包郵航空葉輪機(jī)原理及設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

作者：桂幸民，金東海

出版社：科學(xué)出版社出版時(shí)間：2022-11-01

開(kāi)本：其他頁(yè)數(shù)： 320

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航空葉輪機(jī)原理及設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 版權(quán)信息

ISBN：9787030735652
條形碼：9787030735652 ; 978-7-03-073565-2
裝幀：一般膠版紙
冊(cè)數(shù)：暫無(wú)
重量：暫無(wú)
所屬分類：
工業(yè)技術(shù)
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航空、航天

航空葉輪機(jī)原理及設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 內(nèi)容簡(jiǎn)介

本書(shū)以航空發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用過(guò)程中對(duì)葉輪機(jī)部件的需求為背景，以工程熱力學(xué)和氣動(dòng)動(dòng)力學(xué)的知識(shí)為基礎(chǔ)，介紹軸流壓氣機(jī)（含風(fēng)扇）、軸流渦輪和離心壓氣機(jī)等航空葉輪機(jī)的性能參數(shù)和特性產(chǎn)生的基本概念與原理，并討論涉及葉輪機(jī)內(nèi)流基本特征的工作原理和流動(dòng)圖畫(huà)等非定量化的機(jī)理特征，側(cè)重探討超越通用葉輪機(jī)械的特殊性、極限性和匹配性問(wèn)題。

航空葉輪機(jī)原理及設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 目錄

目錄
叢書(shū)序
前言
符號(hào)表
第1章緒論001
1.1什么是葉輪機(jī)械001
1.1.1葉輪機(jī)械定義002
1.1.2葉輪機(jī)分類簡(jiǎn)介002
1.2航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的葉輪機(jī)003
1.2.1航空葉輪機(jī)結(jié)構(gòu)布局特征003
1.2.2航空葉輪機(jī)氣動(dòng)布局特征004
1.2.3航空葉輪機(jī)的起源006
1.3葉輪機(jī)內(nèi)部流動(dòng)的復(fù)雜性008
1.3.1葉輪機(jī)內(nèi)部流動(dòng)的復(fù)雜性009
1.3.2復(fù)雜問(wèn)題的典型簡(jiǎn)化假設(shè)011
1.3.3葉輪機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)介013
1.4航空葉輪機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)與技術(shù)發(fā)展013
1.4.1葉輪機(jī)性能對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的影響015
1.4.2缺一不可的工程設(shè)計(jì)三要素019
1.4.3葉輪機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì)特點(diǎn)021
思考和練習(xí)題023
第2章葉輪機(jī)基本性能025
2.1轉(zhuǎn)速025
2.1.1轉(zhuǎn)速與線速度025
2.1.2相似轉(zhuǎn)速與折合轉(zhuǎn)速026
2.2流量028
2.2.1質(zhì)量流量與環(huán)面迎風(fēng)流量028
2.2.2相似流量與折合流量030
2.2.3體積流量031
2.2.4流量系數(shù)032
2.3功與功率033
2.3.1軸功與功率033
2.3.2輪緣功：葉輪機(jī)Euler方程034
2.3.3渦輪功035
2.3.4溫升負(fù)荷系數(shù)與功率系數(shù)035
2.4壓縮/膨脹過(guò)程036
2.4.1過(guò)程的產(chǎn)生：廣義Bernoulli方程036
2.4.2等溫、等熵、多變過(guò)程038
2.4.3焓熵圖039
2.4.4氣動(dòng)熱力參數(shù)的變化趨勢(shì)042
2.5增壓比/落壓比042
2.5.1靜對(duì)靜壓比與總對(duì)總壓比042
2.5.2總對(duì)靜壓比與余速動(dòng)能044
