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渦槳發動機為了提高涵道比而把螺旋槳直徑設計得很大,但會造成高速時螺旋槳葉尖超音速產生不穩定性的負面影響(如果沒有差速器的話)。大涵道比渦扇發動機風扇直徑同樣很大,而且旋轉速度比渦槳快得多,為什麼就不存在這個問題呢?
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  • 1 # 泰瑪

    【航空航天】:標題中應加上“航空”二字,故叫“航空渦扇發動機”,這樣就界定了這種動力裝置的用途。它是為航空器,也叫飛行器提供的動力系統。這種動力系統工作時究竟會不會產生激波?回答這個問題之前需要了解航空渦扇發動機與航空渦噴發動機的區別。

    1.渦扇發動機與渦輪噴的區別

    航空渦扇發動機是航空噴氣發動機中的一個分支,即航空渦扇發動機是航空渦輪噴氣發動機結構發展的演進。

    研究實踐證明,函道比越高的發動機推力也就越大,而且也相對省油。風扇的質量直接影響到發動機效能,航空渦扇發動機的風扇發展也經歷了幾個過程:在渦扇發動機之初,因受到內函核心機功率及風扇材料機械強度的制約,航空渦扇發動機的函道比不可能作的很大,如函道比最大的CJ805-23也僅1.5。

    2.航空渦扇發動機的特有技術

    隨著發動機涵道比的增加,風扇向著大直徑、低壓比方向發展,其設計要求是效率高、噪聲低、重量輕、抗外物損傷能力強。在三維黏性CFD設計方法的基礎上發展起來的掠形葉片可以降低葉片進口氣流相對馬赫數,減少激波損失,進步風扇效率和流量。掠形葉片使風扇葉片效率進步3%~5%,空氣流量增加3%~10%,因此,大尺寸風扇成了大涵道比渦扇發動機的特有技術。

    殲20戰機裝備中國產"ws-15峨眉”航空發動機實現了超音速巡航。和其他發動機比, ws-15是中國為第五代戰鬥機配套研製的小涵道比大推力渦扇發動機,主要裝機物件為殲20雙發重型隱身戰鬥機。ws-15整機推重比達到10一級,最大加力推力在16~18噸之間,採用了第三代單晶渦輪葉片材料三元推力向量噴口、雙餘度全許可權數位電子控制系統(FADEC)等一系列先進技術,2006年首次臺架運轉試車成功,計劃在2019年以前實現裝機試飛,這個目標已經實現。

    ws-15大推力渦扇發動機是中國第五代戰鬥機的標準動力。目前全世界能夠研製生產大推力軍用渦扇發動機的國家有美國、俄羅斯和中國。

    3.“激波"是客觀存在的

    題目中提到"為什麼渦扇發動機不會產生激波?",這個提問中的"不會"是不客觀的,“激波"客觀上是存在的。比如,向水面投塊石頭水面會泛起陣陣漣漪,這就是石頭激起的水波;將正在流水的水龍頭突然關閉出現強烈振動,這就是壓力產生的聲波;汽車、飛機在動態時車身和機翼上與相對運動空氣摩擦會產生附面層流產生阻力,只是平時人眼不易察覺。

    我們說盡管航空渦扇發動機發展到現階段的水平,然而“激波”的存在機制仍未就此消失。因此,渦扇在轉動時與空氣摩擦也必然產生激波。只不過透過一些技術手段和改變葉片外形將“激波”控制在較小範圍,減少“激波”對發動機功率的損失。美國、俄羅斯亦如此,即將“激波"起的損失降到現階段的最小程度。通常的方法是,在三維黏性CFD設計方法的基礎上發展起來的掠形葉片用來降低葉片進口氣流相對馬赫數,減少激波對功率的損失。

  • 2 # 小杰V奇牙-傑

    感謝邀請,剛一看到標題我有點暈,看了下面的詳細內容才知道你問的是什麼。在問我扇發動機風扇為什麼不會產生激波,為什麼直升機有,這個要先說激波效應。激波是高密度物質撞擊形成的,從最簡單的角度就像大海的波濤一樣,在洋流和溫度差引起的海水加速流動推動海水撞擊到海堤的時候會產生爆炸式的撞擊,這個撞擊就是激波效應的一種。就是物質高速運動的時候撞擊到別的物質產生的激波效應,從直升機角度回饋就是氣流紊亂,這時直升機就需要差速器來穩定自身的飛行狀態。這個激波的產生原因是取決於直升機的動力採用的是渦軸發動機,他的升力來自於渦軸發動機帶動漿翼,利用漿翼的角度將上方空氣旋轉加壓向下產生的升力,其主要作用力是漿翼,所以漿翼在高速運轉時尤其在音速情況下就會產生漿翼撞擊音障和空氣後的激波效應。至於為什麼渦扇發動機的扇葉不會發生這種情況,那就取決於渦扇發動機完全不同的工作原理。渦扇發動機的主要扇葉區域一是進氣口一是內部工作室,渦扇發動機在進氣口的風扇主要作用是提升進氣量,它的設計效用是對進氣口的空氣進行初步加壓,他在運動時的主要作用是引導空氣進入燃燒室,而進入燃燒室後劇烈的提升空氣溫度加上進氣口的壓力會讓這谷高溫氣體抵達發動機內部的風扇區,這個工作區的主要作用是對高溫氣體再次旋轉加壓後向尾部噴發,其工作效能還是引導,這個過程也是不會產生撞擊後的激波效應,整個過程中就像是洋流在引導海水撞擊海堤前的加速過程,只有這股氣體從發動機出來撞擊到空氣中和空氣中的氣壓發生撞擊才會產生激波效應,所以在戰鬥機超音速後會產生音爆,這是強烈的激波效應,而運動加速過程中因為沒有撞擊自然也不會產生激波效應。

  • 3 # 鮑爾金vs巴特爾

    渦扇發動機的葉片不可能不產生激波,只是運用了先進的科學技術和設計(比如說改良葉片的形狀與形態等),分離和減小了葉片所產生的激波效應而已。

    目前,航空發動機風扇和壓氣機的設計向著高馬赫數、高葉尖切線速度的方向發展。高的葉尖相對馬赫數會引發嚴重的激波附面層干擾,而激波與附面層的相互作用和柵後背壓的改變對激波的形狀和強度影響很大。

    跨聲速渦輪葉柵常採用收縮 - 擴張通道形式,流動與拉瓦爾噴管的類似;渦輪尾緣流場結構複雜,存在分離膨脹波、分離激波、基地區、再附激波、尾跡、吸力面反射波甚至激波邊界層相互干擾等流動現象。

    光滑的葉片載荷可以控制產生弱的激波或者斜激波,減少激波損失。

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