航空發動機作爲飛機的心髒，其穩定性和可靠性對飛行安全至關重要。在航空領域，有一種被稱爲“喘振”的現象，它被視爲航空發動機的一種“病”，需要特別關注和防範。那麽，什麽是喘振？它是如何産生的？又會帶來哪些危害？我們又該如何避免喘振的發生呢？今天，我們就來聊一聊航空發動機喘振。

什麽是喘振？

在人體生理現象中，“喘”在大多情況下是急促的、大口的呼吸，常伴隨“咳”，指隨機強烈的呼氣導致的聲帶振動發聲，持續咳嗽引起的全身性不適，想必很多人深有體會。

不管是“咳”還是“喘”，一定是負責進氣的器官出了問題，發動機喘振也是一樣

而喘振是發動機的一種不正常的工作狀態，在發動機運轉過程中，“喘”是指進氣部件出現了問題，導致了“咳”，也就是氣流的振蕩。所以“喘振”是指由于進氣不足，在發動機進氣部件上産生並蔓延到整個發動機上的一種劇烈振蕩現象。

喘振的産生過程及原因

發動機形成推力需要加入一個空氣增壓裝置，也就是壓氣機。壓氣機由很多級組成，每一級有兩排葉片，第一排葉片是旋轉的，負責給氣流加速，把氣流吸過來，讓它們能流入第二排固定葉片（也稱“靜子”），固定葉片負責壓縮氣流，給它們增壓，後面又是下一級的旋轉葉片，氣流就這樣通過逐級增壓，最後能被壓縮成比進口處氣壓高20多倍的高壓。

因此，由于壓氣機葉片“逼得太緊”，空氣在壓氣機裏面流動，時刻都頂著巨大的壓力。當空氣穩定進入壓氣機時，空氣在動、靜葉間，像一輛前行的“公交車”，每站都在不停地上人，一級一級的持續加壓。一旦發生空氣流量突然減少的情況，發動機內部就會形成一股“神秘力量”——壓力差。在壓力差的影響下，空氣不由自主地前後湧動，由正常的“前浪推後浪”轉變爲“前浪後浪交替循環”，將導致發動機一陣陣“咳嗽”，同時還會引起巨大的振動，這就是航空發動機的“喘振”。

導致發動機出現喘振的因素主要有以下幾點：

氣流速度和壓力：

當壓氣機進口的氣流速度或壓力低于某個臨界值時，氣流可能會在葉片上發生分離，導致壓縮效率急劇下降。

發動機轉速：

發動機在低轉速下工作時，壓氣機的壓縮能力降低，更容易發生喘振。

飛行條件：

飛機在低速飛行、大迎角或突然減速時，進入發動機的氣流可能會受到擾動，增加喘振的風險。

葉片設計和制造：

壓氣機葉片的設計和制造質量也會影響其抗喘振能力。葉片形狀、角度和表面粗糙度等都會影響氣流的穩定性。

如何避免喘振？

發動機喘振對飛機的危害是很大的，當喘振發生時，發動機的聲音會變得低沉、震動加劇、推力將下降且不穩定、排氣溫度過高造成超溫、嚴重時甚至導致發動機熄火停車。因此爲了避免喘振的發生，需要采用相應的措施，常用的防喘措施主要有三種：壓氣機中間級放氣；可調導向葉片和整流葉片；雙轉子或三轉子。

中間級放氣是一種針對壓氣機中間級葉片的特殊設計。它的原理是通過在中間級葉輪之間設置放氣口，將部分空氣從葉輪間放出，以減少氣流的壓力不均勻性，從而防止喘振的發生。具體來說，當空氣流經中間級葉輪時，由于葉片的形狀和空氣流動的特性，可能會在葉片之間形成高壓區和低壓區。這種壓力不均勻可能會導致葉輪振動，進而引發喘振現象。通過設置放氣口，部分空氣可以從高壓區流出，使得葉輪之間的壓力更加均勻，減少振動的發生。這樣就能夠有效地防止喘振現象的發生，提高發動機的穩定性和可靠性。

級間放氣

可調導向器葉片和整流葉片防喘原理則是，通過調節葉片角度，讓葉片去主動適應氣流流動方向的變化，始終保持流動通道暢通。將壓氣機設計成多轉子形式，則是通過調節葉片的轉速來改變出口的氣流運動相對速度和方向，從而糾正走錯路線的氣流，防止喘振發生。

雙轉子示意圖及速度三角形

總而言之，喘振問題僅僅是發動機研制時要面對的諸多問題之一，一款經受住考驗的大推力軍用發動機從立項研制到最終成熟往往需要十幾年甚至幾十年的時間，帶動的是從材料到工藝等基礎學科和技術的全面發展，燃燒的是一代甚至幾代科研人員的青春和熱血。隨著航空技術的不斷進步，我們有理由相信，未來航空發動機將更加安全可靠，喘振這一“病症”也將得到更有效的控制和治療。