2.5.3壓比負(fù)荷系數(shù)045
2.6效率046
2.6.1等熵效率與輪周效率046
2.6.2多變效率048
2.6.3渦輪的等熵效率049
2.7比轉(zhuǎn)速與比直徑*050
2.8變比熱問(wèn)題*052
思考與練習(xí)題053
第3章葉輪機(jī)性能特性056
3.1特性的產(chǎn)生056
3.2特性線上的關(guān)鍵工作狀態(tài)059
3.2.1設(shè)計(jì)狀態(tài)059
3.2.2峰值效率狀態(tài)060
3.2.3堵塞狀態(tài)060
3.2.4失速狀態(tài)061
3.2.5喘振狀態(tài)063
3.3壓氣機(jī)通用特性與調(diào)節(jié)064
3.3.1壓氣機(jī)特性試驗(yàn)*064
3.3.2通用特性與無(wú)量綱特性068
3.3.3壓縮系統(tǒng)調(diào)節(jié)069
3.3.4航空葉輪機(jī)環(huán)境適應(yīng)性071
3.4多級(jí)壓氣機(jī)性能匹配071
3.4.1設(shè)計(jì)狀態(tài)性能匹配073
3.4.2等轉(zhuǎn)速非設(shè)計(jì)狀態(tài)性能匹配074
3.4.3共同工作非設(shè)計(jì)狀態(tài)性能匹配076
3.4.4多級(jí)壓氣機(jī)的多重特性078
3.5渦輪特性080
3.5.1渦輪相似參數(shù)081
3.5.2渦輪通用特性082
3.5.3多級(jí)渦輪的性能匹配083
3.5.4多轉(zhuǎn)子發(fā)動(dòng)機(jī)自適應(yīng)防喘原理084
3.6壓氣機(jī)與渦輪共同工作085
思考與練習(xí)題087
第4章軸流風(fēng)扇/壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)088
4.1軸流風(fēng)扇/壓氣機(jī)葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)088
4.1.1葉型結(jié)構(gòu)參數(shù)089
4.1.2基元結(jié)構(gòu)參數(shù)090
4.1.3典型的原始葉型091
4.1.4葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)092
4.2基元級(jí)氣動(dòng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)094
4.2.1基元?dú)鈩?dòng)性能參數(shù)094
4.2.2基元級(jí)速度三角形與能量轉(zhuǎn)換098
4.2.3速度三角形簡(jiǎn)化分析103
4.2.4基元級(jí)反力度與軸向力105
4.2.5基元流迎角特性108
4.2.6極限負(fù)荷與兩角一系數(shù)116
4.2.7Smith圖123
4.3壓氣機(jī)級(jí)氣動(dòng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)124
4.3.1展向積疊：徑向平衡方程124
4.3.2典型的扭向規(guī)律125
4.3.3二次流動(dòng)與流動(dòng)控制*129
4.4多級(jí)壓氣機(jī)流動(dòng)匹配135
4.4.1多級(jí)壓氣機(jī)匹配設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介135
4.4.2重復(fù)級(jí)現(xiàn)象*139
4.4.3非設(shè)計(jì)狀態(tài)的流動(dòng)失配*140
4.4.4流場(chǎng)識(shí)別與調(diào)試技術(shù)簡(jiǎn)介*142
4.5失速喘振、進(jìn)氣畸變及擴(kuò)穩(wěn)技術(shù)146
4.5.1旋轉(zhuǎn)失速146
4.5.2喘振151
4.5.3進(jìn)氣畸變*153
4.5.4擴(kuò)穩(wěn)技術(shù)157
4.6相似設(shè)計(jì)與相似試驗(yàn)161
4.6.1加級(jí)設(shè)計(jì)161
4.6.2改級(jí)設(shè)計(jì)161
4.6.3縮放設(shè)計(jì)與縮尺試驗(yàn)162
4.6.4進(jìn)氣節(jié)流試驗(yàn)163
思考與練習(xí)題164
第5章軸流渦輪氣動(dòng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)168
5.1軸流渦輪葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)168
