第一百七十一章轴流径流
如果说发动机是飞机的心脏，那么涡轮喷气式发动机的心脏，就是由压气机、燃烧室、涡轮这三大核心部件所组成的核心机了。作为核心机三大部件之一的压气机，主要负责将空气吸入并压缩后送入燃烧室，对喷气式发动机性能的好坏有着决定性的意义。从某种角度上说，上个位面中喷气式发动机*********，就是一部总压比和涡前温度不断提高的历史。想要提高发动机的总压比，就不能没有压气机的帮忙。
涡轮喷气式发动机的工作原理大体是这样的：第一步，在涡轮的驱动下，压气机将空气吸入并压缩后送入后面的燃烧室；第二步，燃料在燃烧室的高温环境下燃烧，产生高温燃气并流向更后面的涡轮；第三步，高温燃气的一部分能量驱动涡轮做功以带动前面的压气机，另一部分通过发动机尾喷管向后喷出产生推力。
需要额外说明的一点是，在涡轮喷气式发动机工作时，上面所说的这三个步骤实际上是连续进行的，这与各个冲程依次进行的活塞式发动机有很大不同。具体到压缩空气这个环节，活塞式发动机压缩空气的过程只在压缩冲程中进行，而喷气式发动机的压气机则每时每刻都在对进入发动机的空气进行增压。
那么喷气式发动机的压气机又是如何保证持续压缩空气的呢？在活塞式发动机中，压缩空气这件事很简单，只要把气缸上的活门一关，然后让活塞在飞轮的带动下从下往上运动就行了。由于气缸密闭而容积缩小，缸内的空气自然就被压缩了。然而这种简单的压缩空气的方法不仅无法连续工作，而且还需要密闭的环境，自然不可能用在喷气式发动机上。
为了在非密闭的环境下连续压缩空气，喷气式发动机的压气机在结构上都为转子和静子两个部分。当空气流过高速旋转的转子叶轮时，转子上的叶片就会对空气做功。在这个过程中，空气获得了能量，这个能量可不仅体现为空气压力的提高，更为重要的是空气从转子那里获得了较高的速度。而当高速流动的空气流出转子，进入到精心设计的静子之后，它的速度会减慢。根据能量守恒原理，高速空气所携带的动能并不会凭空消失，这部分减少的动能会转化为空气的内能和压力势能。
再简单点说，就是流入发动机的空气在转子中加速增压，而在静子中减速增压，在这个过程中压气机转子的机械能转化为空气的内能和压力势能。具体表现就是：流过压气机的空气温度上升，体积缩小，压力提高。根据喷气式发动机压气机转子和静子结构的不同，我们大致可将其分为轴流式、径流式（又称离心式）以及介于这两者之间的斜流式。
在上个位面中，比起诞生较早的轴流式和离心式压气机，斜流式压气机*********，而且由于斜流式压气机的叶片需要复杂的三元扭曲，在没有数控机床的时代加工比较困难，所以斜流式压气机直到*********。正是由于现阶段斜流式压气机存在一些难以克服的技术障碍，所以虽然后世斜流式压气机在小推力喷气式发动机上变得越来越常见，但海伦娜依然不会将其作为发展的重点，最多只会进行一些前期的技术探索工作，目前压气机的研发重点必须放在轴流式和径流式（离心式）这两种类型上。
径流式（离心式）压气机的转子叶轮，是一个布满辐射状叶片的圆盘。当空气流入高速旋转的叶轮时，叶轮对空气做功并迫使空气从叶片之间的辐射状流道里流出。在这个过程中，叶轮对空气所做的功一方面使得空气的温度和压力升高，另一方面也赋予了空气一定的速度。当空气高速流出叶轮之后，便进入了环绕叶轮的扩压器（静子）中，在这里空气的动能转化为压力势能和内能，具体表现为速度减慢，而压力和温度则进一步上升。
轴流式压气机和离心式压气机在结构上有很大不同，但就基本原理而言是大同小异的。每一级轴流式压气机都是由一圈高速旋转的转子叶片和一圈固定不动的静子叶片组成的。前面的转子叶片像电风扇一样驱动空气，把空气增压并加速后送入后面的静子叶片中。静子叶片的朝向和转子叶片正好相反，所以空气在流过静子叶片时速度会被减慢，其温度和压力自然会在焦耳大神能量守恒原理的约束下上升。
