主题:【原创】漫谈涡扇发动机系列之转子 -- 毛驴骑士
59年,现今世界的三大航空发动机巨子——罗.罗、普惠、GE都推出了各自的第一代涡扇发动机。这其中,罗罗
的“康维”和普惠的JT-3D用的是前置风扇设计,而GE的CJ805-23则用的是另类的后置风扇设计。
在涡扇发动机发展的初期,受当时的技术水平和材料以及加工工艺的限制,设计师们遇到相当大的困难。首先,
由于大直径的风扇和相对较小的低压压气机连动,风扇叶片的翼尖部分的线速度超过了音速,这个问题在当时是很难
解决的,由于当时还没有CFD或者任何可利用的公式来计算,所以工程师只能用一次又一次的试验来发现、解决问题
(写到这不禁想起了中国“歼八”的十年试飞之路,也差不多是同样境遇,没有经验,没有太多理论基础,缺乏试验
的条件和设备,只能靠英勇的试飞员出生入死去试飞再修改);再者,由于压气机前面多了风扇,使得压气机的工作
被风扇所干扰,最后,当时还没有出现宽弦叶片技术,所用的风扇叶片还是细长形的,高速转动下很容易引起振动。
而GE采用的后风扇设计则一下子完全避开这三个最主要的困难。CJ805-23的后风扇其实就是一个双节的叶片,
叶片下半部分是涡轮叶片,上半部分则是风扇叶片。这样的一个叶片就像涡轴发动机的自由涡轮一样被放在内涵核心
机的尾部,叶片和核心发动机的转子没有丝毫的机械联系,这样一来,工程师可以随心所欲来设计风扇的转速;后置
的风扇也不会对前端的压气机造成不良影响。但是同样的,有利必有弊。
首先是风扇的受热不均匀,因为叶片的下半部分是涡轮,工作时最高温度达到560度,而上半部分的风扇最低温
度只有38度,这样叶片受热不均极易造成金属疲劳;其次,由于后风扇不像前置风扇那样工作在发动机的冷端,而是
工作在发动机的热端,这样一来可靠性随之下降,而飞机对其动力部分的最基本的要求之一就是要可靠性非常之高,
“万无一失”都是不能接受的;最后,由于风扇后置,使得发动机前小后大,在飞行阻力上也要大于前置发动机。
随着设计水平的提高以及材料工艺的进步,前置风扇综合下来比后置风扇有着更多的优越性,所以,现在看到的
涡扇发动机,都已经是前置风扇的设计了。