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涡扇发动机有没有反扭力? 第1页

  

user avatar   xie-chang-song 网友的相关建议: 
      

没有。据我看过的S2流面数据,气流基本就是轴向进,轴向出。

稍稍展开一下,按几种发动机类型逐个分析:

首先以涡喷发动机为基础:


涡喷发动机是这个样子的。对航空燃气涡轮发动机的扭矩问题,有几个前提要清楚:首先,所有的扭矩都来自气体对叶片的作用,只有叶片和整流支板能够气体的扭矩作用。像直通道例如外涵、燃烧室火焰筒这类没有径向结构的,是不可能与气流相互产生扭矩作用的。其次,气流由进气道进入发动机,是沿轴向进入没有旋流的(上图中②处)。气流离开压气机进入燃烧室(上图中③处)是轴向流动,没有旋流的,否则设计燃烧室的同志们会出来骂街。

分析扭矩问题采用的方法是角动量定理以及作用力与反作用力的关系。对于压气机来说,气流进入压气机没有旋流,离开时没有旋流,说明气流在流经整个压气机部件过程中,受到压气机转子叶片和静子叶片的扭矩之和是0,相应的也就是说压气机转子受到气体扭矩与静子受到的气体扭矩是大小相等方向相反的

在稳态下,转子转速保持恒定,此时压气机转子的扭矩与涡轮转子的扭矩也是相等的,有


现在问题就在于 M涡轮.转子 和 M涡轮.静子 是什么关系。涡轮进口(图中④处)也没有旋流,那就看⑥了。⑥这个位置,如果后面接一个加力燃烧室,涡轮也是不敢放任他们排出去的气流有旋流的。靠什么?一般气动设计上会保证,如果保证不了,还有整流支板能起一点修正旋流的作用(下图红圈处)。

于是也就有了

这样,

在整个静子上面受到气流总的扭矩为0,发动机不向飞机输出扭矩。

如果没有加力燃烧室,带着旋流的气流进了喷管,喷管会把气流旋转着喷出去,排气方向不沿轴向方向,损失的推力会算在喷管的推力系数上,喷管的同志也会骂街的。

当然也有可能不带整流支板或者支板数量太少,整流作用不大,这种情况涡轮必须尽力避免转子叶片出口有剩余的旋流,否则喷管不骂街总体也会骂街的。

涡喷讲完,涡扇就好理解了。无论单转子双转子,只要②、13、25、③、⑤这几个位置气流是轴向的,发动机就不输出扭矩。再简单点考虑,其实只要②和⑧是轴向的,就不会有扭矩输出给飞机。


再接下来,可以探讨一下涡桨发动机。对于涡桨发动机,最大的扭矩是来自对驱动螺旋桨的需求。我们很容易认为螺旋桨和风扇(特别是大涵道比发动机的单级大风扇)是非常接近的东西。但两者有一个重要的区别,风扇转子后面是有静子叶片的。风扇转子带动着旋流起来的气流到了静子叶片是要把旋向速度滞止下来的。风扇是一个提高气流总压的东西,产生推力是靠高压的气流经过喷管降压加速后高速排出产生的(强调一下,推力不是在喷管产生的,而是因喷管产生的)。螺旋桨不一样,它没有静子,只有旋转的桨叶,它要的是“拍击”空气获得的反作用力,至于被它搅过的气流是怎么流的,它不在乎。螺旋桨后的气流,是有着复杂的旋流的。所以螺旋桨受到发动机输入的巨大扭矩。而这个扭矩,主要来自动力涡轮转子。但又有一个问题,涡轮转子的扭矩是不会传给飞机的。转子与静子的联接全靠轴承。轴承可以承受轴向力、径向力甚至有时还能承受弯矩(子午面内的力矩)但就是不会承受扭矩(否则转子就转不动或转不灵活了),为什么飞机还会受到反扭力矩呢?这个力矩只能来自动力涡轮静子。换种方式说,在涡扇发动机中,风扇转镜子扭矩大小相等方向相反,低压涡轮转子与风扇转子扭矩大小相等方向相反,所以低压涡轮静子与风扇静子扭矩大小相等方向相反。而在涡桨发动机中,螺旋桨扭矩与动力涡轮转子扭矩大小相等方向相反,如果涡轮排气为轴向,动力涡轮静子与转子扭矩大小相等方向相反,而并没有一个“螺旋桨静子”来抵消动力涡轮静子的扭矩。所以,动力涡轮静子会有一个巨大的剩余扭矩传递给飞机。




  

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