5.1.1葉型結(jié)構(gòu)參數(shù)169
5.1.2基元結(jié)構(gòu)參數(shù)169
5.1.3葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)170
5.2基元級(jí)氣動(dòng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)170
5.2.1基元?dú)鈩?dòng)性能參數(shù)170
5.2.2基元級(jí)速度三角形與能量轉(zhuǎn)換172
5.2.3基元級(jí)反力度與軸向力176
5.2.4渦輪基元流動(dòng)178
5.2.5渦輪基元損失180
5.2.6渦輪基元級(jí)Smith圖185
5.3氣冷渦輪的基元流動(dòng)185
5.3.1冷卻的目的185
5.3.2對(duì)流冷卻*187
5.3.3氣膜冷卻*188
5.3.4氣膜冷卻的氣動(dòng)損失*190
5.4渦輪級(jí)與多級(jí)渦輪191
5.4.1基元級(jí)的展向積疊：徑向平衡方程192
5.4.2典型的扭向規(guī)律192
5.4.3二次流動(dòng)195
5.4.4多級(jí)渦輪198
思考與練習(xí)題201
第6章離心壓氣機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)204
6.1離心葉輪204
6.1.1離心葉輪結(jié)構(gòu)參數(shù)205
6.1.2氣動(dòng)性能參數(shù)與速度三角形206
6.1.3速度三角形與能量轉(zhuǎn)換208
6.1.4滑移系數(shù)211
6.1.5離心壓氣機(jī)反力度212
6.2擴(kuò)壓器214
6.2.1無(wú)葉擴(kuò)壓器214
6.2.2葉片擴(kuò)壓器215
6.2.3無(wú)葉擴(kuò)壓段216
6.2.4管式擴(kuò)壓器216
6.2.5蝸殼217
6.3離心壓氣機(jī)級(jí)218
6.3.1流動(dòng)圖畫(huà)218
6.3.2流動(dòng)損失219
6.3.3級(jí)性能匹配221
思考與練習(xí)題222
附錄A葉輪機(jī)氣動(dòng)熱力學(xué)基本方程223
A.1Reynolds輸運(yùn)定理223
A.2質(zhì)量守恒定律與相對(duì)流動(dòng)的連續(xù)方程224
A.2.1三維流動(dòng)連續(xù)方程224
A.2.2一維流動(dòng)流量方程226
A.3動(dòng)量守恒定律與相對(duì)流動(dòng)的動(dòng)量方程227
A.3.1動(dòng)量守恒與受力分析227
A.3.2加速度合成定理228
A.3.3三維流動(dòng)動(dòng)量方程229
A.3.4二維基元流動(dòng)動(dòng)量方程230
A.3.5一維流動(dòng)動(dòng)量方程232
A.3.6動(dòng)量矩方程233
A.4能量守恒定律與相對(duì)流動(dòng)的能量方程234
A.4.1能量守恒與熱、功分析234
A.4.2三維流動(dòng)能量方程235
A.4.3絕對(duì)坐標(biāo)系一維流動(dòng)能量方程237
A.4.4相對(duì)坐標(biāo)系一維流動(dòng)能量方程239
A.5熱力學(xué)第二定律240
A.5.1Clausius不等式240
A.5.2熱力學(xué)關(guān)系式241
附錄B氣動(dòng)熱力學(xué)基礎(chǔ)245
B.1氣體的基本性質(zhì)245
B.1.1國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)大氣245
B.1.2狀態(tài)方程式246
B.1.3比熱247
B.1.4壓縮性與Mach數(shù)249
B.1.5黏性與Reynolds數(shù)251
B.1.6傳熱問(wèn)題254
B.1.7濕度問(wèn)題255
B.2氣動(dòng)熱力學(xué)函數(shù)256
B.2.1氣流的滯止256
B.2.2氣動(dòng)函數(shù)257
B.2.3流量函數(shù)259
B.3膨脹波、壓縮波與激波260
B.3.1弱擾動(dòng)在氣流中的傳播260
B.3.2膨脹波261
B.3.3壓縮波262
B.3.4弱波的反射和相交262
B.3.5激波264
B.3.6激波的反射和相交266
B.3.7錐面激波268
B.4旋渦運(yùn)動(dòng)的基本理論269
B.4.1渦線和渦管269
B.4.2速度環(huán)量270
B.4.3Stokes定理271
B.4.4Kelvin定理（Thomson定理）273
B.4.5Helmholtz旋渦三定理275
B.4.6旋渦附近的速度分布（Biot-Savart公式）276