不难看出，轴向进入的空气在流出径流式（离心式）压气机时，其流向从轴向变成了径向或者说是离心方向；而在流出轴流式压气机时，流动方向依然保持轴向。这一不同既是离心式和轴流式压气机最大的区别，也是他们各自名字的由来。也正是由于这个不同，赋予了轴流式和离心式压气机各自鲜明的优点和缺点。
我们先说离心式压气机，由于离心式压气机转子叶片之间的流道很长，这就让通过这些流道的空气可以持续获得能量，所以离心式压气机单级可以提供的增压比（级压比）较高。即使早期离心式压气机的级压比也能达到3以上，到了上个位面的21世纪，级压比超过*********了。
级压比高给离心式压气机带来了很多优势，由于一级离心式压气机就能达到多级轴流式压气机的加压效果，所以离心式压气机需要的级数较少。这让离心式压气机在同等条件下轴向尺寸更短、结构更简单、工作更可靠。
如果说离心式压气机的优势主要来源于高级压比，那么它的主要劣势就来源于经其压缩的空气只能朝着径向输出，这种输出方式无疑给离心式压气机戴上了沉重的枷锁。这个枷锁主要体现在两个方面：
一方面，在使用离心式压气机的发动机中，空气至少要拐两道大弯。轴向输入的空气先要在叶轮中转成径向流动，流出扩压器后又得在集气管中转回轴向流动，这样一来二去能量损失自然不会太小。所以离心式压气机一般最多只能串联两级，再串更多级的话，能量损失将达到无法忍受的地步，毕竟压气机压缩空气消耗的能量不是凭空生出的，而是通过后面的涡轮从燃气中汲取过来的，压气机消耗的能量如果太多，会让发动机效率不升反降。
另一方面，由于离心式压气机的叶轮是通过离心作用赋予空气能量的。这导致离心式压气机的性能在很大程度上取决于其转子叶轮的直径，但叶轮直径的增加有会导致发动机的迎风面积增大，这和喷气式战斗机对较小迎风面积的追求是相矛盾的。在小流量的发动机上，这个问题可能不是特别突出，但随着发动机流量的增加，这个问题就会变得相当严重。
总结起来就是离心式压气机单级压比有优势，所以在对流量和总压比要求都不高的场合，有简单可靠的优点。但在需要更大流量和更高总压比的场合，离心式压气机由于受到无法串联太多增压级以及叶轮直径不能无限扩大的制约，发展潜力会显得捉襟见肘。
反观轴流式压气机，它的优缺点与离心式压气机正好相反。虽然单级轴流式压气机只能提供较低的级压比，大多数情况下都在以下，但是由于在轴流式压气机中，空气是轴向流入轴向流出的，没有离心式压气机那样剧烈的转折，所以能量损失较小。这一优势让轴流式压气机可以近乎随心所欲地通过串联方式堆总压比。几级不够就上十几级，再不行就来个几十级。上个位面中的21世纪，采用多级轴流式压气机的军用发动机总压比超过*********，而追求高燃油效率的商用发动机总增压比甚至已经越过了50大关。
另外，由于轴流式压气机压缩空气的过程是在轴向运动而不是在径向进行的，所以采用轴流式压气机的发动机的直径，只需要保证空气能顺利通过就行了，这赋予了轴流式发动机较小的迎风面积和迎风阻力，虽然代价是发动机轴向长度的增加，但对于战斗机发动机来说，对径向尺寸永远是比对轴向尺寸更加敏感的。
在上个位面中，无论是德国的奥海因，还是英国的惠特尔一开始都是采用简单可靠的离心式压气机，但在后续发展中，两国的科学家却发生了分歧。
德国人很快就将精力转向了潜力更大的轴流式发动机，其成果就是，前者成为了世界上第一款实用化的喷气式战斗机，后者则在战后被法国人淘去，成了著名的“阿塔”系列发动机的原型。“阿塔”系列此后经过不断改良，得到的终极发展型号就是幻影*********（这才叫真正的改得连妈都不认识了，不过那个单转子结构倒是一直被保留，当然这也极大限制了幻影*********）。
而英国人则进一步挖掘离心式发动机的潜力，先是将采用离心式压气机的“德文特”发动机装上了自己的流星战斗机，然后又在此基础上发展出“尼恩”系列发动机。值得一提的是，“尼恩”发动机后来被英国人卖给了苏联，苏联将其改进仿制和改进后就得到了VK-1系列发动机，也就是米格*********。后来中国将VK-1-*********，这就是军迷们耳熟能详的涡喷-5发动机。
