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YST對航空基礎面的誤解和他的面子之16 - 有關噴射發動機的壓縮段
2007/01/25 11:46
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有一位朋友在這個系列之二提出一個問題,是有關噴射發動機的壓縮段的葉片是不是也會遭遇到相對氣流進入超音速的現象?因為他是引用YST在市長的觀點 中的文字,因此以下我先將YST提出的部分引用過來:

這太偏見了。尤其mustang自己後來也同意渦輪發動機的葉片有與螺旋槳一樣有超音速的問題,而且科學家得益於以前對螺旋槳的研究,說實話,這也是我原先準備在介紹第三代戰鬥機時想說的話。所以螺旋槳就更不是阻撓提高飛機速度的元凶了,至少在一九五0年以前不是。

首先,我應該是有提到這壓縮葉片也會面臨類似的狀況,即使沒有提到,被問到我也會說這是事實。

目前即使是在超音速飛行的飛機,除了衝壓發動機以外,所有具有壓縮段的渦輪噴射發動機的進氣道一定會先將進入的氣流減速到音速以下之後才進入發動機前端。是的,無論速度有多快都必須要這樣做。

所以,最前面的壓縮葉片一開始的時候面對的是次音速的氣流。但是在進行壓縮的過程當中,氣流前進的速度與葉片高速旋轉的切線速度的向量總合會讓葉片的尖端進入穿音速或者是超音速的範圍。

壓縮葉片的型態雖然和螺旋槳類似,可是,兩者的功用以及所能夠忍受的現象卻大不相同。壓縮葉片除了擔負壓縮的工作以外,還得要負責維持氣流的順暢,不能夠產生亂流,也不能夠發生壓縮效率突然大幅下降的狀況,假如發生這種狀況,導致壓縮段的壓力分布不均勻,就可能出現壓縮葉片失速,震動,運作出現問題,甚至有回火的現象(就是火從燃燒段往前噴到壓縮段)。

如果各位記得去年剛退役的一代名機F-14,他的第一代使用TF30發動機對壓力不均勻分布的情況很敏感(不見得都是葉片尖端速度接近音速),這架飛機的性能受到極大的限制,相信很多人不陌生。

那麼要怎麼辦呢?所以壓縮段葉片的設計就得要採取很複雜的剖面,寬度或者是前掠或後掠角,尤其是推力愈大的軍用發動機,面對的設計難題就愈高。這也是為什麼高推力的噴射發動機設計上難度高,全世界也只有幾家公司能夠完整的設計與生產。

不知道這樣的解釋有沒有回答這位朋友的疑問,如果沒有,請提出不清楚的部分,只要是我能夠找到資料的會盡力回答。謝謝。

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