Лопасть компрессора замедляет или ускоряет воздушный поток?

действительно ли лопасти компрессора препятствуют воздушному потоку, или воздушный поток ускоряется компрессором?

Это не исчерпывающие альтернативы. Имейте в виду, что дозвуковой поток жидкости при сжатии ускоряется, а давление уменьшается ( принцип Бернулли ).

Что делает компрессор, так это увеличивает давление. Скорость немного снижается.

лопатки компрессора на самом деле препятствуют воздушному потоку

На самом деле это сложно. В некотором смысле они есть. Компрессор всегда забирает воздух со скоростью около M0,5, независимо от скорости полета. Это означает, что на более низкой скорости двигатель должен всасывать воздух из более широкого потока, в то время как на более высокой скорости часть воздуха проливается через впускные кромки. Так что в некотором смысле компрессор является барьером.

Но тогда компрессор должен увеличивать энергию потока, иначе двигатель не мог бы создавать никакой тяги. Просто энергия уходит в давление, а не в скорость. Так что в этом смысле это точно не барьер.

На самом деле тяга действует в основном на компрессор, потому что это самая значительная задняя поверхность, на которую может воздействовать давление в камере сгорания.

На сверхзвуковой скорости это работает иначе. Теперь изменения давления не могут повлиять на поток вверх по потоку, поэтому воздух больше не может переливаться через впускные кромки. Вместо этого теперь воздухозаборник должен тормозить его ударными волнами, а затем расширением в диффузоре.

Это необходимо, поскольку турбомашины хорошо работают только в дозвуковом потоке¹. Поскольку давление увеличивается по мере уменьшения скорости потока, это также увеличивает общую степень сжатия двигателя и, следовательно, его эффективность.

Обратите внимание, что воздух также нагревается за счет адиабатического нагрева , когда он замедляется и сжимается. Где-то около M5–6 воздух становится настолько горячим от сжатия, что добавление к нему дополнительного тепла за счет сжигания топлива уже нецелесообразно, поэтому выше этой скорости сгорание должно происходить в сверхзвуковом потоке. Это ГПВРД. У него нет ни компрессора, ни турбины, потому что он получает все сжатие от сужения потока, и его турбомашина все равно не будет работать на такой скорости.

Лопасти ротора компрессора осевого типа реактивного двигателя ускоряют воздушный поток. Важно отметить, что чистое изменение скорости обычно отрицательно, то есть поток воздуха через секцию компрессора в целом обычно замедляется. Кроме того, впуск двигателя обычно также замедляет поток воздуха при увеличении давления. Это происходит в воздушном потоке до прямого контакта с компрессором.

Осевые компрессоры реактивных двигателей состоят из нескольких ступеней давления с основной конструкцией повышения давления, а не скорости. Каждая ступень давления состоит из пары роторов и статоров. Роторы состоят из рядов лопаток компрессора, расположенных радиально на вращающемся шпинделе. Статоры состоят из фиксированных рядов лопаток, расположенных радиально и расположенных после и между роторами.

Компрессорные лопатки роторов ускоряют воздушный поток и сообщают мгновенное увеличение скорости. Впоследствии лопатки статора и уменьшающаяся геометрия конструкции компрессора замедляют скорость и изменяют направление воздушного потока (что также является ускорением). Каждая ступень давления повышает давление, как правило, с небольшим чистым уменьшением скорости.

См. следующий рисунок и фрагмент текста из Справочника по силовым установкам для технических специалистов Jeppesen A&P:

Задача осевого компрессора состоит в повышении давления воздуха, а не скорости воздуха. Таким образом, каждая ступень компрессора повышает давление входящего воздуха, в то время как скорость воздуха попеременно увеличивается, а затем уменьшается по мере того, как воздушный поток проходит через компрессор. Лопасти ротора немного ускоряют воздушный поток, затем лопатки статора рассеивают воздух, замедляя его и увеличивая давление. Общий результат - повышенное давление воздуха и относительно постоянная скорость воздуха от входа компрессора до выхода.

^{Рисунок 3-29}

Что ж, некоторая базовая математика может дать ответ.

Если турбореактивный двигатель имеет степень сжатия, скажем, 20: 1, поток газа, поступающий в камеру сгорания, будет иметь давление в 20 раз выше, чем поток газа, поступающий на вход двигателя.

Если предположить, что общая площадь поперечного сечения прохода газа через статоры и роторы в компрессоре не меняется (обычно это не так), то поток газа должен был бы замедляться.

Так как Mdot = rho * Vdot = rho * A * vdot

и по IGL для простоты P = rho * R * T

это дает

Mточка = (P/RT) * A * vточка

Поскольку Mdot и A остаются постоянными, а P увеличивается, для компенсации vdot должно уменьшиться. Хотя температура и повышается, этого недостаточно для компенсации изменения давления, что можно показать с помощью анализа чувствительности.

В идеале вы хотите как можно меньше замедлять поток газа, поскольку уменьшение импульса создает импульс сопротивления двигателю. Как центробежные, так и осевые компрессоры сужаются в объеме по мере того, как газ проходит через активную зону, чтобы уменьшить это.