那么在压气机到底是用离心式还是轴流式的问题上，海伦娜又会如何选择呢？
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涡轮喷气式发动机的工作原理大体是这样的：第一步，在涡轮的驱动下，压气机将空气吸入并压缩后送入后面的燃烧室；第二步，燃料在燃烧室的高温环境下燃烧，产生高温燃气并流向更后面的涡轮；第三步，高温燃气的一部分能量驱动涡轮做功以带动前面的压气机，另一部分通过发动机尾喷管向后喷出产生推力。
需要额外说明的一点是，在涡轮喷气式发动机工作时，上面所说的这三个步骤实际上是连续进行的，这与各个冲程依次进行的活塞式发动机有很大不同。具体到压缩空气这个环节，活塞式发动机压缩空气的过程只在压缩冲程中进行，而喷气式发动机的压气机则每时每刻都在对进入发动机的空气进行增压。
那么喷气式发动机的压气机又是如何保证持续压缩空气的呢？在活塞式发动机中，压缩空气这件事很简单，只要把气缸上的活门一关，然后让活塞在飞轮的带动下从下往上运动就行了。由于气缸密闭而容积缩小，缸内的空气自然就被压缩了。然而这种简单的压缩空气的方法不仅无法连续工作，而且还需要密闭的环境，自然不可能用在喷气式发动机上。
为了在非密闭的环境下连续压缩空气，喷气式发动机的压气机在结构上都为转子和静子两个部分。当空气流过高速旋转的转子叶轮时，转子上的叶片就会对空气做功。在这个过程中，空气获得了能量，这个能量可不仅体现为空气压力的提高，更为重要的是空气从转子那里获得了较高的速度。而当高速流动的空气流出转子，进入到精心设计的静子之后，它的速度会减慢。根据能量守恒原理，高速空气所携带的动能并不会凭空消失，这部分减少的动能会转化为空气的内能和压力势能。
再简单点说，就是流入发动机的空气在转子中加速增压，而在静子中减速增压，在这个过程中压气机转子的机械能转化为空气的内能和压力势能。具体表现就是：流过压气机的空气温度上升，体积缩小，压力提高。根据喷气式发动机压气机转子和静子结构的不同，我们大致可将其分为轴流式、径流式（又称离心式）以及介于这两者之间的斜流式。
在上个位面中，比起诞生较早的轴流式和离心式压气机，斜流式压气机*********，而且由于斜流式压气机的叶片需要复杂的三元扭曲，在没有数控机床的时代加工比较困难，所以斜流式压气机直到*********。正是由于现阶段斜流式压气机存在一些难以克服的技术障碍，所以虽然后世斜流式压气机在小推力喷气式发动机上变得越来越常见，但海伦娜依然不会将其作为发展的重点，最多只会进行一些前期的技术探索工作，目前压气机的研发重点必须放在轴流式和径流式（离心式）这两种类型上。
径流式（离心式）压气机的转子叶轮，是一个布满辐射状叶片的圆盘。当空气流入高速旋转的叶轮时，叶轮对空气做功并迫使空气从叶片之间的辐射状流道里流出。在这个过程中，叶轮对空气所做的功一方面使得空气的温度和压力升高，另一方面也赋予了空气一定的速度。当空气高速流出叶轮之后，便进入了环绕叶轮的扩压器（静子）中，在这里空气的动能转化为压力势能和内能，具体表现为速度减慢，而压力和温度则进一步上升。
轴流式压气机和离心式压气机在结构上有很大不同，但就基本原理而言是大同小异的。每一级轴流式压气机都是由一圈高速旋转的转子叶片和一圈固定不动的静子叶片组成的。前面的转子叶片像电风扇一样驱动空气，把空气增压并加速后送入后面的静子叶片中。静子叶片的朝向和转子叶片正好相反，所以空气在流过静子叶片时速度会被减慢，其温度和压力自然会在焦耳大神能量守恒原理的约束下上升。
不难看出，轴向进入的空气在流出径流式（离心式）压气机时，其流向从轴向变成了径向或者说是离心方向；而在流出轴流式压气机时，流动方向依然保持轴向。这一不同既是离心式和轴流式压气机最大的区别，也是他们各自名字的由来。也正是由于这个不同，赋予了轴流式和离心式压气机各自鲜明的优点和缺点。
