第七十三章 航發總體設計(下)

菲利普笑道:“有了壓力p、體積v、溫度t,氣體的狀態也就基本確定了,航空發動機的總體性能方案設計,也就是千方百計利用這三個量之間的關係,誘使空氣分子們多幹活、少吃飯。但在具體討論總體性能方案之前,還有兩個最基本的問題需要解決,那就是如何吸氣、如何噴氣。對於吸氣,你空氣分子不願意主動進來,那就拉你一把。”

一名工程師問道:“咱們是通過壓氣機吸入空氣吧”

菲利普點點頭道:“沒錯壓氣機的多級風扇,就是個誘拐空氣分子的幫兇,洞悉分子們喜歡大房子的特點,簡簡單單就把人騙進來了。少年,你想擁有自己的房子嗎你想鴿子籠變行宮嗎那就進來看看吧通過風扇的高速旋轉,大量的空氣被甩向後方,造成風扇附近的空氣分子越來越少,也就是空房無人入住於是遠處的分子們紛紛前來改善住房條件,沒想到剛跑過來就被扔進後面的黑工廠當牛做馬。就這樣,吸氣問題簡簡單單搞定。”

另一名工程師又好奇地問道:“可是噴氣是怎麼一回事呢”

菲利普繼續道:“噴氣問題的解決有些麻煩。噴氣發動機必須噴出高速氣體才能產生推力,但這必須依賴較高的壓比條件,內部壓力與外界壓力的比值越大,噴氣的速度就越高。然而,內部壓力是不會憑空升高的,必須要有一個費力壓縮的過程。爲使發動機內部壓力增大,必須使用壓氣機。在大蒲扇一樣的壓氣機葉片強力扇動下,空氣分子們被迫往後走。而壓氣機流道又被設計成前高後低的樣子,葉片也一級比一級短,於是越往後走越擁擠,最終達到增壓的目的。其實從這一角度來說,最前面的風扇也是一個壓氣機。只不過從用途來說,風扇的主業是把空氣分子們誘拐進來,主要的壓縮過程是由後面的增壓級和高壓壓氣機實現的。”

比利想了想又問道:“那麼咱們的總體設計到底是從哪裡開始呢”

菲利普認真道:“噴氣發動機的工作過程是一個不停吸氣-壓縮-燃燒-膨脹-噴氣的循環。空氣分子們從大氣中來,又最終混入大氣,真是塵歸塵,土歸土,因果循環。也因此這一點,發動機各部件、流道各截面的壓力、溫度、流量等循環參數選取就是噴氣發動機的整體方案設計開始的。比如根據現有技術水平,最終設計出的壓氣機效率很可能比較低,那麼沒辦法,把高壓渦輪的效率指標向上擡一擡,或者溫度再提高個十度二十度的。經過各種取捨和平衡,就得到了整個工作循環的關鍵參數,涵道比、總壓比、推力、耗油率、高低壓軸轉速,以及各部件的性能參數,如流量、溫度、效率、壓比等。根據這些參數,還可以繼續計算出發動機整個流道的大概尺寸框架,即初步流道。有了初步流道,有了各部件需要達到的性能指標,終於可以發給各專業進行具體設計了呢。”

梅塞施密特聽得感慨道:“沒想到這種噴氣發動機看起來比活塞發動機結構還要簡單,但是設計起來卻要複雜得多,沒有全面的理論知識根本不可能完成一臺噴氣發動機的設計呀”

菲利普連聲應和道:“是呀爲了保證總體指標達標,渦輪效率低了,壓氣機就要高。進氣道一家霸道了,後面的部件都要倒黴這時候,爭吵就不可避免了,地主家也沒有餘糧啊,憑啥分給它的指標這麼低我們專業也難啊在這種壓蹺蹺板的過程中,總體方案的設計師們必須學會帶着鐐銬跳舞,學會在鋼絲上找平衡。”

頓了頓,菲利普繼續道:“其實,戰戰兢兢走鋼絲的情形未必全部發生在指標分配環節,後續的設計過程也難以避免。比如部件設計完成後進行的整機加減速控制規律設計,那就是典型的左右打臉型工作。油加猛了,用力過度,加速工作線直接奔着喘振區或者超溫超轉區去了,很可能造成渦輪超溫,或者直接把壓氣機搞喘了。油緩緩地加,發動機倒挺安全,加速時間太長,復飛時飛機都要墜地了你推力還沒升上去呢,更要命同樣的,減速時收油太快,工作線一頭扎進貧油區,燃燒室直接熄火罷工了。減慢點呢,飛行員又不幹了,跑道就那麼長,我剎車都用上了,你推力一直這麼大是什麼意思”

比利一臉的苦笑:“那咱們以後的道路還真是漫長而曲折呀”

菲利普點點頭道:“沒錯別看我說來頭頭是道。但是我只是理論上比你們要知道得多一點兒。最後真正要靠的,還是你們這些工程師呀。當然,成功總是曲折的。很可能部件設計後個別指標確實達不到,那就要拿來進行整機性能匹配評估,如果評估後發現飛機的要求還是能達到的,那局部的不達標也只能捏着鼻子認了,所以做總體方案時會留點裕度了評估後不滿足飛機要求呵呵,走好不送這臺發動機也就只能送到廢物倉庫或是航空博物館去了。”

梅塞施密特拍了拍菲利普的肩膀道:“菲利普,你真是給我們上了一堂生動的課啊我想今天在場的各位,包括我,收穫都是巨大的。聽你這麼一說,我決定這個噴氣發動機再難,我們也要搞出來不但要搞出來,我們還要搶在英國人前面,最近我得到消息,咱們德國政府要成立航空部,聽說還要定期舉辦航空競賽,我想咱們的飛機要是能在這個競賽上面取得冠軍,名氣就會越來越大,將來的發展也就會更快更好。”

菲利普驚訝地道:“要成立航空部這麼快呀我想有了渦輪增壓器和變矩螺旋槳,咱們的m20運輸機也能在競賽上大放光彩吧”

梅塞施密特點點頭道:“對,我想咱們受到的限制可能會慢慢放開,所以將來研製戰鬥機也不是不可能了”

菲利普心裡暗道:德國航空部不是1933年才成立的嗎現在不過是1931年秋,難道說這個時空的歷史改變了不會是因爲自己穿越過來,引起了蝴蝶效應吧那麼,二次世界大戰會不會發生呢還有希特勒又會不會是原來那個希特勒呢

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