亞聲壓氣機級增壓比不可能很高的原因是什麼?

時間 2021-05-31 21:00:14

1樓:liulow

我覺得首先要先明白的是,亞音速/超音速壓氣機級的概念。

這個概念的關鍵點在於,壓氣機基元級的合速度是否超過當地聲速。對於氣流的速度,依然可以可以通過正交分解分為軸向速度和周向速度(當然這是基元級的二維面,三維還要加上徑向遷移的速度),通常來說單純的軸向速度很難超音,這是由於壓氣機級的流路形狀決定的,對於管道流動,管道流向中一倍音速區域其實是管道的喉道,考慮到壓力與速度在拉法爾噴管內的轉化規律,進口級的軸向馬赫數太高了,會帶來比較劇烈的激波,損失較高,得不償失;周向速度超音相對簡單,畢竟就按340m/s來算,對於直徑2公尺左右的大涵道比風扇葉片來說只要3000多轉就接近音速了(當然考慮到高空的密度和溫度,實際上當地聲速會更低一些)。考慮到葉輪機械尤其是軸流壓氣機的加功方式,是依靠扭速提供的,簡化一下條件,認為對於壓氣機級的進出口軸向速度變化不大(實際為了克服阻力,軸向速度需要逐級增加的,但對於壓氣機級功來說比例還是不大的),那麼扭速主要還是依靠圓周速度來提供的。

所以結論一來了,想要提高壓比,要麼轉子葉片的彎角更大(也就是俗稱的更彎),提供更大的扭轉角,在速度的絕對值變化不大的情況下方向變得更多,畢竟速度是向量,方向變了也意味著存在扭速;要麼就是提高轉子轉速,增大圓周速度,改變合速度的絕對值,提高扭速。這是亞音速的情況,而一旦超音了就會在葉柵喉道處形成激波,由於激波的特性,波前波後的馬赫數變化很大(通常是超音變亞音),自然扭速的變化就很大了,這是結論二。

那麼,亞音速級就很好理解了,也就是葉片各基元級的所有速度都不超音(當然合速度不超其他的也超不了),而超音速級則是各基元級至少有乙個速度超音(通常來說是圓周速度和合速度一起超音),特殊的來說,如果沿徑向各基元級不是全部超音的話,則稱為跨音速級,通常是中上部超音而根部亞音。

根據上述分析,我們可以知道,對於亞音速級來說,想要提高扭速就只有乙個辦法,增大葉片彎角,因為轉速不能無限制提高了,圓周速度不能超音甚至合速度都不能超,但是彎角也不能無限增大,不然會有分離產生。而對於,超/跨音級來說,尤其是部分葉高超音的,在半徑較小的區域,通過高圓周速度和一定的彎角提供了較高壓比,而在大半徑位置合速度大幅超音,大致Ma>1.3,完全依靠激波增壓就可以提供更高的壓比,所以亞音速級的增壓能力是肯定無法與超/跨音相比的,而增壓能力的提高也是有極限的,彎角加多了分離,轉速加了就變超/跨音。

既然題主問題問的相對專業一點,我就預設基本原理都明白,手機碼就不放速度三角形了,自行腦補吧。