作为飞机的“心脏”,航空发动机被誉为现代工业“皇冠上的明珠”,在十三五规划纲要中更是被列为“百大工程”之首,其战略地位与研制难度可见一斑。
发动机通常由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和排气装置等几部分构成。发动机工作时,空气通过进气道进入压气机,加压加速后,在燃烧室中和燃料混合燃烧,产生具有极高能量的高温气体,推动后方的涡轮旋转工作,为飞机飞行提供强劲动力。
(常见涡轴发动机结构示意图)
在发动机工作过程中,燃烧室是实现能量转换的关键一环,一旦燃烧室中的火焰熄灭,飞机就会失去动力来源。因此,保证燃烧室在工作状态下的稳定与持续燃烧是燃烧室设计的重中之重。而这面临的一大挑战就是来自压气机的高速气流。
飞机在空中飞行时,燃烧室前的最大气流速度可以达到400km/h,而今年西北太平洋的台风王“布拉万”速度为68m/s,约245km/h。所以,要想在燃烧室中保证火焰不熄灭,其难度更甚于在超强台风中让打火机持续燃烧!
没有条件就创造条件,既然气流速度快,那么只需要把气流的速度降下来,创造一个低速区,问题不就迎刃而解了吗?安装在燃烧室进口的旋流器,就是驯服来自压气机的暴躁空气,而使火焰不熄灭的秘密武器!
(旋流器结构示意图)
大家应该都甩过矿泉水瓶,当我们用手握住矿泉水瓶用力一甩,瓶中的水便会快速旋转起来,同时会在中央产生一块没有水的区域,这便与和旋流器的降速原理类似。
旋流器内通常有一圈呈一定角度的叶片,气流经过这些叶片后发生旋转,形成旋流,在旋流离心力以及空气本身粘性的作用下,旋流器出口中心附近的气体被吸入旋流中,导致中心区气体稀薄、压力降低;下游的气流在气压的影响下便会部分回流,形成回流区。
来自压气机的高速气流经过旋流器后,速度大大降低,回流区的存在给火焰创造了温和的生存环境,使其持续稳定燃烧,从而保证了发动机动力的持续稳定输出。
(旋流器降速原理示意图)
在燃烧室中保证火焰不熄灭只是航空发动机数以百计设计难题之一。在一代代航发人前赴后继,奋勇拼搏下,我国目前已经具备了航空发动机的完全自主研发能力,从“霹雳火”到“入云龙”,从“猛龙”到“威龙”,相信越来越多的“战鹰”,能够在强劲“中国心”的加持下,扶摇直上九万里!