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飛機發動機的「喘振」是什麼,有何危害?

2019年06月25日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 3 ℃ 次

【鮑賦劼的回答(69票)】:

簡而言之就是發動機咳嗽了。

要搞清楚喘振是什麼,首先要瞭解噴氣發動機的原理。

渦噴發動機的主要結構由進氣道,壓氣機,燃燒室,渦輪和尾噴口組成

空氣從進氣道進入壓氣機,由壓氣機做功壓縮成高壓空氣,進入燃燒室與燃油混合燃燒成高溫高壓燃氣,高溫高壓燃氣再對渦輪做功,經過渦輪後壓力和溫度都下降,之後經尾噴管排出發動機。空氣從進氣道進入壓氣機,由壓氣機做功壓縮成高壓空氣,進入燃燒室與燃油混合燃燒成高溫高壓燃氣,高溫高壓燃氣再對渦輪做功,經過渦輪後壓力和溫度都下降,之後經尾噴管排出發動機。

而渦扇發動機在壓氣機前面還有一級或幾級風扇,氣流先經過風扇,之後分成兩股,一股經過外涵道直接排出,一股進入內涵道被壓氣機吸入,進入內涵道的氣流之後經歷的過程與渦噴發動機一樣。典型的渦扇發動機結構如下圖

從原理上講,渦噴發動機和渦扇發動機沒有太大的本質區別,可以認為渦扇發動機是在渦噴發動機的基礎上加了一個大風扇。從原理上講,渦噴發動機和渦扇發動機沒有太大的本質區別,可以認為渦扇發動機是在渦噴發動機的基礎上加了一個大風扇。

喘振則是由壓氣機引起的發動機工作異常。

壓氣機在噴氣發動機中的作用是對低壓空氣做功,將其壓縮成高壓空氣。目前固定翼飛機所用的噴氣發動機其壓氣機都為多級軸流壓氣機,多級軸流壓氣機的每一個增壓級都由一級轉子葉片(又稱動葉)和一級靜子葉片(又稱靜葉)組成,剖面簡圖如下

其中深藍色的就是轉子葉片,安裝在輪盤上一整圈,藍綠色的是靜子葉片。只有轉子葉片是旋轉的,靜子葉片是不動的。其中深藍色的就是轉子葉片,安裝在輪盤上一整圈,藍綠色的是靜子葉片。只有轉子葉片是旋轉的,靜子葉片是不動的。

下圖為真實的轉子葉片

工作時,由軸帶動轉子葉片高速旋轉,空氣在經過高速旋轉的動葉葉片時被加速,同時在動葉中葉柵通道由窄變寬,使空氣與動葉的相對速度變小,其相對動能就會被被轉化成壓力能,而動葉葉片是在高速運動的,空氣與動葉的相對速度變小就意味著絕對速度增加,被加速的空氣通過動葉後進入靜葉,又被靜葉減速,在通過靜葉時,空氣的動能減少了,但能量是守恆的,減少的動能變成了氣體的壓力能,即通過靜葉時減速增壓,之後進入下一級動葉又被加速擴壓,而下一級的靜葉又使空氣減速增壓,這樣經過多級動葉和靜葉,空氣總壓可以上升二三十倍。工作時,由軸帶動轉子葉片高速旋轉,空氣在經過高速旋轉的動葉葉片時被加速,同時在動葉中葉柵通道由窄變寬,使空氣與動葉的相對速度變小,其相對動能就會被被轉化成壓力能,而動葉葉片是在高速運動的,空氣與動葉的相對速度變小就意味著絕對速度增加,被加速的空氣通過動葉後進入靜葉,又被靜葉減速,在通過靜葉時,空氣的動能減少了,但能量是守恆的,減少的動能變成了氣體的壓力能,即通過靜葉時減速增壓,之後進入下一級動葉又被加速擴壓,而下一級的靜葉又使空氣減速增壓,這樣經過多級動葉和靜葉,空氣總壓可以上升二三十倍。

但是如果動葉的轉速過快,就會在動葉的葉背處產生氣流分離(動葉轉速是否過快是由壓氣機進口氣壓,進口氣流速度,空氣流量和發動機轉速等多種因素決定的,因此不存在轉速超過某個定值就一定會發生分離),當氣流分離嚴重時,動葉將失去擴壓能力,即無法將氣流壓向後方,而壓氣機中的氣壓都是後面級高於前面級,無法將氣流壓向後方,就意味著後面的高壓氣體將倒流到前面,而高壓氣體一旦倒流到前面,後方的氣壓就減小,此時動葉又可以將空氣壓向後面級(因為此時後面級氣壓變小了),但此時動葉依然沒有恢復正常工作時的擴壓能力,一旦將空氣壓向後面級導致後面級氣壓增大,後面的高壓氣體又會向前倒流,接著後方氣壓減小,空氣又被壓回後面級,如此陷入一個惡性循環。這就是喘振,形象的說就是發動機咳嗽了。

所以發生喘振時,氣流會沿壓氣機軸向發生低頻率(幾赫茲到十幾赫茲)高振幅的氣流震盪,這種低頻率高振幅的氣流震盪會帶動壓氣機的葉片產生強烈的震動,使葉片在短時間內發生嚴重損壞甚至斷裂。

更危險的是下面這種情況

這種情況是由於壓氣機喘振太劇烈,導致後方的燃燒室的高溫燃氣倒流進壓氣機,使本應在燃燒室裡燃燒的火焰從壓氣機噴到了發動機前面,即便這樣過程只持續零點幾秒,亂竄的高溫火焰也足以燒壞壓氣機的所有葉片導致發動機報廢。這種情況是由於壓氣機喘振太劇烈,導致後方的燃燒室的高溫燃氣倒流進壓氣機,使本應在燃燒室裡燃燒的火焰從壓氣機噴到了發動機前面,即便這樣過程只持續零點幾秒,亂竄的高溫火焰也足以燒壞壓氣機的所有葉片導致發動機報廢。

所以任何工作狀態下都要極力避免壓氣機進入喘振狀態。

【侯雨屏的回答(3票)】:

曾經在空分制氧工段工作的網友,用大白話解釋什麼是喘振。

上圖是離心式壓縮機,他的作用就是,葉輪飛速旋轉,把空氣吸入,輸送出高壓氣體。

好,現在問題來了,如果正在運行的壓縮機,你把進口關小了,發生什麼情況呢?

比如電氣故障,機械故障,或者純粹有熊孩子搗蛋,把進口導葉調小(就是壓縮機氣體進口閥門關小了),

壓縮機進口流量很小,輸出壓力變小,而出口外面的壓力很大,把高壓氣體倒流進壓縮機內部了;壓縮機內部流量增多,又重新向出口供壓,

反覆這一過程,產生震盪,就叫做喘振。

【兜兜醬的回答(0票)】:

簡單的說就是進氣不爽嚥不下去又吐出來了。原諒我只是個渦輪課玩手機的小學渣

標籤:-機械 -航空發動機


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