壓氣機顧名思義,就是用來壓縮空氣的一種機械。在噴氣發動機上所使用的壓氣機按其結構和工作原理可以分為兩大類,一類是離心式壓氣機,一類是軸流式壓氣機。離心式壓氣機的外形就像是一個鈍角的扁圓錐體。在這個圓錐體上有數條螺旋形的葉片,當壓氣機的圓盤運轉時,空氣就會被螺旋形的葉片「抓住」,在高速旋轉所帶來的巨大離心力之下,空氣就會被甩進壓氣機圓盤與壓氣機機匣之間的空隙,從而實現空氣的增壓。與離心式壓氣機不同,軸流式壓氣機是由多級風扇所構成的,其每一級都會產生一定的增壓比,各級風扇的增壓比相乘就是壓氣機的總增壓比。
在現代渦扇發動機上的壓氣機大多是軸流式壓氣機,軸流式壓氣機有著體積小、流量大、單位效率高的優點,但在一些場合之下離心式壓氣機也還有用武之地,離心式壓氣機雖然效率比較差,而且重量大,但離心式壓氣機的工作比較穩定、結構簡單而且單級增壓比也比軸流式壓氣機要高數倍。比如在中國台灣的IDF上用的雙轉子結構的TFE1042-70渦扇發動機上,其高壓壓氣機就採用了四級軸流式與一級離心式的組合式壓氣機以減少壓氣機的級數。多說一句,這樣的組合式壓氣機在渦扇發動機上用的不多,但在直升機上所使用的渦軸發動機如今一般都為幾級軸流式加一級離心式的組合結構。比如國產的渦軸6、 渦軸8發動機就是1級軸流式加1級離心式構成的組合壓氣機。而美國的「黑鷹」直升機上的T700發動機其壓氣機為5級軸流式加上1級離心式。
壓氣機是渦扇發動機上比較核心的一個部件。在渦扇發動機上採用雙轉子結構很大程度上就是為了迎合壓氣機的需要。壓氣機的效率高低直接的影響了發動機的工作效率。當前人們的目標是提高壓氣機的單級增壓比。比如在J-79上用的壓氣機風扇有17級之多,平均單級增壓比為1.16,這樣17級葉片的總增壓比大約為12.5左右,而用在波音777上的GE-90的壓氣機的平均單級增壓比以提高到了1.36,這樣只要十級增壓葉片總增壓比就可以達到23左右。而F-22的動力F-119發動機的壓氣機更是了的,3級風扇和6級高壓壓氣機的總增壓比就達到了25左右,平均單級增壓比為1.43。平均單級增壓比的提高對減少壓氣機的級數、減少發動機的總量、縮短髮動機的總長度是大有好處的。
但隨著壓氣機的增壓比越來越高,壓氣機振喘和壓氣機防熱的問題也逐漸突現。
在壓氣機中,空氣在得到增壓的同時,其溫度也在上升。比如當飛機在地面起飛壓氣機的增壓比達到25左右時,壓氣機的出口溫度就會超過500度。而在戰鬥機所用的低函道比渦扇發動機中,在中低空飛行中由於衝壓作用,其溫度還會提高。而當壓氣機的總增壓比達到30左右時,壓氣機的出口溫度會達到600度左右。如此高的溫度鈦合金是難當重任的,只能由耐高溫的鎳基合金取而代之,可是鎳基合金與鈦合金相比基重量太大。與是人們又開發了新型的耐高溫鈦合金。在波音747的動力之一羅·羅公司的遄達800與EF2000的動力EJ200上就使用了全鈦合金壓氣機。其轉子重量要比使用鎳基合金減重30%左右。
與壓氣機防熱的問題相比壓氣機振喘的問題要難辦一些。振喘是發動機的一種不正常的工作狀態,他是由壓氣機內的空氣流量、流速、壓力的突然變化而引發的。比如在當飛機進行加速、減速時,當飛發動機吞水、吞冰時,或當戰鬥機在突然以大攻飛行拉起進氣道受到屏蔽進氣量驟減時。都極有可能引起發動機的振喘。
在渦扇噴氣發動機之初,人們就採用了在各級壓氣機前和風扇前加裝整流葉片的方法來減少上一級壓氣機因絞動空氣所帶給下一級壓氣機的不利影響,以克制振喘現像的發生。而且在J-79渦噴發動機上人們還首次實現了整流葉片的可調整。可調整的整流葉片可以讓發動機在更加寬廣的飛行包線內正常工作。可是隨著風扇、壓氣機的增壓比一步一步的提高光是採用整流葉片的方法以是行不通了。對於風扇人們使用了寬弦風扇解決了在更廣的工作範圍內穩定工作的問題,而且採用了寬弦風扇之後即使去掉風扇前的整流葉片風扇也會穩定的工作。比如在F-15上的F100-PW-100其風扇前就採用了整流葉片,而F-22的F-119就由於採用了三級寬弦風扇所以風扇前也就沒有了整流葉片,這樣發動機的重量得以減輕,而且由於風扇前少了一層屏蔽其效率也就自然而然的提高了。風扇的問題解決了可是壓氣的問題還在,而且似乎比風扇的問題材更難辦。因為多級的壓氣機都是裝在一根軸上的,在工作時它的轉數也是相同的。如果各級壓氣機在工作的時候都有自已合理的工作轉數,振喘的問題也就解決了。可是到如今為止還沒有聽說什麼國家在集中國力來研究十幾、二十幾轉子的渦扇發動機。
在萬般的無耐之後人們能回到老路上來--放氣!放氣是一種最簡單但也最無可耐何的防振喘的方法。在很多現代化的發動上人們都保留的放氣活門以備不時之須。比如在波音747的動力JT9D上,普·惠公司就分別在十五級的高、低壓氣機中的第4、9、15級上保留了三個放氣活門。