B.4.7點(diǎn)渦277
附錄C相似理論基礎(chǔ)279
C.1什么是相似279
C.2流動(dòng)的相似條件280
C.3相似三定律282
C.4量綱分析284
參考文獻(xiàn)287
中英文對(duì)照表293
索引298

展開(kāi)全部

航空葉輪機(jī)原理及設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 節(jié)選

第1章緒論　　本章從葉輪機(jī)的定義與分類切入，介紹航空發(fā)動(dòng)機(jī)中葉輪機(jī)的氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)布局特征和起源，討論葉輪機(jī)內(nèi)部流動(dòng)的復(fù)雜性、處理復(fù)雜問(wèn)題的簡(jiǎn)化假設(shè)和簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)過(guò)程，并從系統(tǒng)角度出發(fā)，宏觀討論葉輪機(jī)性能特性對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的影響、葉輪機(jī)工程設(shè)計(jì)的三要素和現(xiàn)代葉輪機(jī)的設(shè)計(jì)特征。　　學(xué)習(xí)要點(diǎn)：　　（1）掌握葉輪機(jī)定義與分類；　　（2）初步認(rèn)識(shí)葉輪機(jī)內(nèi)部復(fù)雜流動(dòng)及其簡(jiǎn)化假設(shè)，體會(huì)遵循自然規(guī)律的認(rèn)知過(guò)程；　　（3）初步了解面向系統(tǒng)應(yīng)用的現(xiàn)代葉輪機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)和方法，體會(huì)改造自然的方法論。　　1.1 什么是葉輪機(jī)械　　航空葉輪機(jī)是集成在航空發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的特殊的葉輪機(jī)械。　　葉輪機(jī)械是一類用途廣泛的通用機(jī)械，從計(jì)算機(jī)散熱風(fēng)扇到家用通風(fēng)機(jī)，從工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中**的鼓風(fēng)機(jī)、水泵到發(fā)電、推進(jìn)所采用的水輪機(jī)、蒸汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)，甚至產(chǎn)生飛機(jī)、艦船拉力或推力的螺旋槳等，均統(tǒng)屬于葉輪機(jī)械的范疇。顯然，這些應(yīng)用都涉及機(jī)械與流體之間的能量轉(zhuǎn)換和利用。　　實(shí)現(xiàn)流體與機(jī)械能量轉(zhuǎn)換的方式主要有兩類。　　一類是通過(guò)改變流體容積實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，如活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)、齒輪泵和羅茨鼓風(fēng)機(jī)等，不論驅(qū)動(dòng)機(jī)械旋轉(zhuǎn)的方式是往復(fù)式還是回轉(zhuǎn)式，其特點(diǎn)是不產(chǎn)生工質(zhì)的連續(xù)流動(dòng)。以航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)為例，通常采用一周多缸實(shí)現(xiàn)軸功率的連續(xù)輸出，雖然每個(gè)缸體均產(chǎn)生了足夠的推進(jìn)用噴氣總壓，但不連續(xù)流動(dòng)的流體質(zhì)量不足以實(shí)現(xiàn)高效推進(jìn)，因此，必須通過(guò)軸功率驅(qū)動(dòng)螺旋槳或旋翼，以拉進(jìn)或推進(jìn)飛行器。　　另一類則是通過(guò)連續(xù)流動(dòng)的流體與葉輪機(jī)械實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，直接推進(jìn)飛行器，也可以通過(guò)軸功率輸出，驅(qū)動(dòng)螺旋槳或旋翼。那么，什么是葉輪機(jī)械呢？　　1.1.1 葉輪機(jī)械定義　　葉輪機(jī)械是以連續(xù)流動(dòng)的流體為工質(zhì)、以葉片為主要工作元件，實(shí)現(xiàn)工作元件與工質(zhì)之間能量轉(zhuǎn)換的一類機(jī)械。　　