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请问涡扇发动机风扇叶片设计成这种形状是为什么?航空发动机里面的叶片为什么要设计成反向转动的?

作者:机械网
文章来源:本站

  

请问涡扇发动机风扇叶片设计成这种形状是为什么?航空发动机里面的叶片为什么要设计成反向转动的?

  

请问涡扇发动机风扇叶片设计成这种形状是为什么?航空发动机里面的叶片为什么要设计成反向转动的?

  这是为了平衡风扇并减小风扇的振动而刻意设计的。假设发动机风扇完全平衡,转轴位置也完全位于其几何中心,则其重心恰好就在风扇的几何中心,也与重心重合,风扇旋转时不会发生振动,如下图所示。四个黑点代表叶片,它们受到的离心力从圆心通过其所在位置,指向外部。当旋转的物体重心偏离其几何中心,则对于自由(不受转轴约束)的物体来说,新的重心成为其旋转中心;对于有刚性转轴的物体来说,重心偏离在旋转时产生振动。如果转轴具有弹性,那么在低速旋转时,物体的几何中心在旋转时偏向重心一侧。在高速旋转时,弹性转轴能够产生抵抗物体的不平衡,物体的几何中心反而偏向重心相对于转轴的对侧。如下图所示。为便于理解,可以想象:如果我们在弹簧下拴一个重物,手持弹簧上端缓慢上下运动,物体会完全按照手的运动方式而运动;如果我们快速上下运动,则物体反而不会按照手的运动速度,而是形成某种振动。也可以想象:如果我们在电机上连接一条铁链,当电机转速慢时,铁链完全沿着四周旋转;而电机转速快时,铁链反而收拢。这个铁链由完全沿着四周旋转转变到开始收拢的旋转叫做临界转速。不同的物体临界转速不同,并且对于连续物体来说具有无穷多个临界转速。但总体来说,在临界转速前,转速越快振动越大,达到临界转速后,转动越快振动越小,直到到达下一个临界转速前振动再次增大。这是一种类似于共振的现象。回到发动机叶片的问题。当发动机风扇快速转动而超过临界速度时,转轴由于具有一定弹性,开始接近其几何中心,进而越过几何中心,接近其不平衡处。此时,叶片受到的离心力方向从新的转轴处出发通过叶片所在的位置。其中沿着涡轮盘切线方向的分量指向与不平衡处相反的方向,使得叶片偏向这个方向,进而重新调整了不平衡的位置,使得重心接近其几何中心,进而减小了振动。我们可以发现,这个过程是动态的,因此可以动态地降低任意高转速下风扇的振动,而叶片的相对涡轮盘切线方向的角度是周期变化的,因此需要叶片进行左右摆动。因此,为了使叶片能够在一定程度上自由摆动,叶片并不是完全固定在涡轮盘上,而是留有间隙,而突肩也因此不能完全紧贴相邻的叶片,也是为了允许叶片进行摆动。部分内容来自https://aviation.stackexchange.com/questions/26669/why-are-the-fan-blades-mounted-loosely另外,根据视频https://www.youtube.com/watch?v=phludDUfakg以及https://www.youtube.com/watch?v=CXSi4GXUojo可以确定,不仅风扇的叶片是松的,整个压缩机各级的叶片都是松的。可以推测,大部分涡轮发动机各级的所有叶片都是松动的。

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