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航空發(fā)動機是如何改型成艦船燃?xì)廨啓C的？母型機選擇和部件改裝篇

航空發(fā)動機是如何改型成艦船燃?xì)廨啓C的？材料和涂層改進(jìn)篇

在上兩篇文章中，筆者主要講了航空發(fā)動機艦用化改型過程中的母型機選擇、部件改裝，以及材料和涂層改進(jìn)等。在經(jīng)歷了這些改動以后，航空發(fā)動機艦用化改型的步驟已過半了。相對來說，這些改動是航空發(fā)動機艦用化改型過程中“大工程”，而在接下來的改型則更多的傾向于在細(xì)節(jié)上的優(yōu)化。如航空燃?xì)廨啓C和船用燃?xì)廨啓C在使用環(huán)境的差異會造成支承部件的受力不同，所以接下來還要進(jìn)行一個和受力有關(guān)的改動——減小軸向力和加強支承。

因使用環(huán)境的差異造成的受力差異

船舶在海面航行，因為海平面上的空氣密度、所以壓力比高空大得多；加上飛機在高空高速飛行時，能利用迎面氣流的壓力，在一定程度上能減少壓氣機的負(fù)荷，因此，船用燃?xì)廨啓C在高工況下工作時，止推軸承上的軸向力數(shù)值將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于航空發(fā)動機在空中時高工況下止推軸承上的軸向力數(shù)值。而此時航改艦機型倘若仍然沿襲航空發(fā)動機的結(jié)構(gòu)設(shè)計，那么將大大降低軸承的壽命。為此，航改艦機型為適應(yīng)艦船上的使用環(huán)境在結(jié)構(gòu)上要做相應(yīng)的改進(jìn)，主要有兩個方面：一是通過合理的設(shè)計減少軸向力；另一個則是通過加強支承來提高可靠性和壽命。

船用燃?xì)廨啓C

減小軸向力和加強支承

燃?xì)廨啓C受力分析：

現(xiàn)有的大功率燃?xì)廨啓C，主要以軸流壓氣機形式的為主。由氣體動力學(xué)可知：燃?xì)廨啓C壓氣機轉(zhuǎn)子上的軸向力是向前的，而渦輪轉(zhuǎn)子上的軸向力是向后的。如下圖，在最大工況下，某型燃?xì)廨啓C發(fā)生器上壓氣機轉(zhuǎn)子需要承受510kN向前的軸向力，渦輪轉(zhuǎn)子需要承受226.5kN向后的軸向力。由此可知，壓氣機的轉(zhuǎn)子和渦輪的轉(zhuǎn)子的支承部分需要承受巨大的軸向力。但事實上，壓氣機轉(zhuǎn)子和渦輪轉(zhuǎn)子通過聯(lián)軸器連成一體，聯(lián)軸器使轉(zhuǎn)子上的兩個方向相反的軸向力相互抵消了一部分。但是因為兩邊的力不是相等的，所以在抵消一部分后，仍是一個數(shù)值相當(dāng)大的向前的軸向力。因此，必須在壓氣機上設(shè)置減荷裝置，來減少轉(zhuǎn)子作用在止推軸承上的軸向負(fù)荷。

某型燃?xì)廨啓C受力分析

減荷裝置：

在燃?xì)廨啓C中，壓氣機部分為減少壓氣機級間的泄露量，通常采用具有多個篦齒的迷宮式密封裝置。如下圖，篦齒密封裝置把壓氣機前后腔室與氣流通道隔開，A、B腔分別稱為前卸荷腔和后卸荷腔。減荷裝置的工作原理就是在壓氣機轉(zhuǎn)子鼓環(huán)上開孔，將后級的高壓空氣引入到轉(zhuǎn)子內(nèi)腔，再經(jīng)前軸錐體上的孔進(jìn)入到前卸荷腔A，由于A腔與壓氣機之間有密封，所以高壓空氣作用在轉(zhuǎn)子的前端面產(chǎn)生向后的軸向力。而在后卸荷腔B，則通過放氣導(dǎo)管和大氣相通。接著通過放氣導(dǎo)管中的調(diào)壓隔板將后卸荷腔B中的絕對壓力控制1.3~1.6之間，這樣就降低了作用在轉(zhuǎn)子后端面上向前的軸向力。采用上述措施就能有效減小作用在止推軸承上的軸向力。

減荷裝置示意

支承加強：

當(dāng)然，需要注意的是減荷裝置只是減少了壓氣機轉(zhuǎn)子上的軸向負(fù)荷，而不能完全消除。如在上受力述分析中，通過聯(lián)軸器作用，使方向相反的兩個軸向力相互抵消掉了一部分。但是因為壓氣機端的軸向力高達(dá)510kN，因此，在抵消后仍有283.5kN向前的軸向力。而在減荷裝置的作用下，壓氣機轉(zhuǎn)子上的軸向力仍然還有22.6kN。在燃?xì)廨啓C中，轉(zhuǎn)子上的軸向和徑向負(fù)荷都是通過軸承及其支承件傳遞到機匣中。因此，應(yīng)加大軸承尺寸或增加軸承的數(shù)量以及加大軸承的承載能力，相應(yīng)的軸承座和傳力構(gòu)件也應(yīng)得到加強。

燃?xì)廨啓C內(nèi)部

結(jié)語

相對于之前的改動，今天的改動顯得有點枯燥和乏味，但是這確是一款優(yōu)秀的航改艦機型必須經(jīng)歷的過程，因為它是影響航改艦機型使用壽命和可靠性的重要因素，因此必須引起重視。航改艦機在經(jīng)歷了減小軸向力和加強支承后，接下來還將進(jìn)行附屬系統(tǒng)、調(diào)節(jié)和安保系統(tǒng)的改動等?？傊什粩?，敬請期待吧。

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作者：小船人的夢想 2019年9月22號