燃氣渦輪發(fā)動機最大的用途是用作飛機發(fā)動機,而且航空發(fā)動機絕大多數(shù)是燃氣渦輪發(fā)動機,稱為航空燃氣渦輪發(fā)動機,主要有四種類型,渦輪噴氣發(fā)動機、渦輪風扇發(fā)動機、渦輪螺旋槳發(fā)動機、渦輪軸發(fā)動機,用的最廣的是前兩種。上一節(jié)介紹了渦噴發(fā)動機,渦噴發(fā)動機耗油大,但超音速飛機必須使用渦噴發(fā)動機;在亞音速使用渦噴發(fā)動機則經(jīng)濟性差,在亞音速飛行特別是民用航空多用渦扇發(fā)動機,本節(jié)介紹渦輪風扇發(fā)動機,簡稱渦扇發(fā)動機。
渦扇發(fā)動機包括軸流式壓氣機、環(huán)形燃燒室(或環(huán)管燃燒室)、軸流式渦輪組成的核心機與風扇組成,風扇由核心機帶動。本節(jié)通過一個渦扇發(fā)動機模型來說明基本結構與簡單原理,模型僅由主要部件組成,靜葉不顯示;潤滑系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)等附屬系統(tǒng)示意性顯示;模型各部件比例未與任何實際發(fā)動機相同,模型僅作基本結構與原理演示。
渦扇發(fā)動機的推力來自兩個方面:一部分是核心機噴出的燃氣產(chǎn)生推力;更多的是風扇旋轉產(chǎn)生推力。由于風扇只能運行在低轉速,壓氣機需要較高轉速,于是有二轉子或三轉子渦扇發(fā)動機。
圖1是渦扇發(fā)動機模型的轉子,是由三個轉子組成的三轉子結構:高壓渦輪(1級)與高壓壓氣機(6級)同軸,共同構成高壓轉子,見剖面圖中紅色部分;中壓渦輪(1級)與中壓壓氣機(4級)同軸,共同構成中壓轉子,見剖面圖中黃色部分;低壓渦輪(2級)與風扇同軸,共同構成低壓轉子,見剖面圖中藍色部分。三個轉子軸線重合,低壓轉子軸在中心,中壓轉子軸是管狀,套在低壓轉子軸上,高壓轉子軸也是管狀,套在中壓轉子軸上。三個轉子軸間有空隙,不直接接觸,安裝在各自的軸承上,軸承固定在軸承機匣上,見剖面圖中綠色部分。
三個轉子各自運行在最佳轉速,高壓壓氣機運行在高轉速,中壓壓氣機轉速一般比高壓壓氣機略低些,風扇運行在低轉速,壓氣機分兩段不同轉速可用較少級數(shù)達到較高的壓縮比。 |