每日科学/短信为航班小北
一些熟悉军事装备的朋友一定知道，航空发动机中存在一种称为"转子转"的现象，这意味着在设计中，航空发动机会将高压转子向与低压转子相反的方向旋转。在2月7日的第一条推文中，我们也讨论了它，感兴趣的朋友可以把它翻过来。在文本中，编辑指出，转子对并不是为了取消涡轮机前部导入指南。但仅限于篇幅，编辑没有解释两个问题：
除了减轻重量之外，高压和低压转子还有哪些好处？
既然高压和低压转子配对可以去除预涡轮机进口导轨，为什么很少有人这样做呢？
今天，让我们一个接一个地说出来。
高压和低压转子具有车削的优点
除了通过消除低压涡轮机前导轨来减轻重量外，高低压转子对旋转有两个显着的好处。
优点1：控制转子的陀螺仪力矩效应
所谓陀螺矩效应，就是当一个物体高速旋转时，它在方向方向上具有惯性，如果要改变一个物体的空间方向，就会受到来自旋转物体的反作用力。
物体在空间中高速移动的方向将保持不变
这意味着当飞机进行电动飞行时，它会迫使发动机中快速旋转的转子在太空中改变方向，使飞机承受一定量的反动扭矩。这种扭矩一方面会影响飞机的机动性，但更重要的是，这些额外的扭矩不利于发动机与平面连接等区域的强度。因此，当你看到一架飞机进行机动时，你可以想象发动机顽固地抵抗飞机的转弯并对其产生不利影响。
飞机正在进行机动飞行
两个转子可以相互抵消出陀螺仪的扭矩，从而在一定程度上降低陀螺仪转矩效应对发动机和飞机的不利影响，这是转子对转子的第一好处。
好处2：优化转子的振动
真正让航空发动机更倾向于使用转子对转子设计的，其实是第二个好处：就是从动态角度尽可能地缓解转子振动问题。
所谓转子振动，即当转子转速接近一定转速时，会产生一种称为"共振"的现象，使发动机必须停止工作，否则会对发动机造成不可逆转的损害和损坏。
发动机转子的共振
如果只有一个转子，那么转子的振动问题解决起来比较好，但是当高低压转子在像发动机一样小的空间里一起工作时，它们会相互作用，这意味着两个转子的振动绝对不像1×1×2那么简单， 但比一个转子的振动复杂得多。
与相同的旋转相反，当两个转子反向转动时，转子可以离共振点更远。影响的原理非常复杂，但你可以看到一个直观的结果。
在下图中，水平坐标是低压转子转速，纵坐标是高压转子转速，所以左半部分是高低压转子转速（相对旋转）的反义词，右半部分是相同的高低压转子转速（同向旋转）。在正常运行中，相应的高压和低压速度点都在灰色区域，那些彩色线绝对不可能接触到线。显然，当高压和低压转子转动时，安全区更大，发动机更稳定。
转子对谐振速度分布的影响
所以，以上两个原因都是高低压转子相对旋转的好处，远非"可取消低压汽轮机进气导轨"的一个好处。
拆除低压涡轮机进气导轨的成本是多少？
虽然去掉低压汽轮机进气导轨并不是高低压转子转子旋转的唯一好处，但毕竟也是一个好处，为什么不取消呢？其实，造成这种情况的原因也很简单：因为取消低压汽轮机进气导轨太难了！
高压涡轮叶片不做长
我们知道，在压缩机中，气流被压缩的体积越来越少，而在涡轮机中，气流越来越大的体积膨胀，这就是为什么我们一般看到航空发动机是"腰部小"的，因为燃烧室的前部气流体积越来越小，而且在燃烧室之后， 气流的体积越来越大。这种趋势反映在叶片的长度上，这意味着涡轮机中叶片的长度越低，长度就越长。
叶片的涡轮部分会越来越长
原来有进口导向叶片，也可以有一定程度的静态叶片过渡，所以高压涡轮叶片的长度可以设计得更短，但是如果要去掉进口导向叶片，第一个大问题是高压涡轮叶片要做很长的时间。
让我们以F136发动机和F110发动机为例，其中F136发动机没有低压涡轮进气引导叶片，而F110保留了这种结构，F136发动机与高压涡轮叶片长度之比为2.1，F110为1.25。
要知道，高压涡轮机转速非常高，温度非常高，可以说是整个发动机负载最差的位置，如果高压涡轮叶片变长，无疑非常不利于叶片寿命的强度，需要更先进的材料和设计技术来保持这种设计。因此，即使它像美国一样强大，它也没有完全解决问题。
涡轮机级冷却和密封怎么样？
此外，低压涡轮进气导轨叶片的作用不仅仅是调整气流方向。其实组件下面还有一个大结构，主要用于冷却和密封，一方面保证了汽轮盘的温度不会太高，另一方面防止高压气体在高压和低压汽轮机之间运行。
F119发动机低压涡轮进气导轨下的冷却和密封结构
如果移除了导入导轨，这些冷却和密封结构将放置在何处？您是否希望这些砝码随转子高速旋转？所以如果不解决这个问题，就不让低压汽轮机进口导轨，无法实现发动机的功能，这也是预汽轮机进口导轨没有取消的原因之一。
总结
高低压转子对转子的主要优点是显著提高了转子陀螺扭矩效应和转子振动特性，而且不消除汽轮机低压进气导轨，使原有的高低压转子变成相对转动，其实并不困难。
要去掉高压和低压转子之间的导轨，就要面对两个严重的问题，高压涡轮叶片长，涡轮机之间无处冷却/密封，而且没有足够的材料、设计技术，很难解决，即使美国至今还不能消除这些不良影响。
这就是为什么现在有这么多转子到转弯的航空发动机，但去除预涡轮进口导轨叶片的航空发动机数量几乎为0。