這類機(jī)械的工作過(guò)程具有明確的開(kāi)口系特征，流體在連續(xù)流動(dòng)的過(guò)程中，借助旋轉(zhuǎn)葉片實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，借助輪盤固定葉片并實(shí)現(xiàn)機(jī)械能輸入或輸出。于是，轉(zhuǎn)速、流量、輪緣功（或焓差或壓比）、效率（或損失或熵增）等定量表述葉輪機(jī)性能的參數(shù)便應(yīng)運(yùn)而生。以轉(zhuǎn)速和流量為自變量，就可以在特定幾何和環(huán)境邊界條件下，構(gòu)建功率、效率等函數(shù)關(guān)系，并與系統(tǒng)共同匹配工作，定量確定能量轉(zhuǎn)換的*終效果。　　葉輪機(jī)械譯自turbomachinery，是各類葉輪機(jī)的總稱。其詞頭turbo-源自拉丁語(yǔ)turbinis，本意為旋轉(zhuǎn)（Dixon，2005），演化為三重含義：①渦輪機(jī)（turbine），被譯為渦輪或透平；②渦輪驅(qū)動(dòng)的組合機(jī)械，如渦輪風(fēng)扇（turbofan）、渦輪軸（turboshaft）和渦輪增壓器（turbocharger）等；③旋轉(zhuǎn)葉輪，如turbocompressor是葉輪式壓縮機(jī)、turbomachine是葉輪機(jī)而不是渦輪機(jī)。　　1.1.2 葉輪機(jī)分類簡(jiǎn)介　　根據(jù)能量轉(zhuǎn)換方式，葉輪機(jī)通常可以分為渦輪機(jī)和工作機(jī)。渦輪機(jī)是利用流體動(dòng)勢(shì)能迫使葉輪旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能輸出的機(jī)械，因產(chǎn)生機(jī)械動(dòng)力，也稱作動(dòng)力機(jī)，主要包括燃?xì)鉁u輪、蒸汽渦輪、水輪機(jī)和風(fēng)車等；工作機(jī)則是通過(guò)葉輪旋轉(zhuǎn)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為流體動(dòng)勢(shì)能的機(jī)械，如壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、通風(fēng)機(jī)、泵和螺旋槳等。　　根據(jù)葉輪流道結(jié)構(gòu)形式的不同，葉輪機(jī)可以分為軸流式、徑流式、斜流式和貫流式。軸流式葉輪的子午流道（子午面上的流道投影）為軸向，于是在子午面內(nèi)，流入、流出葉輪的氣流方向?yàn)檩S向或接近軸向[圖1.1（a）]；徑流式葉輪的子午流道則垂直于旋轉(zhuǎn)軸，子午面內(nèi)流動(dòng)為徑向流入、徑向流出葉輪[圖1.1（b）]；斜流式葉輪的子午流道和子午流動(dòng)方向則具有非軸向、非徑向特征[圖1.1（c）]。貫流式葉輪比較特殊，如圖1.2所示，工作機(jī)一般是貫流式風(fēng)機(jī)，動(dòng)力機(jī)有水戽式渦輪，其流動(dòng)在垂直于旋轉(zhuǎn)軸的平面內(nèi)發(fā)生折轉(zhuǎn)并穿越旋轉(zhuǎn)軸，其葉片或水戽通常采用沖動(dòng)式葉輪設(shè)計(jì)，僅改變流動(dòng)方向。因流道對(duì)流動(dòng)的影響很小，故貫流式葉輪沒(méi)有清晰的流道結(jié)構(gòu)，軸向長(zhǎng)度可以按需要設(shè)計(jì)。　　圖1.1 葉輪子午流道結(jié)構(gòu)形式　　圖1.2 貫流式葉輪　　流經(jīng)葉輪機(jī)的工質(zhì)可以是液體、氣體，也可以是蒸汽、粉塵等。通常以液體為工質(zhì)的工作機(jī)稱作泵，如軸流泵、離心泵；以氣體（含固體顆粒）為工質(zhì)的工作機(jī)沒(méi)有統(tǒng)一的名稱，有通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)等。不論是液體還是氣體，產(chǎn)生軸功率輸出的葉輪機(jī)都稱為渦輪（水力渦輪又稱為水輪機(jī)、風(fēng)力渦輪又稱為風(fēng)車）。　　此外，能量轉(zhuǎn)換效果還可以根據(jù)有無(wú)機(jī)匣來(lái)體現(xiàn)。常見(jiàn)的螺旋槳沒(méi)有機(jī)匣，這類機(jī)械的特點(diǎn)是葉片數(shù)很少，一般認(rèn)為葉片與葉片之間不存在影響，可以通過(guò)翼型理論進(jìn)行設(shè)計(jì)而忽略旋轉(zhuǎn)效應(yīng)；而采用機(jī)匣后，為實(shí)現(xiàn)增加流體的壓強(qiáng)變化，葉片數(shù)明顯增加，葉片與葉片之間存在相互影響，葉輪理論由此產(chǎn)生了。　　