旋葉

1.葉輪機械是一種以連續流動的流體為工作介質，以葉片為主要工作元件，實現工作元件與工作介質之間能量轉換的機械。按能量轉換的形式可分為兩類:一類是將機械能或機械功轉化為流體內能和動勢能的機械，稱為工作機（如壓縮機、風機）；一類是將流體的動能和勢能轉化為機械能的機械，稱為動力機（如燃氣輪機和蒸汽輪機）。

2.在航空葉片機中，根據葉片機內氣流的流向，可分為軸流、徑流、斜流和混流四大類。幾乎所有現代航空渦輪發動機都使用軸流式葉片機:風扇、壓縮機和渦輪。因此，這里只介紹軸流式葉片機。航空發動機葉輪機械

3.下面以壓縮機為例介紹軸流葉片機的基本單元級。

4.軸流式壓縮機由旋轉部分和定子部分組成。一組沿圓周安裝的轉子葉片和一組沿其后面的圓周安裝的定子葉片構成軸流式壓縮機的第一級。軸流式壓縮機的組成

5.直接研究多級軸流壓氣機的流場是非常困難的。如果忽略階段之間的干擾和匹配，我們可以將多階段分解為單階段進行研究。如果我們進一步假設氣體沿圓柱表面流動，我們可以將三維流動問題簡化為一系列不同半徑的圓柱表面的二維流動問題。這種二維流動被稱為“原始層次”流動，而“原始層次”構成了層次的基本單位。

6.假設與軸同心且半徑為壓氣機平均半徑之和的兩個圓柱面與一級的葉片環相交，則得到一級的環形葉柵，如下圖所示。這種高度為0的環形葉柵稱為環形初級。圓周表面上的原始水平

7.為了便于研究，可以將環形基元級展開成平面，展開成平面的基元級包括兩排平面葉柵，一排為動葉片平面葉柵，另一排為靜葉片平面葉柵。平面級聯

8.在原始級中包含的兩排葉柵中，運動葉柵以圓周速度運動，而靜止葉柵是靜止的。在分析動葉片流動時，以下動葉片為相對參照系；當分析靜葉片的流動時，采用絕對參考系。這里指的是氣流的絕對速度、相對速度和牽連速度。根據速度合成定理:

9.靜態參數是分子熱運動的結果，與宏觀坐標系的選擇無關；總參數的值與坐標系的選擇有關。

10.規定轉子葉片進口段為1段，出口段為2段；定子葉片的出口截面為3段。葉輪進出口處的速度三角形如圖所示:葉輪的速度三角形。

11.疊加葉輪入口和出口的速度三角形，形成原始速度三角形。由于基元級的增壓比不高，內外徑沿軸向變化不大，可以認為氣流絕對速度的軸向分量不變，內外徑的周向速度相等，因此得到簡化的基元級速度三角形，如下圖所示:簡化的速度三角形。

12.速度分量與進入壓縮機的氣流和迎風面積有關。根據連續方程，當入口壓縮機的入口面積和入口氣體狀態不變時，它增加并且也增加；當空氣流量不變而增大時，可以減小壓氣機的進氣面積，有利于減小整個發動機的迎風面積。

13.它被稱為預旋轉，表示氣流在進入工作輪之前預先旋轉了多少。方向與圓周速度相同，稱為正預旋，但它是負預旋。預旋由進口導管產生，以防止壓縮機喘振。

14.輪緣速度影響壓縮機工作輪處理的氣流量。法蘭功的計算在葉片中，機械功的傳遞是由安裝在法蘭上的葉片完成的，習慣上稱為“法蘭功”。我們可以根據動量矩定理計算法蘭功。動量矩定理的表述為:氣體通過工作輪的流動視為定常流動，以截面1和截面2圍成的封閉空間為控制體。經過一段時間后，這部分氣體在轉軸上的動矩變化如下:根據動量矩定律，合力矩所做的功:葉片對單位質量氣體的輪緣所做的功為:

15.葉輪入口和出口沿切線方向的相對速度之差稱為扭轉速度。

16.工作葉柵中氣流的轉向角與扭轉速度直接相關，增大氣流的轉向角可以提高扭轉速度。

17.當確定了、、和這四個參數時，就完全確定了原始電平速度三角形。

18.將擴展伯努利方程應用于初級氣體流量:

19.外界對氣體所做的功是氣體流量的損失。

20.氣體以相對速度流入工作輪葉柵，然后以相對速度流出。由于相鄰翼型之間形成彎曲的膨脹通道，根據氣體動力學，當亞音速氣體流過膨脹通道時，速度降低，壓力增加。因此，

21.在隨葉輪旋轉的動坐標系中，速度取相對速度，此時考慮慣性力（離心力和科里奧利力）做功。根據計算，慣性功等于，科里奧利功等于，慣性功等于。

22.根據伯努利方程，在相對坐標系中，我們可以得到:

23.在絕對坐標系中:

24.輪圈做工。如果同時建立相對坐標系和絕對坐標系中的伯努利方程，則可以得到rim功的另一個表達式:

25.轉子葉片對氣體做功。當氣體流過轉子葉片葉柵時，不僅壓力增加，而且絕對速度也增加，即總壓和總溫增加。

26.可以看出，氣體壓力的增加是由于動葉片對氣體所做的功。

27.氣體流出工作輪后，以絕對速度流向整流器級聯。由于整流柵也是膨脹通道，氣體的絕對速度降低，靜壓進一步增加。由于流動損失，氣體的總壓力下降。

28.在定子中，外界對氣體不起作用。因此，根據伯努利方程，我們可以得到:

29.對于整個原始級別:

30.式中:為整個基本層的流量損失，其值為流量損失之和。

31.初級的出口速度通常非常接近入口速度。從上式可以看出，轉子葉片對氣體的輪緣功主要用于提高氣體的壓力，小部分用于克服流動阻力。

32.通過以上分析，我們可以得到整個軸流壓氣機內部氣流參數的變化。

33.根據初等增壓原理，葉輪內空氣壓力的增加是相對動能減小的結果；整流器中空氣壓力的增加是絕對動能減少的結果，因此動葉片和靜葉片對單級氣體壓力的增加各有貢獻。在工程實踐中，單級增壓比在動葉和靜葉中的分布對單級效率和氣體處理能力有很大影響。為了定量解釋這種分布，引入了反應度的概念，定義公式如下:

34.上述公式以能量的形式定義了反應的程度，稱為能量反應程度。

35.可以看出，反應度的物理意義是轉子葉片中由壓力勢能轉化的能量占整個初級水平上由壓力勢能轉化的能量的百分比。

36.將反應度的定義改寫成便于計算的形式:

37.由此可見:

38.該公式由速度三角形的速度項表示，也稱為運動反應程度。

39.反作用力的數值過大，說明轉子葉片的擴壓器任務過重，會影響轉子葉柵的效率；如果反作用力太小，則會影響定子葉柵的效率，在這兩種情況下，初級效率都會降低。