太行的这个致命设计失误真的存在吗？（上）
原创 郑击波 航空知识
中国的太行发动机是中国现役中的一款大推力、推重比8.0一级的军用涡扇发动机，但是这是我国第一次尝试设计生产这一级别的军用航空发动机，导致这款发动机一度出现了严重的可靠性问题，甚至于很多军迷都经历过那段“太行太不行”的黑暗时代。
↑我国的太行发动机↑
而如今，随着太行发动机的成熟和大量列装，也算是可堪大用。虽然我国在航空发动机方面跟西方发达国家还存在不小的差距、需要努力追赶，但是有一些关于太行的谣言也必须要破除。今天我们要说的，就是这么一个谣言：
太行发动机最大的设计失误，就是使用了转子对转技术但是却没有取消低压涡轮进口导向器，可见设计人员根本不懂设计发动机。
谣言的由来
首先，这个谣言中有不少专业术语，所以看起来义正辞严，让普通读者以为自己遇上了行家而更容易上当，所以我们先要解释一些专业名词以及这个谣言的由来。
如今的绝大部分涡扇发动机中，一般会有两根转子（当然，像英国罗罗公司喜欢搞三转子结构的涡扇发动机，这是另一个故事），这两根转子分别是我们常说的高压转子和低压转子。
如下图所示，就是一台典型的双转子涡扇发动机，其中紫色的部分就是高压转子，又称核心机转子，由中间的高压转子轴连接前方的高压压气机和后方的高压涡轮而成，而绿色部分就是低压转子，是由中间的低压转子轴连接前方的低压压气机和后方的低压涡轮而成。
↑典型双转子涡扇发动机↑
而所谓的低压涡轮进口导向器，就是高压转子的涡轮出口和低压转子的入口之间，需要额外安装的一排静子叶片和相关的结构（如下图所示）。
↑低压涡轮进口导向器↑
这个谣言本质上有正确的一面，那就是：确实只有当高低压转子对转的时候，我们才有可能取消这一级导向器，从而减轻发动机的重量。而在这个正确结论的基础上，谣言开始偷偷地偷换概念了。别着急，要想了解谣言的本质，我们还要讲明白转子转动方向和低压涡轮进口导向器之间的关系。
低压涡轮进口导向器是干什么的？
为什么要有在高低压涡轮之间安装这么个东西呢？我们知道，所谓涡轮，在发动机中的作用就是被燃气驱动转动，然后带动发动机前侧的压气机、风扇等组件运动的部件，而且想要燃气在推动涡轮转动的时候更有效率，要尽量使燃气在进出涡轮转子叶片的前后，切向速度变化越大越好。
↑涡轮转子结构↑
如下图所示，就是涡轮在运动过程中的气流流动示意图。其中，静止不动的就是静子叶片，而由上往下移动的是转子叶片。我们可以注意到：当气流刚刚进入转子叶片部分的时候，气流相对转子叶片是是向下运动的，但是等到离开转子叶片部分的时候，就已经是相对向上运动了。根据动量定理，正是因为气流在进出前后速度的改变，这才产生一个切向的推力，推动涡轮转动的。
↑涡轮中的气流流动↑
但是气流从转子喷射出来之后，方向已经发生了改变，所以在进入下一级涡轮转子部分之前，需要通过静子叶片，将气流的方向重新调转过来，而我们在上面这个动图中也可以看到这个过程：气流在进入静子部分之前还是相对静子向上，但是离开的时候已经变成相对向下运动了。
所以，高温燃气在离开高压涡轮、进入低压涡轮的这个过程中，如果高低/压涡轮旋转方向相同，那么就必须要一级静子叶片来调整气流的方向——这就是低压涡轮进口导向器，但是如果高/低压涡轮旋转方向相反，那么理论上就可以免去这一级用来调整气流方向的。
↑去掉低压涡轮进口导向器叶片的结构↑
而我们的太行发动机采用了高低压转子对转，但是还保留了低压涡轮进口导向器，所以就有人仿佛抓住了把柄，甚至于要理直气壮地说：这就是这些设计人员不懂设计，怎么能采用了高低压转子对转却不取消低压涡轮进口导向器呢？这就是最大的设计失误！
这个谣言的问题在哪儿？
那刚刚说了这么多，都是在说明对转转子可以不用低压涡轮进口导向器、从而使发动机减重，那么用了对转转子却不取消低压涡轮进口导向器，难道不是设计失误吗？
这个谣言最迷惑人的地方就在这里，它把“转子对转的优点”偷换成了“转子对转设计的目的”，从而带来了“设计目的没有达到”的假象。
我们打个比方，大家就可以一下子理解了：
现在在一些大房子里面，有些人喜欢专门挑出来一间房间来布置一个独立的家庭影院。显然，如果你家的面积太小，设计这么一个家庭影院几乎不可能，所以建一个私人家庭影院是只有那些有大房子的人才能够实现的。
↑豪华的私人家庭影院↑
有一天，你买了一间大房子住了进去，但是突然之间来了一个人，直接就说：你买了大房子却不装私人家庭影院，那你买他干嘛？可见你根本不懂买房子！
献礼歼20首飞十年
“中国空天利器”2021年周历
现货发售
歼20 中国空天利器
2021年周历
《航空知识》特别策划，献礼歼20首飞十年
53张大图全面梳理威龙首飞以来的精彩瞬间
特种纸张印刷质感满满，每页均设书区区域
精美函套包装、塑封，收藏馈赠的不二之选
现在订购即赠“歼20创意冰箱贴/开瓶器”
点击此处 立即订购
其实这个时候你是很委屈的：我买大房子是因为我家人多、我喜欢宽敞的地方、我想要一个更大的书房、我想要一个更大的客厅。确实，如果有一个家庭影院当然更好，但是电视、音响、隔音，要花很多钱的，我没有那么多钱，所以我就没有装，你怎么能说我不懂呢？
READING
谣言本质在哪儿？
认为对转转子的好处只有“取消低压涡轮进口导向器”这么一个好处，只要没有做到这一点，转子采用对转方式就是白瞎了；
认为取消低压涡轮进口导向器只有好处、没有代价，你不这么干是因为你傻。而事实上，你是在权衡利弊之后决定不这么做的。
如果这么说还是没有说服力，那我们直接出杀手锏吧：目前大量投入使用的军用发动机中，最先进的应该就是普惠公司的F119和F135涡扇发动机了，他们分别是F22和F35的动力。这两台发动机的高低压转子就是对转的，但是他们都保留了低压涡轮进口导向器。你能说F119和F135的设计师不懂航空发动机设计吗？
↑F119发动机低压涡轮进口导向器↑
↑F135发动机低压涡轮进口导向器↑
下集预告
至此，这个谣言算是破除了，发动机转子对转并不是为了削减低压涡轮进口导向器，所以太行发动机保留低压涡轮进口导向器不是什么设计失误。
但是，我们还是没有解释清楚这个谣言剩余的部分：高低压转子对转除了减重之外，到底有什么好处？想要取消低压涡轮进口导向器为什么就那么难呢？别着急，我们下回接着说。
风上风云｜云端故事
原标题：《太行的这个致命设计失误真的存在吗？（上）》
阅读原文