能量轉(zhuǎn)換效果的差異會(huì)導(dǎo)致葉輪機(jī)形式的不同。例如：電風(fēng)扇、螺旋槳追求排氣動(dòng)能，以至于排氣靜壓低于大氣壓；通風(fēng)機(jī)、風(fēng)扇也追求排氣動(dòng)能，也可以通過(guò)排氣管將排氣勢(shì)能進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為動(dòng)能；壓縮機(jī)、壓氣機(jī)則追求排氣勢(shì)能，余速（排氣速度）動(dòng)能被視為損失。再如，單級(jí)軸流壓氣機(jī)壓比通常為1.3～2.0，而單級(jí)離心壓氣機(jī)*大壓比能夠超過(guò)10.0，這并不代表離心壓氣機(jī)更先進(jìn)，葉輪機(jī)形式的*終選擇需綜合考慮效率、尺寸、重量和成本等因素。　　能量轉(zhuǎn)換效果的差異使葉輪機(jī)結(jié)構(gòu)形式具有多樣性，但究其根本，葉輪機(jī)仍保持著基本原理一致性。葉輪機(jī)本沒(méi)有結(jié)構(gòu)，高品質(zhì)流動(dòng)結(jié)構(gòu)需要通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)的支撐和傳動(dòng)，于是產(chǎn)生了豐富而復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)形式。如果對(duì)基本原理和流動(dòng)圖畫(huà)沒(méi)有精細(xì)化認(rèn)知和定量化表述，就很難產(chǎn)生正確的結(jié)構(gòu)應(yīng)用，原理認(rèn)知是葉輪機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)用的**步。　　1.2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的葉輪機(jī) 　　1.2.1 航空葉輪機(jī)結(jié)構(gòu)布局特征　　以WP11C渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)（陳光，2018；潘寧民等，2009）為例，簡(jiǎn)要介紹航空發(fā)動(dòng)機(jī)中葉輪機(jī)的基本結(jié)構(gòu)特征。圖1.3是該發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的子午面投影圖，由單級(jí)軸流壓氣機(jī)、單級(jí)離心壓氣機(jī)和單級(jí)軸流渦輪組成。　　圖1.3 WP11渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)子午面投影圖　　葉輪機(jī)的基本結(jié)構(gòu)單元是“級(jí)”和“排”。工作機(jī)的級(jí)由一排轉(zhuǎn)子葉片（簡(jiǎn)稱動(dòng)葉）及其后面的一排靜子葉片（靜葉）組成，末級(jí)靜葉也稱出口整流葉片（OGV）；渦輪機(jī)的級(jí)由一排動(dòng)葉及其前面的一排靜葉組成，靜葉也稱進(jìn)口導(dǎo)流葉片（IGV）。風(fēng)扇、壓氣機(jī)的IGV和渦輪的OGV均為0.5級(jí)。　　航空發(fā)動(dòng)機(jī)的離心壓氣機(jī)一般采用軸向流入、軸向流出，于是，動(dòng)葉的功能被分為兩部分，前部為導(dǎo)風(fēng)輪葉片，后部為離心葉輪葉片；同樣地，靜葉的功能也被分為徑向擴(kuò)壓器葉片和軸向擴(kuò)壓器葉片（圖1.3）。傳統(tǒng)離心轉(zhuǎn)子由導(dǎo)風(fēng)輪和離心葉輪兩個(gè)零件共同旋轉(zhuǎn)，現(xiàn)代制造能夠完成導(dǎo)風(fēng)輪和離心葉輪的一體化制造，動(dòng)葉的設(shè)計(jì)不再區(qū)分導(dǎo)風(fēng)輪和離心葉輪，但動(dòng)葉導(dǎo)流、增壓和整流的原理并沒(méi)有改變。離心壓氣機(jī)靜子一般不以整流器命名，而是利用靜葉的擴(kuò)壓功能，分別稱為徑向擴(kuò)壓器和軸向擴(kuò)壓器。　　就氣動(dòng)結(jié)構(gòu)而言，若動(dòng)葉和輪盤為一個(gè)零件，一般稱為葉輪，如圖1.3中軸流和離心葉輪；若通過(guò)榫頭連接形成組件，則稱為葉盤，如圖1.3中軸流渦輪葉盤。由靜葉和約束流道的輪轂、機(jī)匣構(gòu)成的零組件稱整流器；由導(dǎo)葉、輪轂和機(jī)匣組成的零組件稱導(dǎo)流器。燃燒室后**級(jí)渦輪導(dǎo)流葉片比較特殊，是航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)喉道截面的設(shè)計(jì)區(qū)域，也稱噴嘴環(huán)。　　