像殲10單台發動機,發動機高速旋轉,是怎麼克服旋轉力矩的呢?

雄157625461


這個問題實際上不難,航空專業的同學表示可以回答一下這個問題。

我知道題主是聯想到了直升機的扭轉力矩的問題【如下圖所示】,簡單說,對於那些只有一個旋翼的直升飛機,由於旋翼在旋轉的時候受到來自空氣的巨大扭矩,所以需要通過一定的方式來抵消這個反作用力矩——方法可以是像下圖這樣增加一個尾槳,也可以是裝上兩個對轉的旋翼。

那麼殲十飛機為什麼不用考慮這樣的扭矩呢?很簡單,因為這些扭矩在發動機內自動平衡了,不會傳到飛機上。

殲十飛機使用的發動機叫做渦扇發動機。當我們把渦扇發動機拆開的時候,就會看到裡面的旋轉的那個物體,叫做轉子【如下圖所示】。而轉子跟發動機的連接是通過軸承實現的。軸承這個東西大家都知道,就是希望中間在轉動的那個東西受到儘量小的滾動摩擦力——反過來說,轉子在轉動的時候對發動機的反作用可以被認為忽略不計。

所以說,這就好比你用沾滿了潤滑油的手握住了一根杆子,這根杆子不管怎麼轉動、是轉的快、轉的慢,還是在加速轉動,又或者是減速轉動,你的手是感受不到杆子產生的力矩的——這也是為什麼渦扇發動機轉子產生的力矩不會傳遞到飛機上的原因【下圖就是渦扇發動機中的軸承,可以看到,整個轉子就是架在軸承上的】。

而轉子又分成兩個部分,分別是發動機前面的“壓氣機(compressor)”還有後面的“渦輪(Turbine)”【如下圖所示,是渦噴發動機,雖然跟渦扇發動機略有區別,但是基本原理差不多】,簡單來說,壓氣機就是給空氣做功,而渦輪就是空氣給渦輪做功,在工作過程中,

壓氣機和渦輪受到的力矩方向相反

同時,我們也可以看到,壓氣機和渦輪之間有一個被稱為“轉子軸(shaft)”的東西,這個東西把壓氣機和渦輪連在一起,所以兩個力矩會通過這根軸而產生一定的相互作用。有人說這兩個力矩是大小相等、方向相反的力矩,這個說法是錯誤的,實際上這兩個力矩大小並不一定相等,當渦輪受到的力矩大於壓氣機的時候,轉子就加速轉動,而壓氣機受到的力矩大於渦輪的時候轉子就減速轉動——

只是這個力矩不會傳遞到飛機上,而是在轉子內部就被處理了

可是直升機用的渦軸發動機一樣有壓氣機、渦輪、轉子軸,轉子一樣是被軸承支承著,為什麼直升機就會受到發動機產生的力矩呢?

我們只要看一下下面的這個渦槳發動機的圖就可以知道其中的原理了【渦軸的圖不太好找,我就用渦槳的圖替代,實際上原理差不多】。

我們可以看到,相比渦扇發動機,這裡多了一個螺旋槳(prop),一個齒輪箱(Gearbox),而齒輪箱是連接在飛機上的。齒輪箱的作用就是:你從右端輸入一個扭矩,然後通過齒輪箱中的齒輪轉換,輸出一個扭矩到螺旋槳或者直升機旋翼上。而且一般來說,輸入扭矩要遠遠小於輸出扭矩。

而這轉換的過程,就產生了扭矩的差異——這樣的差異就是直升機或者渦槳飛機受到的扭矩的來源,並且會進一步通過齒輪箱傳遞到飛機上。

所以你明白為什麼渦扇發動機不要考慮轉子的扭矩,而渦槳/渦軸發動機需要考慮了嗎?


SilentTurbine


裡面有根軸啊,發動機葉片旋轉的轉動慣量靠套在軸上的軸承抵消。

以渦扇發動機為例,現在普遍使用的都是雙轉子發動機,也就是說發動機裡有兩根軸。低壓風扇和低壓渦輪在一根軸上,高壓壓氣機和高壓渦輪在一根軸上。大軸套在小軸上。



發動機高速旋轉的動力來自於渦輪前的燃燒室燃燒噴出的高溫高壓氣體,氣體依次對高壓渦輪和低壓渦輪做功,由渦輪帶動在同一根軸上的風扇和高壓壓氣機葉片旋轉。

渦扇發動機的軸通過軸套和支撐系統與發動機殼體連接在一塊。高壓軸和低壓軸之間卡的有軸承,較短的高壓軸一般前後有兩個支撐軸承,低壓軸較長,除了前後兩個軸承之外,在中間還有一個軸承,一共三個支撐軸承。


高壓軸


低壓軸

葉片轉動的時候軸承起支撐作用和抵消轉動角速度的作用,兩個軸的相對轉動靠卡在兩個軸之間的軸承來抵消,軸承裡面的滾珠是轉動的,和汽車或自行車車輪的轉動一個道理。

葉片高速旋轉時產生的徑向作用力,也作用在軸承上,軸承工作的條件非常惡劣,是影響發動機壽命的核心部件之一。葉片在裝配時都要經過精心的調教,不會發生較大的徑向跳動,如果發動機葉片損壞,導致力不平衡,或者軸承有輕微磨損,很快就會導致發動機軸承卡死,進而導致發動機轉子“抱軸”,發動機就會停車,是危險性非常大的事故。



至於發動機低壓和高壓兩根軸的旋轉方向,可以是同方向旋轉,也可以是相反方向旋轉。看發動機的設計,俄羅斯的發動機如AL31F系列一般設計成同向旋轉,美國的部分發動機設計成反方向旋轉如CFM56系列。反方向旋轉軸承的相對轉速更高,是同方向旋轉的兩倍,每分鐘最多可以達到2萬到3萬轉。


一坑四彈


發動機只是表象,它的轉子自身只在轉速變換時才會產生一定的扭矩,實時存續的扭矩是發動機所裹挾的空氣(不斷加入做旋轉運動)產生的。

所以這個問題和發動機不直接相關,要看氣流組織情況,解決反扭矩問題。方法很多種:轉子對旋、機翼調整、雙發動機……


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