我们先说离心式压气机，由于离心式压气机转子叶片之间的流道很长，这就让通过这些流道的空气可以持续获得能量，所以离心式压气机单级可以提供的增压比（级压比）较高。即使早期离心式压气机的级压比也能达到3以上，到了上个位面的21世纪，级压比超过*********了。
级压比高给离心式压气机带来了很多优势，由于一级离心式压气机就能达到多级轴流式压气机的加压效果，所以离心式压气机需要的级数较少。这让离心式压气机在同等条件下轴向尺寸更短、结构更简单、工作更可靠。
如果说离心式压气机的优势主要来源于高级压比，那么它的主要劣势就来源于经其压缩的空气只能朝着径向输出，这种输出方式无疑给离心式压气机戴上了沉重的枷锁。这个枷锁主要体现在两个方面：
一方面，在使用离心式压气机的发动机中，空气至少要拐两道大弯。轴向输入的空气先要在叶轮中转成径向流动，流出扩压器后又得在集气管中转回轴向流动，这样一来二去能量损失自然不会太小。所以离心式压气机一般最多只能串联两级，再串更多级的话，能量损失将达到无法忍受的地步，毕竟压气机压缩空气消耗的能量不是凭空生出的，而是通过后面的涡轮从燃气中汲取过来的，压气机消耗的能量如果太多，会让发动机效率不升反降。
另一方面，由于离心式压气机的叶轮是通过离心作用赋予空气能量的。这导致离心式压气机的性能在很大程度上取决于其转子叶轮的直径，但叶轮直径的增加有会导致发动机的迎风面积增大，这和喷气式战斗机对较小迎风面积的追求是相矛盾的。在小流量的发动机上，这个问题可能不是特别突出，但随着发动机流量的增加，这个问题就会变得相当严重。
总结起来就是离心式压气机单级压比有优势，所以在对流量和总压比要求都不高的场合，有简单可靠的优点。但在需要更大流量和更高总压比的场合，离心式压气机由于受到无法串联太多增压级以及叶轮直径不能无限扩大的制约，发展潜力会显得捉襟见肘。
反观轴流式压气机，它的优缺点与离心式压气机正好相反。虽然单级轴流式压气机只能提供较低的级压比，大多数情况下都在以下，但是由于在轴流式压气机中，空气是轴向流入轴向流出的，没有离心式压气机那样剧烈的转折，所以能量损失较小。这一优势让轴流式压气机可以近乎随心所欲地通过串联方式堆总压比。几级不够就上十几级，再不行就来个几十级。上个位面中的21世纪，采用多级轴流式压气机的军用发动机总压比超过*********，而追求高燃油效率的商用发动机总增压比甚至已经越过了50大关。
另外，由于轴流式压气机压缩空气的过程是在轴向运动而不是在径向进行的，所以采用轴流式压气机的发动机的直径，只需要保证空气能顺利通过就行了，这赋予了轴流式发动机较小的迎风面积和迎风阻力，虽然代价是发动机轴向长度的增加，但对于战斗机发动机来说，对径向尺寸永远是比对轴向尺寸更加敏感的。
在上个位面中，无论是德国的奥海因，还是英国的惠特尔一开始都是采用简单可靠的离心式压气机，但在后续发展中，两国的科学家却发生了分歧。
德国人很快就将精力转向了潜力更大的轴流式发动机，其成果就是，前者成为了世界上第一款实用化的喷气式战斗机，后者则在战后被法国人淘去，成了著名的“阿塔”系列发动机的原型。“阿塔”系列此后经过不断改良，得到的终极发展型号就是幻影*********（这才叫真正的改得连妈都不认识了，不过那个单转子结构倒是一直被保留，当然这也极大限制了幻影*********）。
而英国人则进一步挖掘离心式发动机的潜力，先是将采用离心式压气机的“德文特”发动机装上了自己的流星战斗机，然后又在此基础上发展出“尼恩”系列发动机。值得一提的是，“尼恩”发动机后来被英国人卖给了苏联，苏联将其改进仿制和改进后就得到了VK-1系列发动机，也就是米格*********。后来中国将VK-1-*********，这就是军迷们耳熟能详的涡喷-5发动机。
那么在压气机到底是用离心式还是轴流式的问题上，海伦娜又会如何选择呢？
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