“發(fā)動機為什么是這么難搞呢?重點就是在于一盤兩片。”隨著寧榮榮的逐步將發(fā)動機的各個地方完成了虛擬化,只留下了燃燒室以及后面部分的工作葉片。
“一盤,就是渦輪盤。渦輪盤是連接渦輪片和傳動軸的部件。要承受燃燒室燃燒的那一個一千七百度的高溫氣體的長時間,高壓高溫的吹。自身的轉數(shù)也是和前面的壓氣機的轉數(shù)相等。同樣還要保證其不是很重。
兩片,第一個是導向葉片,這一個就是直接控制著高溫高壓高速氣流吹的方向的葉片。盡量梳理氣流,讓它變成層流而不是湍流。同時還是不能讓其有太大的能量損失。還要讓其打在接下來的另外一個葉片上。
這另外一個葉片就是工作葉片。高溫高壓高速氣流直接打在了這一個工作葉片上,讓其帶動渦輪盤旋轉,將氣體的動能轉化為旋轉的渦輪盤的機械能。而旋轉的渦輪盤則是帶動傳動軸,而傳動軸就是帶動最前方的第一級風扇讓外涵道提供七成以上的動力。”
隨著寧榮榮的一字一句的講解,那一個孔明德和胡克也是理解了相應的難度:“所以,我們是要只是讓發(fā)動機獲得更高的轉速,更高的燃燒室溫度就是可以讓其推動力是大幅度的增加了?”
“那我就是再提一點:發(fā)動機不是代表著一盤兩片的提升,而是全方位的提升。這是不是一個孤立的環(huán)節(jié),而是許許多多的環(huán)節(jié)一起完成了這一個群強悍的推力的系統(tǒng)。你們以為兩片一盤就是足夠了?錯,完全是不夠的。”寧榮榮說著。
隨著她的小手以揮,所有的外面部件都是虛擬化了,只留下了淡黃色的規(guī)則的,有大有小的柱體。寧榮榮直接就是將這一個是拿出來了,指著其本身說著:
“這一個,鋼制軸承。不要以為這是很輕松的。像我之前所說的那一個軸流式核心機都是可以更換外面的部件。包括是所謂的燃燒室,壓氣機之類的,葉片也是可以隨時更換。就是連渦輪盤給出一個星期的時間也都可以,唯獨這一根主軸,這一根軸承,是不可更換的。
在發(fā)動機的全壽命五十萬小時內,它是不可能被拆卸的。也就是說,它的壽命是和發(fā)動機整體壽命是一樣長的。這樣長的時間內,每分鐘超過一萬六千轉的速度旋轉,而且,它是要承受著渦輪盤帶來的強大的扭矩,帶動前面的所有的壓氣機的旋轉。
而且,它是發(fā)動機所有旋轉體和固定體的連接點。發(fā)動機內部的轉子和定子都是通過主軸連接的。一個是完全不動,一個是每分鐘一萬六千轉。這一靜一動之間帶來的就是巨大的摩擦力。這樣的情況下保證其完美的運行是很簡單的事情嗎?
主軸就是代表了一個國家制造業(yè)的水平,高性能主軸的制造完全就不是很簡單的事情。其表面就是要極端的光滑,和定子連接的部分的光滑程度是要更高,和強大的密封潤滑系統(tǒng)一起減小摩擦力帶來的能量損耗。
不是我看不起你們,連汽車發(fā)動機使用的曲軸你們都是有極大的難度。”寧榮榮就是直接說出了實話。
但是,這些或許對于孔明德是有一些威懾力,但是對于胡克這一種一心一意的人來說完全就是如同空氣一樣。他仿佛是要觸摸這一個強大的發(fā)動機一樣:“前輩,這么大的發(fā)動機,是怎么啟動的呢?關閉我清楚,只需要關閉燃油的供給就可以了。”
“實際上,我們的GE90在最初的版本當中,本身的自重就是達到了九噸。雖然是能夠爆發(fā)出56噸的推力,但是在完全靜止的環(huán)境下,就是需要另外一個動力來幫忙了。那一個動力的名稱就叫做APU,一般是安放在飛機的機尾的位置上。
通過蓄電池放出低壓電,然后是讓其通過小型化的渦輪泵,產(chǎn)生低量高壓空氣,高壓空氣將APU帶動,讓其自動進入運行狀態(tài)。然后是讓其帶動另外一臺較大的發(fā)電機,這一個發(fā)電機發(fā)出來的電通過中壓直流綜合配置系統(tǒng)傳輸?shù)搅酥靼l(fā)動機那里。
主發(fā)動機上面有一個更大的渦輪泵,這一個渦輪泵就是產(chǎn)生更大量的高壓空氣,直接吹入那一個燃燒室,燃燒室是在燃料泵的幫助下是燃燒,吹動著后面的渦輪室里面的渦輪旋轉。旋轉的渦輪就是帶動了前面壓氣機的旋轉。
只要發(fā)動機的轉數(shù)上了一定的數(shù)量級別,就是可以自己維持穩(wěn)態(tài)了。就算是切斷了電源也是可以自行工作,完成吸氣,逐級壓縮,燃料混合,燃燒,對外做功等一系列的動作了。另外這一個安裝在發(fā)動機上的渦輪泵也是可以反過來利用迎面而來的氣流對外輸出電流。”
“姑娘,你這一個發(fā)動機為什么是雙轉子結構?”
