“吉米,鮑勃,汽車發動機的構造你很瞭解,那我問你一個關於飛機發動機的小問題吧,當然,這不算是考你們兩個,知道就回答,不知道就算了!”
克萊爾走到這臺巨大發動機前面,指着那風扇的一樣的東西。
“你們知道這是什麼嗎?”
鮑勃看了看沒吭聲,他當然知道這東西是風扇,飛機的推力就是風扇產生的,第一代噴氣式飛機上面就有這樣的零部件,但是那種叫做螺旋槳式發動機,顯然眼前這颱風扇更加精密,葉片密密麻麻光滑如刀,如今的動力系統都是內燃型了,輸出功率大得多,強大的氣流打在葉片上產生出的推力都能把車給吹飛出去,普通的材料根本就無法承受的住這樣的力量,起碼在材質上提升了不知多少。
“這應該是飛機的風扇,但是跟普通風扇不同,這應該是渦輪風扇吧!至於其他的,我就不知道了。”
劉琅回答,他不是神仙,沒有未卜先知的能力,關於飛機發動機的相關材料他接觸的很少,只有在圖書館中看到過一些粗略的資料,沒有學過,劉琅同樣一無所知。
“不知道了吧,好,那我就給你們兩個上一課!
這的確叫做渦輪風扇,由渦槳噴氣發動機發展而成,這種渦輪風扇主要特點是首級壓縮機的面積大,同時被用作爲空氣螺旋槳,將部分吸入的空氣通過噴射引擎的外圍向後推。發動機核心部分空氣經過的部分稱爲內涵道,僅有風扇空氣經過的核心機外側部分稱爲外涵道。
渦槳發動機的排氣速度太低推力有限,因此必需提高噴氣發動機的效率。發動機的效率包括熱效率和推進效率兩個部分,提高燃氣在渦輪前的溫度和高壓壓氣機的增壓比,就可以提高熱效率。因爲高溫、高密度的氣體包含的能量要大。”
克萊爾口若懸河,他很高興,因爲難得聽到劉琅說自己不會。
“這就是渦輪發動機的原理了!那麼這些渦輪風扇一定和以前的螺旋槳風扇有着很大差異了!”
劉琅再次問道。
“那是當然,從渦輪裡直噴出來的氣流可以把一棟房子吹倒,打在普通鋼材上,不出半年就得被打碎………好,今天我就給你們講一講這渦輪風扇的構造!”
克萊爾來了興致,開始講了起來。
“渦輪葉片在結構上主要由葉冠、葉身、緣板、葉根四部分組成。
這是葉冠,爲了提高渦輪效率,常在葉片的上端採用一個類似緣板的葉冠結構。其作用是減小葉尖由葉盆向葉背的漏氣,降低二次損失,提高渦輪效率;相鄰葉片的葉冠之間的摩擦可以吸收震動能量,起到減振作用;同一級轉子葉片的葉冠相互抵緊,可增強葉片的剛性,提高其抗振強度;帶冠葉片可以採用對氣動性更爲有利的薄葉型。目前,常用的葉冠形狀主要爲平行四邊形和鋸齒形葉冠。
葉身,其功能主要是實現葉片的氣動特性,葉身不同高度的截面形狀通過氣動設計來選取,周向上相鄰葉片的葉身之間構成氣流通道,供高溫、高壓燃氣流過並膨脹做功;同時,葉身型面還兼具調整氣流方向的功能,保證氣流進入排氣系統時軸向速度均勻。
緣板,其功能主要是形成獨立的氣流通道,保證高溫燃氣不會流入氣流通道以外的渦輪盤、密封、支承等其他耐溫性較差的部件。緣板介於葉身與葉根之間,一般採取方形結構,上下分別通過過渡段和葉身、葉根連接,同一級轉子的葉片緣板組成一個封閉的環形結構。
葉根,其功能主要是連接葉片和輪盤,以便將功率傳輸到與輪盤相連的轉子軸上,葉根靠上、和緣板連接的部分稱爲伸根。葉根下端,連接渦輪盤的部分一般採用樅樹形榫頭,其優點有:榫頭的周向尺寸較小,可在輪緣上安裝較多的葉片,輸出功率大;多個齒面傳力,承載能力強,安全裕度大;接觸面積較大,有利於散熱和摩擦減振;間隙配合,受熱後能夠自由膨脹,可以減小熱應力;拆裝方便等。”
兩人聽的非常仔細,鮑勃還從包裡拿出紙筆記了下來,這算是克萊爾教授的私貨,不是誰都能學得到的。
劉琅當然用不上紙筆,他的大腦就相當於電腦了,鮑勃記得很仔細,但他覺得沒什麼,克萊爾教授只是介紹了一下構成,相當於名詞解釋,對於實質沒什麼大用。
“我看這種葉片非常特殊,結構上與衆不同,而且這材料也非常堅韌,這麼薄的葉片極速轉動很容易發生扭曲的,教授,這臺發動機的葉片是怎麼製造出來的?”
劉琅假裝摸着那鋒利的葉片問道。
“你問得很專業,這種葉片是典型的自由曲面零件,加工這類零件時都有一個特點,那就是要薄,但是會產生一個結果,那就是加工時易變形,所以在材質上就要非常嚴格了,一般說來材質爲不鏽鋼,但這可不是普通的不鏽鋼,蒙乃爾合金、inconel、鈦和鎳爲基礎的難加工合金材料!”
克萊爾回答。
“哦,蒙乃爾合金,鈦和鎳的合金材料!”
劉琅記了下來。
“教授,你說這些合金都是非常堅硬的材料,很難被加工,但這種葉片卻是精密到了極致,那就會對加工工藝與加工用的刀具提出了更高的要求,這一點您知道嗎?”
劉琅再次問道。
“哈哈,吉米,這種問題可難不住我,好,那我就給簡單的說一下這個問題。
在葉片的加工中,葉片加工難點有以下3個方面:銑工藝圍帶處,葉根的加工,銑拉筋孔………而這些葉片可都是中空的,這種鑄造方式難度是非常高的。
中空鍛造,那只有失蠟法纔可以,而高質量的陶瓷芯是失蠟法鑄造的最好內芯材料,它能夠在澆鑄金屬時依然能夠保持穩定,在鑄件冷卻後有能通過化學工藝輕易溶解,在葉片中留下所需要的空氣通道。
首先把模具放在在陶土液中旋轉,使其均勻包裹住模型的任何部位,這樣才能算合格。
然後將模型加入特殊風箱中,在外表噴淋瓷土,形成厚實的外殼,包裹陶土後的鑄造模型,再進行風乾處理,接着要進行加溫,將鑄造模型外部包裹的瓷土燒成陶瓷範模,同時,將內部的蜂蠟排出,形成鑄造空腔。
最後,生產出的葉片還需要進行x光探傷,每個葉片都要進行多角度探傷,防止出現任何瑕疵。”
雖然克萊爾說得很簡單,但都是乾貨,劉琅牢牢的把這些話都記在心中,這已經涉及到發動機的工藝,屬於“不可秘傳”的層次。