航空發動機：集機械行業大成

老哲

目前主流航空發動機種類 航空發動機的大體分為四類，分別是渦噴、渦扇、渦軸和渦槳。 渦輪噴氣發動機，是人類歷史上一個最偉大的進步，實現了噴氣推進。靠著噴氣的反作用，來推動飛機向前快速的飛行。那么渦輪噴氣過程當中有個特點就是耗油比較高。后演化出渦扇發動機，利用噴口的余熱和余壓再沖動低壓渦輪，來啟動一個風扇，風扇有了外涵道，外涵道的氣流是不參與燃燒的，從宏觀上來說，它相當于余溫、余壓的一種利用。從細節來考慮，相當于外涵道的氣流不參加燃燒，但同樣能產生推力，這樣就降低了耗油率。涵道比越大也就越省油，但是外涵道尺寸也越大，飛行阻力也就大了，尤其高速影響突出。 渦軸發動機，它是專門針對的用處，主要是給直升機配的，它于輸出軸功，所以叫渦軸發動機。 渦槳發動機，它是驅動螺旋槳的，我們可以把螺旋槳看成一個涵道比無窮大的一個外涵道，所以渦槳發動機它是油耗最低的，最省油的。但也有個問題，它不能超聲速飛行。 現在總體來說，還是渦扇發動機最常用，渦扇發動機的涵道比可以調節。像民用的民航發動機或者大型的運輸機，為了追求經濟性、為了省油，一般都是采用大涵道比的渦扇發動機。像一些戰斗機，他為了追求機動性、加速性，為了追求高的推重比，它的涵道比是比較小的。 匯聚機械行業三大難題 機械行業有三難，或者說設計里面最怕的三類問題，一類是把它高速旋轉，因為一旋轉就有震動問題；另外一類是怕高溫，只要是高溫，金屬在高溫狀態下就發生蠕變、形變：還有一類怕疲勞，我們知道很多金屬在反復的作用下，就會出現疲勞斷裂。而航空發動機把機械行業這三難或者是三怕高度的集中在一起。它不但高速旋轉，而且還是兩根軸的旋轉，甚至三個軸，高壓轉子一般在1萬四、五以上轉速/分、低壓轉子也在大幾千轉，在高速旋轉。同時高溫也是到了極限，渦輪前的溫度達到了1800K，甚至到1900K。這就要高溫冷卻，才能夠穩定的工作。疲勞更是航空發動機經常出現的，也是最容易導致航空發動機組件的損毀。所以說三個難點集中到一起，造成了航空發動機被稱為工業界皇冠上的明珠。 航空發動機中氣動熱力設計 航空發動機難，最難的根子還是在設計。氣動設計是基礎，同時也是它的目標。要設計航空發動機，主要追求它的氣動熱力的循環效率，要追求高的推重比，這些都屬于氣動熱力的范疇。同時我們知道材料界的人士，為了航空發動機的渦輪前溫度的提高做出了巨大的貢獻，比如像單晶材料的出現，比如像高溫合金的出現，還有一些熱障涂層的出現。對氣動熱力設計人員來說，也對溫度的提高做出了巨大貢獻。這個就是冷卻，改變它的冷卻結構設計，把葉片做成空的，甚至現在還有雙層壁。不但是空的，里面還有各種繞流柱。把冷氣從里面通進去以后，再從葉片的表面通過氣膜孔滲出來，在葉片的表面形成一種冷氣。這種冷氣把葉片很好的包裹起來，就像消防人員穿上了消防服一樣。那么在冷氣的包裹下，葉片才能夠承受更高溫的溫度。對小發動機來說，葉片更小，難度更大，那么小的一葉片不可能承受非常復雜的冷卻結構設計。那么在這種相對簡單的冷卻結構設計里面，只能通過氣膜孔的排列方式、氣膜孔的出流方向等等這些細節，來提高渦輪前承受的溫度。 使用中的檢查更為重要 綜上所述：如此復雜集機械行業大成的航空發動機、在這三怕的狀態中使用中，一定給維護檢查，機務工程師帶來了挑戰工作，尤其核心機的孔探檢查顯得極為重要。要發動機孔探檢測做到“三原則:定位、定量、定性”顯然是不容易的，對人員素質有極高的要求，同時對孔探設備要求也越來越高，孔探設備清晰度，具備精密測量、高可靠性、易操作性（包括編寫報告、上傳）、智能、售后服務保障等都提出了很高的要求。隨著國內航空發動機的大量使用，牽扯到保密協議問題，可能使用國內孔探設備也是勢在必行。因為近年來國內孔探設備技術進步很快，形成了具有我們的特色和實用優點。技術指標高，售后有最好的保障。

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