“因為喘振。”寧榮榮是打開了另外的一個示意圖,“發(fā)動機的喘振是絕對不允許的。這是會導致發(fā)動機的空中停火。對于發(fā)動機的控制也是很難的。嚴重的時候是會危及整個固定翼飛行器的安全。
單轉子結構簡單,所有的風扇,低壓壓氣機,高壓壓氣機,燃燒室葉片都是在同樣的一根主軸上。這樣導致的問題就是他們在運轉的時候會保持同樣的轉速。而在一種情況下,就會是導致嚴重工程事故的發(fā)生。
當單轉子發(fā)動機在工作的時候,突然轉速下降的時候,例如是猛然收小油門的時候,壓氣機的高壓部分就會因為得不到足夠的轉速導致本該逐級加壓的氣體的壓縮效率就是要下降。理想氣體狀態(tài)方程告訴我們,當氣體的流速下降的時候,對于周圍的壓力是上升的。
而在高壓轉子之前的壓力本來就是比較大的,現(xiàn)在是出現(xiàn)了一個更大的壓力,這一股壓力就會導致氣流的反流。也就是說壓氣機低壓部分的載荷就是會急劇上升,大概低壓壓氣機部分超載運行的時候就會引起發(fā)動機的喘振。
喘振就會帶來發(fā)動機的空中停車,所以是絕對不允許的。為了解決這一個矛盾,我們就是將壓氣機分為了前后兩個壓氣機,先是經(jīng)過低壓壓氣機壓縮過后,進入葉片是有一些不同的高壓壓氣機繼續(xù)壓縮。
另外,燃燒室葉片也是分為了前后的兩個部分,前面的就是高壓燃燒室的高壓傳動軸,一般來說是在低壓傳動軸的外面。而后面的就是因為氣流稍微從240砍去頭的低壓傳動軸,一般來說就是直接連接前面的低壓壓氣機和一級風扇。
不過,我們還有一個更大膽的想法。就是將燃燒渦輪室里面的渦輪盤裝在三根傳動軸上面。由內到外、由長到短、由細到粗分別是風扇傳動軸、低壓傳動軸、高壓傳動軸分別連接一級風扇、低壓壓氣機和高壓壓氣機。
這樣的話,就可以讓風扇、低壓壓氣機、高壓壓氣機各自成為一個轉子,各自都是有各自的轉速。三個轉子之間沒有相對固定的機械連接誒,如此以來,風扇和低壓壓氣機不用相互將就著行事。而是都是在各自的最為合適的轉速上運轉。
在同等大小的推力情況下,轉子的級數(shù)可以更小,材料使用的更少,發(fā)動機可以設計的更短,而其的燃油經(jīng)濟性更好。也就是說在前面不增加渦輪前溫度的情況下可以實現(xiàn)更遠的航程。原本可以飛10000里的飛機可以直接飛12000里。
但是,三轉子發(fā)動機是有三個相互套在一起的共軸轉子,因此所需要的軸承支點幾乎是比雙轉子發(fā)動機多了一倍,而且支撐結構和控制系統(tǒng)更加的復雜。軸承之間的潤滑和壓氣機之間的密閉更加困難。這些都是工程學上面的難度。”寧榮榮解釋著。