动力压缩中流动损失的优化

动力压缩的流动损失包括摩擦损失和分离损失，其中，分离损失从原理上讲，应该包括外部阻力损失和内部流动损失。

1.摩擦损失

具有黏性特征的空气流，在进气道管壁表面形成附面层，这类附面层增加了气流与进气道内壁表面的摩擦阻力，减小了发动机的进气量。尤其是在压力增加时，压力越高，空气流在进气道管壁表面形成的附面层越厚，空气流动性就越差，流道截面越小，发动机进气量就越小。因此，要满足发动机的设计进气量，就需要消除和/或最大限度地减小摩擦损失，最根本的举措在于尽量保持压气机流道内表面的设计光洁程度和设计流道构型。

2.空气流分离损失

分离损失是因为进气道口的空气流方向与进气道前缘内壁的方向不一致，空气流在流动方向的发生折转（弯转）时所产生的惯性离心力作用，进气道前缘内壁附近的空气压力降低，出现与空气流动方向相反的压力差，从而导致气流分离，造成气流分离损失。分离损失越大，发动机进气量就越小。因此，要满足发动机的设计进气量，就需要消除和/或最大限度地减小空气流分离损失，最根本的举措是尽量保持进气道口的设计流线构型。分离损失包括了外部阻力损失和内部流动损失。

（1）外部阻力损失。

空气流在进气道唇口外壁附近发生折转，气流产生分离现象，形成进气道外部阻力。

风洞实验证明，当飞行速度v远大于压气机进口气流速度（v＞＞c1）时，外部阻力急剧增大；当飞行速度v小于压气机进口气流速度c1（v＜c1），尤其在v＜2c1后，形成的外部阻力影响并不明显。(www.xing528.com)

（2）内部流动损失。

空气流在收敛型进气道内部流动时，空气压力沿流动方向逐渐减小，基本不存在空气流压力的反压差，气流不容易发生分离。并且当空气流加速流入进气道时，在进气道唇口内壁附近的流动方向的折转也小，仍然不容易发生气流分离，即或是发生了气流分离，由于此处空气流的加速流动，气流的分离区域也不会进一步扩大。因此，对于收敛型进气道，空气流在其内部流动时，内部流动损失较小。

对于低速飞行的直升机的动力装置来说，采用了收敛型进气道，并且对进气道进行了设计优化后，外部阻力损失不大，内部阻力损失也较小，处于可接受水平，对发动机的工作是非常有利的。

通过上述分析，我们得知空气流在收敛型通道内流动时，内部流动损失并不明显，基本处于一种可接受的水平。但是由于直升机独特的飞行特点（如后行飞行、高机动性飞行、大角度下滑、大迎角急停消速、侧向漂移以及悬停等，均属于直升机的基本飞行方式）往往使得发动机进气道经常在大气流迎角状态下工作，气流方向与进气道轴线不平行，在气流折转时惯性离心力的作用下，进气道内较为均匀的空气流场遭到严重的破坏，甚至发生气流分离，如图1.3所示。这种状态下的气流损失增大，直接影响到压气机工作的稳定性，也影响着发动机工作的稳定性和可靠性。因此，出于对直升机的独特飞行特点和姿态的考量，为尽可能减小和弱化由此对压气机工作的影响，涡轮轴发动机在进气道的唇口构型上，大多选择了将唇口制成亚音速剖面。

图1.3　进气道前缘内壁附近气流分离

（气流方向与进气道轴线不平行时）