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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。

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