航發小知識13—航空發動機渦輪的性能指標

原標題：航發小知識13—航空發動機渦輪的性能指標

我們都知道渦輪是對外輸出功的部件，燃燒室出來的高溫燃氣首先在整流器中膨脹加速，獲得動能，其速度可高達約700m/s，以這樣的速度衝擊工作輪從而使得渦輪發出巨大的功率。

同時渦輪部件運行在高溫、高壓的惡劣的環境下，它是發動機部件中單位質量最重、複雜、成本最高的部件。評定渦輪主要性能指標有絕熱效率、落壓比、功率、工作壽命等。[1]

1.落壓比

落壓落壓，一聽我們就是知道這是個壓力減小的過程。所謂渦輪落壓比就是渦輪進口處的總壓比上渦輪出口處的總壓，同樣我們可以類比壓氣機的增壓比（增壓比是壓氣機出口總壓比上壓氣機進口總壓）。

2.絕熱效率

對於渦輪其絕熱效率為，實際膨脹功比上等熵膨脹功。對於渦輪一級中的損失大小，我們可以用「滯止絕熱效率」來衡量，即用渦輪功（每千克燃氣由渦輪軸實際輸出的功叫做渦輪功）比上滯止等熵功。是不是有點不像人話，確實在航發氣動裡面我們經常會用到滯止參數，這個滯止參數確實不太好理解，咱就記著它是在靜參數（即我們通常了解得溫度計測到的溫度、壓力計測到的壓力）基礎上，考慮並加入了運動引起的變化。

渦輪大多都是由多級構成，我們把沿著葉高不同半徑上「基元級」疊加起來，就成了渦輪級，把幾個渦輪級串聯起來就成了多級渦輪。為什麼要設計為多級的渦輪，一般來說如果一級渦輪能夠完成帶動壓氣機和附件所需的功率，可盡量採用單級。但是隨著對航空發動機性能的追求，當壓氣機的增壓比在6以上時，單級渦輪就不足以帶動壓氣機及其附件。

多級渦輪的它的絕熱效率其實還是實際膨脹功比上等熵膨脹功（類比壓氣機的絕熱效率，等熵壓縮功比實際壓縮功），但是多級渦輪的絕熱效率比單級的高，單級渦輪絕熱效率在0.88~0.91之間，而多級的絕熱效率為0.91~0.94之間，比單級的高了約1%到3% 。

其實對渦輪，我們不但要知道每千克燃氣所做的渦輪功，還要知道它在軸上發出的總功率，這個我們也是有公式的，要通過先求落壓比、渦輪進口總溫總壓、渦輪出口總壓這些參數，再代入公式可求得。

3.級的流動損失

有損失才會談到效率。渦輪級中遇到的損失主要有葉型損失，即基元級中的流動損失；環面附面層引起的摩擦損失和對流損失；潛流損失；漏氣損失（這個漏氣損失好理解些吧，就是氣人機進到渦輪截面了但是從徑向間隙中跑了，沒對渦輪做功，這不你就損失了嘛）等。

多級渦輪我們還涉及到參數在各級的分配問題，合理的渦輪分級設計能夠減少氣體流經渦輪的流阻損失，在相同的落壓比下，渦輪效率會提高。從趨勢看來渦輪的氣動設計主要目的是提高渦輪效率，增加渦輪做功能力，提高葉尖速度，減小級載荷使渦輪在高功量下達到很高的空氣動力效率。未來實現這一設計思想，最成功和最有效的方法將是充分利用計算機的能力。建立資料庫引進外國先進的功能模塊，使渦輪氣動設計程序化、智能化。[3]

其實渦輪和壓氣機機一樣氣動上還有很多知識點。但是總的說來，設計渦輪比設計壓氣機要簡單得多（當然材料的事咱不談）。對於渦輪我們還有個不得不談的知識點就是冷卻，這個知識點咱們下期詳細說，迎繼續關注閱讀。

參考文獻：

[1]航空燃氣渦輪及其發展趨勢 作者陽堯 崔響等

[2]航空燃氣渦輪發動機原理 作者彭澤琰 劉剛等

[3]航空那發動機渦輪氣動技術發展 作者張蕙芬

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