涡轮压缩机阀芯几何形状

为什么轴流压缩机总是变窄，涡轮机总是朝后方加宽？据我所知：

• 空气声速随温度升高，因此在通过压缩机（涡轮机）时会增加（减少）。
• 每个阶段的压缩机和涡轮叶片应该在恰好低于当地声速（更准确地说是临界马赫数）的情况下与空气相遇。
• 给定卷轴的所有级的旋转速度是恒定的。
• 空气流动的横截面是 $\pi(r_e^2-r_i^2)$，哪里 $r_e$ 和 $r_i$ 分别是外部和内部半径。

那么压缩机不应该加宽，涡轮机会向后缩小，内部变化多于外部？涡轮机不应该比它们驱动的压缩机大得多（约2倍）吗？

您显然可以看到民用引擎看起来不像这样：

RR Trent 1000（由航空公司提供）

GE GEnX（图片由www.mikejamesmedia.com提供）

在我的分析中，我没有考虑或者考虑过多的东西？

请注意，设计中存在多个物理约束。与涡轮轴发动机不同，在涡轮风扇中，涡轮机阀芯的扭矩必须与其相关的压缩机阀芯的扭矩相匹配。此外，两个卷轴上的轴向载荷必须在很大程度上抵消，因为推力轴承在这种环境中是一种痛苦。平衡这些要求会严重影响两个线轴的相对尺寸。

接下来，你有整体管理尖端损失的问题。尖端损失占机器空气动力学损失的1/3。低轮毂比设计使尖端损失最小化。更好的尖端设计允许更高效的级联和更大的轮毂比，但您仍然需要一个适用于整个阀芯的间隙。这倾向于限制轮毂比在单个线轴的各级上变化的程度。

而且您还希望最大限度地减少需要冷却的任何物体的表面积。冷却的东西会影响效率。

压缩机正在压缩气体，因此相同量的空气（基于质量或摩尔）占据较小的体积。如果目标是保持速度大致恒定，则横截面积必须变小。

气体发生器不按照我提出的方式设计的最可能的解释是因为它们是围绕恒定的空气速度设计的，而不是马赫数。
也许，在当前的压缩机（涡轮）级中，转子（定子）加速空气过多而定子（转子）减速，因此外半径减小（增加）以补偿并保持下一阶段的相对空气速度不变。