氣機是因為空氣在軸流式壓氣機中主要沿軸向流動。它由轉子和靜子兩部分組成。由一排轉子葉片和一排靜子葉片組成一級，單級的增壓比很小，為了獲得較高的增壓比，一般都采用多級結構。空氣在壓氣機中被逐級增壓后，密度和溫度也逐級提高。

　　軸流式壓氣機的空氣流量為幾公斤每秒到二百公斤每秒，單級增壓比一般約為1.1～2.0，效率約為0.85～0.88。多級軸流式壓氣機的增壓比可達25以上。軸流式壓氣機的面積小，增壓比和效率都高。

　　采用軸流式壓氣機，勢必會讓壓氣機的級數增加而導致核心機重量提升，更何況陳東風要設計的這個航模最大速度也不過是接近音速，所以對增壓比的要求達不到10以上。

　　更何況離心式壓氣機的動平性能好，氣流損耗小，噪音要低、震動也小。所以陳東風已沒有為了技術而技術，選擇了比較實用也比較簡單的離心式壓氣機，在與其他三人交流過后，三人也認可了他的選擇，一致認為這是個易于實現的方案。

　　接下來航模的渦輪結構了。渦輪葉片一般承受較大的工作應力和較高的工作溫度，且應力和溫度的變化也較頻繁和劇烈，此外還有腐蝕和磨損問題，其對工作條件的要求非?？量?，因此要求葉片的加工精度很高。同時，為提高渦輪效率，渦輪葉片的表面形狀通常設計成扭曲的變截面曲面，形狀復雜。

　　陳東風暫時先不打算考慮葉片的形狀設計和葉片加工精度，畢竟這個設計還停留在草稿紙上，他首先要考慮的式渦輪的結構問題。渦輪有向心式結構和軸流式結構兩種。

　　氣流在其中作徑向流動的渦輪稱為向心式渦輪也稱為向心渦輪。它的葉輪形狀和離心式壓氣機葉輪的形狀很相似。

　　向心渦輪的優(yōu)點很多，比如當設計得當時，由于流動損失和余速損失較小，故效率高。在容積流量較小情況下此優(yōu)點更為明顯。如果葉片及整個葉輪都有良好的剛度，可以使周向速度達450—550米/秒，并且由于氣流作向心流動，渦輪能獲得大的比功和效率。由于向心渦輪的葉輪流動損失對于渦輪效率的效率影響較小，使流通部分的幾何偏差對效率應先不敏感，所以可采用較簡單的制造工藝，而且向心渦輪的重量輕，葉片少，結構簡單可靠，有較寬的運行范圍。

　　基本上這種結構簡單和易于實現的結構都是陳東風所喜愛的。

　　最重要的就是燃燒室結構的選擇了，不過因為是使用了離心式的壓氣機，只能采用分管燃燒室或聯(lián)管燃燒室。

　　分管燃燒室就是每一個管式火焰筒外圍都包有一個單獨的外殼，構成一個分管，分管利用傳焰管相連。它的優(yōu)點是和離心式壓氣機配合協(xié)調，并且易于實現并且維修方便。

　　聯(lián)管燃燒室是把多個火焰筒裝在同一個殼體間，各個火焰筒燃燒去間用連焰管連接。由于聯(lián)管燃燒室在保持了分管燃燒室的一些有點的基礎上把環(huán)形面積利用率提高了。

　　在綜合比較下，陳東風還是采用了聯(lián)管燃燒室。雖然會用機構復雜，重量較大的問題，但魚與熊掌不可得兼，只能平衡取舍了。