涡轴发动机组合压气机发展契机工控设备

2016-05-16 10:07:48来源： 贤集网 航空涡轮轴发动机简称涡轴发动机，是一种输出轴功率的涡轮喷气发动机。目前，涡轴发动机是直升机普遍采用的一种动力系统，它在推动直升机技术发展上发挥了巨大的作用。作为涡轴发动机的三大核心部件之一，压气机的技术水平对涡轴发动机的性能、重量、可靠性和成本等有着重要的影响。涡轴发动机的压气机按照结构分为单级离心、双级离心、轴流+离心组合、斜流+离心组合等形式。随着计算流体力学（CFD）技术的成熟和广泛应用，在下一代涡轴发动机中，斜流+离心的组合压气机将成为主流。基于对结构布局和重量的考虑，这几种压气机结构形式根据其自身的技术特点，对应不同功率量级的涡轴发动机。

在涡轴发动机使用的小流量轴流+离心组合压气机中，轴流压气机的设计技术与涡扇发动机用的大流量轴流压气机相类似，但是由于流道窄、叶片尺寸小，使得机匣轮毂环壁边界层损失、端壁泄漏及二次流损失占总损失的比例更大，三维特性及黏性影响更为突出，从而导致轴流+离心组合压气机中轴流压气机的效率有所降低。由于要兼顾离心压气机的设计，轴流+离心组合压气机中轴流压气机通常采用驼背形流道形式，与常规多级轴流压气机相比，气动负荷更高，设计难度更大。

50年代初，美国的莱康明公司在世界上率先成功研制第一台轴流+离心组合压气机，轴流+离心组合压气机作为较大功率量级涡轴发动机应用最普遍的压气机结构形式。自第一台轴流+离心组合压气机成功应用后，由于它兼顾轴流、离心两种压气机的优点以及对涡轴发动机的适应性，受到各大航空发动机公司的重视，从而技术上取得长足的进展，如PT6系列、T700系列、RTM322和阿赫耶系列等均采用了轴流+离心组合压气机结构形式。由于兼具多级轴流压气机和离心压气机的技术特点，轴流+离心组合压气机技术的发展也必然离不开多级轴流压气机和离心压气机方面的技术进展。

目前，涡轴发动机已成功发展到四代。相比第一代涡轴发动机压气机的总增压比提高了2～3倍。现役的第3代涡轴发动机中，轴流+离心组合压气机是应用最普遍的一种压气机结构形式。

未来压气机的技术发展主要从压气机结构和材料方面考虑，结构将持续简化和轻量化、高比强度新材料的应用也将是下一代涡轴发动机组合压气机技术发展的显著特征之一。压气机将大量采用叶盘、焊接组件等整体化结构，简化结构，减少零件数，降低振动和强度关键点的数目。大量轻质、高比强度材料的采用也使压气机的重量得到显著降低，如拓展高温钛合金和复合材料的使用范围，采用轻质复合材料结构件或碳纤维强化结构，以及可极大降低重量的压气机叶环、空心叶片设计技术的应用等。轻量化和简单化将是该技术的发展所要追求的目标，促进在航空行业中继续发挥其特有功能。

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