中北机械类好还是中北航空航天好（航发小知识12）

一、涡轮类型有哪些？

涡轮就是带动压气机转动的部件，由燃烧室后的燃气对其做功（冲击）使其转从而获得机械功，正是涡轮的存在才使得喷气发动机循环成为可能。

涡轮可分为两大类，轴流式与径流式，其中径流式涡轮又可分为向心式和离心式两种。同样我们可以类比压气机的轴流式与离心式，涡轮也可按转子数来划分，可分为单转子涡轮、双转子涡轮、三转子涡轮等。航空发动机通常采用轴流式涡轮，以下我们主要介绍轴流式涡轮

二、“一盘两片”是个啥？

轴流式涡轮一般是多级涡轮，由若干个单级组成，每个单级由导向器和工作轮组成，这个我们同样可以类比压气机的整流器和工作轮。静子的功用基本相通，我们通常将压气机的静子称作整流器，而涡轮的静子称作导向器，涡轮转子是涡轮部件的总称，组成有转子叶片、涡轮盘、涡轮轴等。涡轮盘与涡轮轴连接，通过涡轮盘将机械功传给涡轮轴，从而给压气机。涡轮导向器上的叶片称作导向器叶片。涡轮盘上的叶片就是工作叶片。

涡轮盘

涡轮导向器（图片来自立精密铸造有限公司）

涡轮工作叶片（图片来自腾讯网 编辑洪磊）

涡轮静子主要由涡轮机匣、导向器、涡轮的支承和传力构件组成。涡轮静子和压气机静子工作环境存较大的差异，其属于热端（所谓热端部件就是发动机中燃烧室及其之后的部件）。

对于涡轮都是导向器在前涡轮工作轮在后，就是要让从燃烧室出来的高温燃气首先在整流器中膨胀加速，获得动能，其速度可高达约700m/s，以这样的速度冲击工作轮从而使得涡轮发出巨大的功率。和压气机一样，涡轮也有“基元级”，涡轮级也是由无穷多个基元级组成的，相关知识我们可以参考往期的压气机介绍。

三、涡轮叶片材料浅谈

说到涡轮其实我们有太多的话想说，北航校长徐惠彬说过；“发动机最核心的核心就是“一盘两片”（涡轮盘、导向叶片及工作叶片），而难就难在怎么把这“两片”给做出来。”航空发动机不行，多数人说是材料不行，的确涡轮的工作环境对材料是极为苛刻的考验。国外先进最新战斗机的发动机涡轮进口温度可高达约1811K到2144K，而我们普通碳钢的熔点仅为1690K。不仅如此，涡轮工作环境温度场并不均匀，在结构设计中面临热应力、热变形、热定心、热冲击（短时间热应力的急剧增大导致的零件开裂）等问题。尽管如此，航发还是要努力去提高涡轮前的温度，因为涡轮前温度提高100℃则发动机的性能至少提高10%，以下是各带发动机涡轮叶片的发展历程。

20 世纪 60 年代以来，铸造高温合金逐渐开始成为涡轮叶片的主选材料。定向凝固高温合金通过控制结晶生长速度、使晶粒按主承力方向择优生长，改善了合金的强度和塑性，提高了合金的热疲劳性能，使用温度达到了 1000 ℃ 水平。单晶合金涡轮叶片是定向凝固技术的进一步发展，其耐温能力、蠕变强度、热疲劳强度、抗氧化性能和抗腐蚀特性较定向凝固柱晶合金有了显著提高，从而很快得到了航空燃气涡轮发动机界的普遍认可，几乎所有先进航空发动机都采用了单晶合金用作涡轮叶片，成为二十世纪 80 年代以来航空发动机的重大技术之一。[1]

关于涡轮本期就简单开个头，当然对于涡轮来说材料是一方面，古话说的好嘛“开源节流”，我们可以通过“冷却”来改善涡轮工作环境，提高其可靠性、耐久性。如气膜冷却、对流冷却等，接下来的文章我们会对涡轮展开介绍，欢迎关注阅读！

参考文献：

[1]航空发动机涡轮叶片材料的应用与发展

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