胡顯澄

(廣東 廣州 510000)

目前航空領(lǐng)域采用的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)都是使用渦輪式旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，它能增壓已到極限。在目前情況下要它作超音速發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力唯有用燃料加熱排氣溫度以提高噴氣速度。這樣十分耗費(fèi)燃料。不宜長(zhǎng)期使用。作為超音速飛行用的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)一定要提高壓縮空氣的壓力。要有高壓力壓縮空氣經(jīng)燃燒后才能得到超聲速飛行所需要的速度。要增加渦輪式壓縮機(jī)的壓力只有增加它的級(jí)數(shù)。由于每級(jí)增壓甚微從目前的制造技術(shù)要造出超音速發(fā)動(dòng)機(jī)極為困難。要發(fā)展經(jīng)濟(jì)有效的超音速發(fā)動(dòng)機(jī)一定要造出排氣量大而且排氣壓力十分高的壓縮機(jī)才能達(dá)到要求。本文從新探討新壓縮機(jī)的可能性。希望能得到實(shí)踐。

渦輪式壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是它能有效產(chǎn)生大量壓縮空氣。它的不足之處是每級(jí)增壓甚微。要數(shù)十級(jí)仍未增壓到要作超聲速飛行所需的壓力。因此仍未有經(jīng)濟(jì)的超聲速客機(jī)在天空飛行?，F(xiàn)在從另一種壓縮機(jī)考慮。離心式空氣壓縮機(jī)也曾用于噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)上。初期的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)也有采用離心式空氣壓縮機(jī)。如二戰(zhàn)后美國(guó)的F80型噴氣機(jī)。它的優(yōu)點(diǎn)是單級(jí)壓力隨轉(zhuǎn)速增加而倍增。它只要單級(jí)就可以提增壓力作亞音速飛行。它的缺點(diǎn)是效率低風(fēng)量少以致為渦輪壓縮機(jī)取代。目前只有用于巡航導(dǎo)彈之類(lèi)小型噴氣機(jī)采用。現(xiàn)在提出新型高壓大容量而效率高的空氣壓縮機(jī)作商討。它有可能為經(jīng)濟(jì)型超音速飛機(jī)的動(dòng)力。

離心壓縮機(jī)種類(lèi)繁多，在容量大小與壓力高低可以采用不同型號(hào)的機(jī)種。容量大的機(jī)種能產(chǎn)生的風(fēng)壓比較低。要產(chǎn)生高壓力可以串級(jí)。目前工業(yè)上使用的大容量高風(fēng)壓的壓縮機(jī)都是采用多級(jí)串接成的離心式壓縮機(jī)。但串級(jí)離心式壓縮機(jī)效率十分低、耗費(fèi)能量大，原因是它的級(jí)間連接方式使氣流流動(dòng)時(shí)遇到很大阻力。因此它不能用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)上。對(duì)現(xiàn)有的串級(jí)離心式壓縮機(jī)從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)，使其級(jí)間串接對(duì)氣流的阻力減到最少是為串級(jí)離心式壓縮機(jī)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的唯一出路。新型串級(jí)離心壓縮機(jī)串接按流體力學(xué)原理盡量減少機(jī)體造型對(duì)氣流產(chǎn)生的阻力。連接方式如下圖所示：

前級(jí)離心機(jī)外殼設(shè)計(jì)成流線式蝸殼，將離心葉輪產(chǎn)生的氣體均勻?qū)Я鞯较乱患?jí)離心葉輪。下級(jí)離心葉輪的進(jìn)口外殼也設(shè)計(jì)成流線蝸殼將上級(jí)的氣體順導(dǎo)到葉輪進(jìn)口。由于采用雙蝸殼級(jí)間氣流速度均勻而沒(méi)有急轉(zhuǎn)彎氣體遇到的阻力可以減少到最低。其實(shí)離心式壓縮機(jī)每級(jí)能產(chǎn)生的氣壓遠(yuǎn)比渦輪機(jī)高，而且壓力隨轉(zhuǎn)速增大而成倍增大。目前只是它串級(jí)不合理而比不上渦輪壓縮機(jī)。如解決了它級(jí)間的連接時(shí)對(duì)氣流產(chǎn)生的巨大阻力。它將成為超聲速?lài)姎鈾C(jī)唯一的經(jīng)濟(jì)型機(jī)種，作為串級(jí)離心機(jī)航空用機(jī)型，宜采用下面結(jié)構(gòu)形式。

空氣壓縮機(jī)為雙軸多級(jí)離心壓縮機(jī)串接而成。葉輪分別并排裝在兩根平行軸上。前一級(jí)離心葉輪的氣體由渦殼導(dǎo)流接到另一根軸下級(jí)葉輪進(jìn)口。兩根軸上的葉輪導(dǎo)向通導(dǎo)交錯(cuò)成雙螺旋線。最后出口接入燃燒空，經(jīng)燃料加熱成高溫氣體通過(guò)渦輪帶動(dòng)離心機(jī)后由尾部排出。氣體排出的速度由要飛行的速度而定，最好要比飛行速度大兩倍以上。排氣的速度取決于排氣壓力與溫度。也就直接決定了壓縮機(jī)的型號(hào)級(jí)數(shù)與旋轉(zhuǎn)速度。如果壓縮機(jī)超過(guò)六級(jí)而制造困難時(shí)，可以采取另一類(lèi)壓縮機(jī)。

活塞式壓縮機(jī)是提升氣壓最理想機(jī)種。它一次就可以將氣體壓縮到16個(gè)大氣壓，是其他機(jī)種無(wú)可比擬。只是它容量太小，不宜用于航空上。如能將十多個(gè)大型活塞壓縮機(jī)緊湊輕考地如下面所示，它是有可能成另一中超音速發(fā)動(dòng)機(jī)。

如圖所示它是由十六個(gè)活塞空氣壓縮機(jī)和8個(gè)兩沖程對(duì)裝活塞柴油發(fā)動(dòng)機(jī)組成?；钊c柴油發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)斜輪與連桿連接。斜輪發(fā)動(dòng)機(jī)早在四十年代已問(wèn)世。它是協(xié)調(diào)各活塞運(yùn)行的機(jī)件。各活塞產(chǎn)生的氣體接到燃燒室加熱后由噴管?chē)姵?，噴管的壓力決定于燃燒室的壓力與溫度。由于活塞可以提升到十多個(gè)氣壓以上再加上燃燒室將氣體提升溫度到400℃～500℃以上氣體的速度足以提升到兩倍聲速。

這兩種空氣壓縮機(jī)是從現(xiàn)有機(jī)種改進(jìn)而成，而且從理論與實(shí)踐都是可行的。將來(lái)有一天出現(xiàn)的超音速客機(jī)可能就是這兩種發(fā)動(dòng)機(jī)一。