第十五章 核心机 结构选择(1/2)

陈东风在这么短的时间内看了七八本书，如果是在雷劈以前是万万做不到的，即使他现在的自学只是囫囵吞枣。但他的脑域开发程度受到了意识融合后的二次开发，扩大了将近一倍。他对数字的敏感程度、新技术的理解能力达到了一个前所未有的高度，基本上自学和上课一个效果的程度。

现在他由于时间太紧，自学这些课程理解上还有点浅薄，因为他没有把里面的公式都自己推导一次，只是先拿来用而已，但如果给他点时间温习几遍后，那他的掌握程度不亚于跟老师学习。

就这样，陈东风自学了将近一个月的时间，带着他那些掌握的不是很通透的专业知识开始了航模核心机的设计。

陈东风首先从贯穿发动机的轴来开始考虑，就是所谓的单转子、双转子和三转子航空发动机，这三种是各有优缺点的。

单转子的航发是把压气机和涡轮固定在同一个主轴上。在压气机和涡轮的中间是燃烧室，又称火焰筒。高温高压的燃气推动涡轮以上万转的转速旋转，同时带动压气机也以这个速度旋转，压缩空气。单转子（单轴）发动机结构简单，但压缩效率有限，而且耗油率高。

双转子航发是人们把压气机分成了两部分，即低压压气机和高压压气机；同时，把涡轮也分成了两部分：即高压涡轮和低压涡轮。高压涡轮和高压压气机用一根空心轴连起来，低压涡轮和低压压气机用一根细点儿的轴连在一起，穿在空心轴里面。这样做的结果就是高压压气机和低压压气机可以用不同的转速旋转，工作效率大为提高。

三转子航的诞生是因为涡扇发动机在压气机前面又多了一级风扇。它同压气机、涡轮一样是高速旋转的叶片。那么它应该与谁同轴同速呢？一般来讲，风扇与低压压气机同轴同速，也就是采用双轴体制。然而这又产生了一个效率不高的问题。所以干脆把风扇轴也独立出来，同另一组低压涡轮连起来，于是三转子（或三轴）发动机就诞生了。三轴提高了效率，发动机推力大增，燃油消耗也节约了不少。但带来一个大问题，三根轴，一根套一根，在高速旋转时如何能保证强度。

要选择好轴的问题，必须要兼顾技术难度和核心机的效能。陈东风开始是想要直接上双转子的，因为现在的航发主流都是双转子及以上。但杨辉和他在讨论的时候就说了，我们的航模不仅是设计的要体现出现在的航发潮流，也要兼顾实用性可实现性，复杂的结构会不仅会让我们的理论计算变得复杂，也会让我们最后实物变得异常困难，毕竟加工的难度我们也不好解决。陈东风想想有道理，考虑再三选择了单转子。

轴确定好了，接下来陈东风要开始设计轴上面的压气机和涡轮叶片的级数和转速。压气机又分为离心式压气机和轴流式压气机?。

离心式压气机由导风轮、叶轮、扩压器等组成。空气由进气道进入压气机、经过压气机与叶轮一起旋转的导风轮的导引进入叶轮。在高速旋转叶轮作用下，空气由叶轮中心被离心力甩向叶轮外缘，压力也逐渐提高，由叶轮流出的空气进入扩压器后速度降低，压力再次提高，最后由出气管流出压气机。

离心式压气机的空气流量为数公斤至数十公斤每秒。亚音速离心式压气机的增压比约为4.5，超音速离心式压气机可达8～10，效率约为0.78。

轴流式压气机是因为空气在轴流式压气机中主要沿轴向流动。它由转子和静子两部分组成。由一排转子叶片和一排静子叶片组成一级，单级的增压比很小，为了获得较高的增压比，一般都采用多级结构。空气在压气机中被逐级增压后，密度和温度也逐级提高。

轴流式压气机的空气流量为几公斤每秒到二百公斤每秒，单级增压比一般约为1.1～2.0，效率约为0.85～0.88。多级轴流式压气机的增压比可达25以上。轴流式压气机的面积小，增压比和效率都高。

采用轴流式压气机，势必会让压气机的级数增加而导致核心机重量提升，更何况陈东风要设计的这个航模最大速度也不过是接近音速，所以对增压比的要求达不到10以上。

更何况离心式压气机的动平性能好，气流损耗小，噪音要低、震动也小。所以陈东风已没有为了技术而技术，选择了比较实用也比较简单的离心式压气机，在与其他三人交流过后，三人也认可了他的选择，一致认为这是个易于实现的方案。

接下来航模的涡轮结构了。涡轮叶片一般承受较大的工作应力和较高的工作温度，且应力和温度的变化也较频繁和剧烈，此外还有腐蚀和磨损问题，其对工作条件的要求非常苛刻，因此要求叶片的加工精度很高。同时，为提高涡轮效率，涡轮叶片的表面形状通常设计成扭曲的变截面曲面，形状复杂。

陈东风暂时先不打算考虑叶片的形状设计和叶片加工精度，毕竟这个设计还停留在草稿纸上，他首先要考虑的式涡轮的结构问题。涡轮有向心式结构和轴流式结构两种。

气流在其中作径向流动的涡轮称为向心式涡轮也称为向心涡轮。它的叶轮形状和离心式压气机叶轮的形状很相似。

向心涡轮的优点很多，比如当设计得当时，由于流动损失和余速损失较小，故效率高。在容积流量较小情况下此优点更为明显。如果叶片及整个叶轮都有良好的刚度，可以使周向速度