航空發動機中為什麼有的壓氣機做成高、低壓雙轉子?
航空發動機的壓氣機中,有些做成一個轉子,稱單轉子壓氣機,但是有些壓氣機做成低壓與高壓兩個轉子,稱雙轉子壓氣機。壓氣機做成雙轉子的結構,是為了解決壓氣機工作中出現危及發動機正常工作的“喘振”現象。
什麼是喘振呢?
壓氣機的氣流通道是按照一定的工作條件來設計的。沿流道每個點的截面積均正好與氣流流量相適應,氣流能夠順暢地吸進來,又向後順暢地排出去。但是,如果發動機轉速降低,增壓比跟着降低,而且效率也降低。如果進氣壓力不變,前面幾級,壓力降低還不顯著,後面幾級的壓力降低就比較多了。
壓力降低,氣體就要膨脹,也就是壓氣機後面幾級中,流來的氣體容積增大,原來的葉片流通通道顯得小了,氣流被堵住而不能全部排出去。當氣流被堵時就會往前倒流,一倒流便使後面的氣流通道被疏通,空氣氣流又被吸入壓氣機,向後流時又被堵,又向前倒流……
如此反覆變化,氣流在壓氣機裏來回竄動,並以忽大忽小、不穩定的壓力和速度從出口流出去。這種不正常的現象叫“喘振”。壓氣機“喘振”時常伴有渦輪前燃氣温度突升和放炮聲,造成發動機熄火停車,渦輪等熱端部件和壓氣機出口幾級葉片超温等現象,甚至由機械振動而造成發動機損壞。
“喘振”是發動機工作中絕對不允許出現的狀態。因此,在壓氣機上必須有防止壓氣機在非設計狀態下喘振的措施。一般在壓氣機中間級處設置放氣口,或採用多排可調靜子葉片等裝置來改變流道的流通能力,或將壓氣機設計成低壓與高壓兩部分。
殲6飛機用的渦噴6發動機中,就是在9級壓氣機的第6級處設有放氣帯,在非設計狀態下打開放氣帯,放出適量的空氣,使其餘的空氣能順利向後流出。
美國GE公司的J79單轉子發動機的壓氣機共17級,前七排靜子葉片均做成可調節的,是採用可調靜子葉片最多的發動機。現代的大涵道比渦輪風扇發動機的高壓壓氣機中,也採用了可調靜子葉片。
美國普惠公司的J57與J75發動機的壓氣機均做成低、高壓兩部。在J57中,低壓壓氣機為9級,高壓壓氣機為7級;在J75中,低壓壓氣機為8級,高壓壓氣機為7級。發動機在非設計狀態下工作時,提高高壓壓氣機轉速,以提壓氣機出口壓力,使進入低壓壓氣機進口的空氣能全部由壓氣機流出。