第十七章 核心机 结构设计

　　在陈东风把这些数据处理完，已经差不多过了一周的时间，还有不到一周就要到七月了。期间黄恒来看了他们好几次，被209四人的疯狂吓到了，连重在参与都说出来了，怕他们四个留校万一出了点啥情况，自己和学校都不好交代。

　　黄老院长被黄恒告知209四人的疯狂模式时，没有说什么，只是很欣慰的点了点头说：“小伙子，累点苦点睡一觉就过去了，这样我这还有点粮票你分给他们吧。”

　　四人拿到粮票，都惊呆了，黄老院长什么人啊，竟然在关注他们，还让他们照顾好身体，当时他们就有纳头就拜，士为知己者死的冲动。

　　陈东风按照进度今天开始对核心机的结构进行设计，一是要对每个构件进行制图，方便工人加工，二是要对整个结构的受力进行分析，如加强筋，支撑点等。

　　首先核心机要固定在发动机机匣上，轴或转子上承受的各种负荷如气体轴向力、重力、惯性力及惯性力矩等。由支撑机构承受并传至发动机机匣上，最后由机匣通过安装节传至飞机构件中。

　　陈东风要设计的就是采用几个支撑机构，安排在何处，这就是转子支承方案。一般情况下都是在压气机和涡轮转子前后安排支承点。由于他采用的是一级离心式压气机和二级涡轮转子，跟据离心式压气机和涡轮的特点，他采用了最简单的两点支点方案，即在压气机前端和涡轮前端放置两个支点。

　　接下来要把风扇，压气机，涡轮，燃烧室的构件一一画出来，并进行受力分析，确保不会因为离心力或者震动产生脱落。很多时候陈东风是没有经验的，比如焊接问题，他采用的这种联管燃烧室，怎么把分燃烧室固定在壳体上，这个问题他只能打上问号然后采用一般的方法。

　　陈东风只采用了一级离心式压气机级，故只有一组进口、工作叶轮、扩压器、涡壳这四部分。

　　压气机进口段总是设计成圆柱形或者圆锥收缩段，进口段的作用是引导气流更好地进入工作叶轮，以减少进口处的流动损失和扰流强度。所以陈东风对压气机的进口设计了带有回流装置以扩大流量范围。

　　工作叶轮是压气机最主要的零件，它的好坏对级的特性起了决定性的影响。对它的要求主要是，效率要高；强度要好，因为只有叶轮强度好，压气机才能达到较高的压缩压力。陈东风选择的材料当然不能是镍基合金或者单晶体金属。如果不出意外的话，他只能选择比较好的钢材。工作叶轮会因为其弯曲、扭转应力加大，在工作中带来振动的问题。这些所带来的麻烦，他不能用好的材料来客服，只能另辟蹊径了。陈东风设计了阻尼凸台的方法来减少风扇叶片所带来的振动。所谓叶片阻尼凸台，是指在叶片高度的适当位置上设置的并互相对接的凸起部分。其作用是使叶片间形成一个环带，以增强叶片的刚性并防止颤振。

　　在工作叶轮后设置扩压器，是因为空气从工作轮出来后，具有很高的气流速度，也即具有很大的动能。这部分动能约占叶轮加功量的25%-50%。因此，为有效地利用这一部分的能量，必须把这部分的动能转变为压力能，以达到提高空气压力的目的。

　　陈东风为了提高把气流的动能转变成压力能，他采用了叶片扩压器。叶片扩压器是在无叶扩压器平行光滑的壁面内，沿圆周均布一定数量的叶片而组成。气体介质在无叶扩压器内流动时，方向角基本保持不变，但在叶片扩压器内，气体必须按照叶片方向流动，所以流动状况较好，流动损失小，效率高。一般情况下叶片扩压器较无叶扩压器效率高3%~5%。

　　接下来的燃烧室才是最为复杂的，有人说燃烧室就是螺丝壳里做到场，是不无道理的。陈东风在燃烧室中采用的是湍流两相燃烧形式，也就是在燃料液雾化后和空气参杂后的燃烧方式。

　　其中的过程复杂还有震动的问题，为了加强稳定性。陈东风把燃烧室内壳体进行加强肋的安装，燃烧室内套很多采用加强肋予以加强。为减轻质量，在加强肋的辐板上可沿周向开许多减轻孔，在孔口处翻边加强。

　　燃烧室壳体构发动机的主要承力件，不仅内部要加强，外部也要进行结构加强设计，例如采用搭接熔焊形式，它可以获得比滚焊更好的气密性。或者把壳体的形式设计结构比较合理，使焊缝远离安装边，可有效地减少焊接热影响区对安装边造成的挠曲变形。

　　燃烧室壳体内部的火焰筒是燃烧的主要区域，一般由涡流器、火焰筒筒体、燃气导管等组成。陈东风设计的涡流器是叶片涡流器，这可以用来控制进入火焰筒头部的空气流量并建立强回流区，使高温燃气在火焰筒头部形成低速回流区，保证点火、稳定燃烧和完全燃烧。

　　燃烧室燃烧的关键是燃料和空气进行混合，然后使燃料液雾化。而这个的关键一个设计师燃料喷嘴是否合理。陈东风采用的是离心式喷嘴，这个形式的喷嘴可以让燃料以一定的压力切向进入内腔，在离心力的作用下，实现雾化。

　　当然离心喷嘴可分为好几个，例如双路双室双喷口喷嘴、双路双室单喷口喷嘴、双路单室单喷口喷嘴等，考虑到结构和实际问题陈东风还是采用了双路单室单喷口喷嘴。这种单喷口喷嘴可以将燃料快速雾化，加速混合气的形成，保证稳定燃烧和提高燃烧效率。

　　最后就是点火装置的设计了，所谓点火装置就是火花塞。陈东风考虑到火花塞位置不同，火焰传播距离和燃烧速度的变化率也不同，从而影响汽油机的工作性能。为此陈东风把火花塞布置在排气门附近，这可以一可以使火焰传播距离短，二可以使使末端气体受热减少。

　　再考虑到为了减少各循环之间的燃烧变动，保证暖机和低速稳定性，陈东风采用了直接点火的方式。

　　再说到涡轮叶片，他使用的燃料是汽油，所以燃烧温度大约是1000K左右，而市面上比较常见的耐热不锈钢的耐热温度大约是850K左右。为了不使燃烧后的高温气体使涡轮叶片直接氧化、脆化，需要对接触涡轮叶片的高温气体进行降温或者对涡轮叶片进行冷却。

　　降低燃烧气体温度方面，陈东风是通过引入外涵道的气体进行混合降低接触涡轮叶片的温度。至于冷却涡轮叶片，陈东风也没有提高耐热不锈钢耐温性能的方面，只能另辟蹊径，一是采用了空心叶片，内部引进外涵道冷空气对其进行降温，二是在叶片上开空，使冷空气覆盖涡轮叶片，从而让涡轮叶片上有一层气模。至于怎么使气体均匀覆盖在涡轮叶片，这就和涡轮叶片在旋转，使外泄的气体受到了离心力，通过计算控制小孔开孔的位置和方向可以使气模均匀覆盖在涡轮叶片上。


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