第四十五章 大涵道比 设计不易

力学模型，通过求解部件间平衡方程的形式，使得各部件匹配工作。

    根据大涵道比发动机的特点，研究大涵道比涡扇发动机的一些关键建模技术，其中包括：风扇内外涵道分开建模、内外涵道分开排气、增压级部件导叶角建模、外涵通道的反推装置建模等。

    陈东风考虑到大涵道比发动机的内部构造极其复杂，作为部件级数值仿真模型不可能反应发动机所有的部件特征。作为真实航空发动机而言，其内部气体流动是三维的，涉及复杂的工程热物理与流体力学知识。不同于他设计Mini2000核心机的情况，由于Mini2000压气比小并且只有单级压气机，而已内部的气体动力学计算可以简化为二维流动，并且忽略复杂的燃烧与传热模型，不考虑雷诺数对特性图的影响。

    所谓雷诺数（Reynolds number）一种可用来表征流体流动情况的无量纲数。Re=ρvd/μ，其中v、ρ、μ分别为流体的流速、密度与黏性系数，d为一特征长度。例如流体流过圆形管道，则d为管道的当量直径。利用雷诺数可区分流体的流动是层流或湍流，也可用来确定物体在流体中流动所受到的阻力。

    现在如果简化内部气体流动模型，那么对于结构复杂的大涵道比发动机而言，会造成部件级数值仿真模型计算数据不准确。经过再三的考虑，陈东风还是决定采用三元流理论来进行设计。

    说到三元流动理论就不得不提吴仲华老先生了，1970年在先进压气机国际会议上，与会科学家就把吴仲华创立的“叶轮机械三元流动理论”更明确地定名为“吴氏通用理论”，理论中的基本方程则称为“吴氏方程”。

    陈东风已经开始研究三元流动理论了，只是现在还比较生疏，他思来想去，为了加快进度，还是边设计边深入学习三元流理论。

    陈东风在和杨辉讨论过后，觉得目前对三元流动理论的掌握还不足以让他们开始进行理论建模。所以他们还是要先进行一段时间对三元流动理论的学习。

    所谓三元流动，其含义是指在实际流动中，所有流动参数都是空间坐标系上三个方向变量的函数。其通用理论的中心思想是将叶轮机械内部非常复杂、难以求解的三元（空间）流动，分解为相交的两族相对流面上比较简单的二元（流片）流动，只使用这两族流面就可以很容易地得到三元流场的近似解，同时使用这两族流面进行迭代计算，可以得到三元流动的完整解。

    三元流动是透平机械气动热力学的专门问题。最初是航空上为了提高飞机性能，对压缩机的设计不断提出新的技术要求和性能指标，从而使压缩机的第一级由亚音速过渡到超音速。流线的曲率和斜率对气流参数的影响就特别突出，要设计样的叶轮机械就必须突破“沿圆柱表面”流动的束缚，把流线的曲率和斜率考虑进去，同时还要考虑熵和功沿径向的变化。因此，迫切需要建立新的流动模型，把二元流发展到三元流。按三元流动理论设计出既弯又扭的三元叶轮，才能适应气流参数(如速度、压力等)在叶道各个空间点的不同，并使其既能满足大流量、高的级压力比，又具有高的效率和较宽的变工况范围。

    好在陈东风他们的飞龙是不需要考虑超音速飞行的，这在让他们可以不用考虑“沿圆柱表面”流动的束缚问题，这大大降低了他们的设计难度。