同類流道結(jié)構(gòu)的級(jí)串聯(lián)組合稱為多級(jí)葉輪機(jī)，如多級(jí)軸流壓縮機(jī)、多級(jí)離心壓縮機(jī)、多級(jí)軸流渦輪等；不同類流道結(jié)構(gòu)的級(jí)串聯(lián)組合稱為組合葉輪機(jī)，WP11C發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮系統(tǒng)就是采用了軸流離心組合壓氣機(jī)。圖1.3中壓縮系統(tǒng)由軸流離心組合壓氣機(jī)構(gòu)成；圖1.4中的壓縮系統(tǒng)包括低壓壓氣機(jī)和高壓壓氣機(jī)，均采用多級(jí)軸流壓氣機(jī)。現(xiàn)代軍用發(fā)動(dòng)機(jī)為追求推重比，高、低壓渦輪趨于采用單級(jí)；民用發(fā)動(dòng)機(jī)則采用多級(jí)渦輪，確保高效和長(zhǎng)壽。　　1.2.2 航空葉輪機(jī)氣動(dòng)布局特征　　航空發(fā)動(dòng)機(jī)所涉及的葉輪機(jī)主要包括軸流式壓縮機(jī)、離心式壓縮機(jī)和軸流式渦輪，一些情況下也采用斜流式壓縮機(jī)。其壓縮機(jī)均以空氣為工質(zhì)，又稱空氣壓縮機(jī)，簡(jiǎn)稱壓氣機(jī)；渦輪均以燃?xì)鉃楣べ|(zhì)，又稱燃?xì)鉁u輪。為此，航空發(fā)動(dòng)機(jī)又被稱為燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)或航空燃?xì)廨啓C(jī)，以區(qū)別航空領(lǐng)域的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。　　渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)可以用一根軸連接壓氣機(jī)和渦輪，形成單轉(zhuǎn)子機(jī)械結(jié)構(gòu)。中間狀態(tài)（不加力*大狀態(tài)）推力在20kN以上的中、大型發(fā)動(dòng)機(jī)一般采用多級(jí)軸流壓氣機(jī)；除巡航導(dǎo)彈氣動(dòng)外形限制外，推力在2～15kN的小型發(fā)動(dòng)機(jī)均采用軸流離心組合壓氣機(jī)；更小推力的微小型、微型發(fā)動(dòng)機(jī)則采用高增壓比的單級(jí)離心壓氣機(jī)。　　為產(chǎn)生有效推力，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪均采用軸流渦輪，而不考慮向心渦輪。　　當(dāng)壓氣機(jī)壓比高于6.0時(shí)，一般需要通過(guò)多轉(zhuǎn)子、中間放氣或可調(diào)葉片等手段解決多級(jí)或組合壓氣機(jī)內(nèi)部流動(dòng)在非設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速狀態(tài)的失配問(wèn)題，規(guī)避喘振以確保發(fā)動(dòng)機(jī)全狀態(tài)安全穩(wěn)定運(yùn)行。WP11C組合壓氣機(jī)總壓比為5.47，使發(fā)動(dòng)機(jī)在全轉(zhuǎn)速使用過(guò)程中不需要任何幾何調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)參與工作，結(jié)合寬弦葉片、離心霧化和單級(jí)渦輪等氣動(dòng)布局特征，使該發(fā)動(dòng)機(jī)可靠長(zhǎng)壽，且實(shí)用升限達(dá)到常規(guī)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)難以企及的21.3km（胡曉煜，2006）。　　關(guān)于喘振的基本原理將在第3、4章介紹，但是在諸多防喘措施中，雙轉(zhuǎn)子或三轉(zhuǎn)子可以通過(guò)功率的自適應(yīng)匹配實(shí)現(xiàn)防喘，不依賴幾何可調(diào)的外部機(jī)械控制，這樣就可以降低氣動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、提高安全性、減少零件數(shù)。圖1.4所示的WP7雙轉(zhuǎn)子渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)（陳光等，1978），由高壓軸連接高壓壓氣機(jī)（HPC）和高壓渦輪（HPT）形成高壓轉(zhuǎn)子；低壓軸連接低壓壓氣機(jī)（LPC）和低壓渦輪（LPT）形成低壓轉(zhuǎn)子。　　圖1.4 WP7雙轉(zhuǎn)子渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)子午面投影圖　　WP7雙轉(zhuǎn)子渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)是根據(jù)Tumansky設(shè)計(jì)局R11F發(fā)動(dòng)機(jī)引進(jìn)得到，3級(jí)低壓壓氣機(jī)和3級(jí)高壓壓氣機(jī)串聯(lián)形成壓縮系統(tǒng)，其總壓比8.85，平均級(jí)壓比高達(dá)1.44。該平均壓比仍是現(xiàn)代軍用發(fā)動(dòng)機(jī)所追求的參數(shù)。雖然采用了雙轉(zhuǎn)子和中間放氣等設(shè)計(jì)思想以規(guī)避中低轉(zhuǎn)速喘振，但由于完全超出了當(dāng)時(shí)對(duì)復(fù)雜流動(dòng)的認(rèn)知和控制能力，高轉(zhuǎn)速喘振的穩(wěn)定裕度過(guò)低（低壓壓氣機(jī)為9.0%，高壓壓氣機(jī)為11.2%），致使飛機(jī)潑辣性不佳（侯志興等，1987），即不適合于強(qiáng)機(jī)動(dòng)飛行。這一缺陷使該發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有成為主流機(jī)型。然而，Wennerstrom（1989）卻從中發(fā)現(xiàn)了高負(fù)荷設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，小展弦比設(shè)計(jì)思想的實(shí)踐因此展開(kāi)，并引導(dǎo)了現(xiàn)代葉輪機(jī)彎掠和三維設(shè)計(jì)的技術(shù)進(jìn)步。　　質(zhì)量流量、排氣速度、靜壓是影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)推力大小的主要因素（朱行健等，1992）。如果能夠通過(guò)渦輪將排氣余熱進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為軸功，以驅(qū)動(dòng)質(zhì)量流量更大的風(fēng)扇，這樣，在燃油流量不變的情況下顯然可以使推力增加、耗油率降低，這就形成了渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。這是余熱利用的典型手段，與渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)和地面燃?xì)廨啓C(jī)的余熱利用方式一致，差異僅在于余熱功率、動(dòng)能、勢(shì)能和熱能的分配與匹配。　　對(duì)于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，高壓壓氣機(jī)、燃燒室和高壓渦輪構(gòu)成了核心機(jī)。核心機(jī)在氣動(dòng)結(jié)構(gòu)布局上與渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)一致，在功能上則起著燃?xì)獍l(fā)生器的作用。因此，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)可以看作渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的升級(jí)版，即低壓壓氣機(jī)不再將全部質(zhì)量流量提供給高壓壓氣機(jī)，而是將一部分空氣送入內(nèi)涵的核心機(jī)，利用排氣剩余能量驅(qū)動(dòng)低壓渦輪；另一部分空氣則送入外涵，直接產(chǎn)生推力或在低壓渦輪后混合產(chǎn)生推力。外涵與核心機(jī)質(zhì)量流量的比值稱為涵道比，而低壓壓氣機(jī)則稱作風(fēng)扇，如圖1.5所示。　　圖1.5 AL31F小涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)子午面投影圖　　渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)思想成功實(shí)踐后，飛行器的需求再次直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展。圖1.6是不同噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的適用范圍（RollsRoyce，1996），推進(jìn)效率與巡航速度相關(guān)。

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