Ανάπτυξη της Τεχνολογίας Αεροπορικών Ατμοστροβίλων

Η τεχνολογία των αεροσκαφών, που επηρεάζεται από πολιτικούς, στρατιωτικούς και οικονομικούς παράγοντες, εξελίσσεται ταχύτερα από εκείνη των αεριοστροβιλών. Οι αεριοστροβίλοι και οι κινητήρες αεροσκαφών έχουν ένα ευρύ φάσμα τεχνικών κοινωνιών και μπορούν να μοιραστούν σε συστήματα σχεδιασμού, συστήματα κατασκευής, συστήματα ταλέντων και συστήματα δοκιμών. Ως εκ τούτου, με βάση την τεράστια ζήτηση της αγοράς και τα προφανή πλεονεκτήματα εφαρμογής των αεριοστροβιλών, έχει γίνει κοινή γνώμη στον κλάδο για την ανάπτυξη αεριοστροβιλών με βάση υψηλής απόδοσης, ώριμους κινητήρες αεροσκαφών και προηγμένες βιομηχανικές τεχνολογ Υπάρχουν δύο τρόποι μεταφοράς της τεχνολογίας κινητήρων αεροσκαφών σε αεριοστροβίλους, όπως φαίνεται στο σχήμα 1: ο ένας είναι η άμεση τροποποίηση και παράγωγή ώριμων κινητήρων αεροσκαφών για να σχηματιστούν αεριοστροβίλοι αεροπροϊόντων. Ο άλλος είναι η μεταμόσχευση της

Ιστορία ανάπτυξης αεριογενών αεριοστροβίλων

Με την παράλληλη ανάπτυξη της τεχνολογίας αεροναυπηγικών κινητήρων και την εφαρμογή προηγμένων κυκλικών τεχνολογιών, ο τεχνικός αναπτυξιακός διαδικασμός των παραγωγών αερο-προελαύνουσαν αεριθμητών κινητήρων έχει διανύσει τη στάδιο της τεχνολογικής εξερεύνησης, τη στάδιο της τεχνολογικής ανάπτυξης και τη στάδιο της εφαρμογής προηγμένων κυκλών, επιτυγχάνοντας την ανάπτυξη των αερο-προελαύνουσαν αεριθμητών κινητήρων από απλή τροποποίηση σε υψηλής απόδοσης σχεδιασμό πυρηνικού κινητήρα, από απλό κύκλο σε περίπλοκη εφαρμογή κύκλου, και από τη μετάδοση του εξελιγμένου συστήματος σχεδιασμού και του συστήματος υλικών των αεροναυπηγικών κινητήρων στον σχεδιασμό νέων συστατικών και την εφαρμογή νέων υλικών, πράγμα που έχει επιτρέψει στο επίπεδο σχεδιασμού, την απόδοση, την αξιοπιστία και τη ζωή των αερο-προελαύνουσαν αεριθμητών κινητήρων να επιτύχουν σημαντική ανάπτυξη.

Στάδιο τεχνολογικής εξερεύνησης

Το 1943, επιτυγχάνεται η εξέλιξη του πρώτου στροβίλου φωτικού αέρα παγκοσμίως. Μετά από αυτό, οι Rolls-Royce, GE και Pratt & Whitney σχεδιάστηκαν το πρώτο κύμα στροβίλων φωτικού αέρα με βάση τροποποιήσεις ωριμών αεροπλανικών κινητήρων, περιλαμβανομένων των βιομηχανικών Avon, βιομηχανικών Olympus, Spey στροβίλων φωτικού αέρα, LM1500 και FT4. Κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης, η τεχνολογία των στροβίλων φωτικού αέρα βρισκόταν στην περίοδο εξερεύνησης. Η δομή κληρονόμησε άμεσα τον πυρήνα του αεροπλανικού κινητήρα και η έξιση δύναμης επιτυγχάνονταν με την εγκατάσταση ενός κατάλληλου δυναμικού στροβίλου. Το σύνολο των επιδόσεων της μηχανής δεν ήταν υψηλή και η κυκλική απόδοση ήταν γενικά λιγότερη του 30%. Η αρχική θερμοκρασία πριν τον στρόβιλο ήταν λιγότερη του 1000 ℃ , και το όγκο πίεσης ήταν 4 με 10, ο συμπιέστης ήταν γενικά υποφωνικός, τα φύλλα του τουρμπίνα χρησιμοποιούσαν απλή τεχνολογία ψύξης με αέρα, το υλικό που χρησιμοποιήθηκε ήταν το αρχικό υψηλότερης θερμοκρασίας σύνθετο μετάλλευμα, το σύστημα ελέγχου γενικά χρησιμοποιούσε ένα μηχανικό υδραυλικό ή αναλογικό ηλεκτρονικό σύστημα προσαρμογής.

Στάδιο Ανάπτυξης Τεχνολογίας

Με την επίκαιρη εφαρμογή αεροσυστημάτων, παρέχονται υψηλότερες επιδόσεις και αξιόπιστες μητρικές μηχανές, καθώς και προηγμένες τεχνολογίες σχεδιασμού για την γρήγορη ανάπτυξη των παραγωγών αεριών κινητήρων. Επίσης, η ζήτηση για προηγμένους κινητήρες παραγωγών αερίων από τις ναυτιλιακές δυνάμεις του Ηνωμένου Βασιλείου, των Ηνωμένων Πολιτειών και άλλων χωρών έχει παρέχει ευρύ πεδίο εφαρμογής, που έχει επιτρέψει τη γρήγορη ανάπτυξη και την σημαντική βελτίωση των επιδόσεων των κινητήρων παραγωγών αερίων.Έχει εκπονηθεί μια σειρά κινητήρων παραγωγών αερίων με καλή επίδοση και υψηλή αξιοπιστία, όπως η σειρά LM2500, ο βιομηχανικός Trent, ο FT4000 και ο MT30, οι οποίοι χρησιμοποιούνται ευρέως στα πεδία της ναυτιλιακής δύναμης και της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας.

Τα κινητήρια μέρη των αεροπορικών παράγωγων αεροσυμπιεστικών στάδιου τεχνολογικής ανάπτυξης χρησιμοποιούν γενικά υπερσύνθετα και προστατευτικές καλύψεις για να βελτιώσουν την αντοχή στη θερμοκρασία, και εφαρμόζουν προηγμένη τεχνολογία αεριού ψύξης και τεχνολογία καύσης με χαμηλή ρύπανση. Η αρχική θερμοκρασία πριν από τον τουρβινοφόρο φτάνει στα 1400 ° C, η δύναμη μπορεί να φτάσει στα 40-50MW, η θερμική απόδοση μιας μονάδας υπερβαίνει το 40%, και η απόδοση συνδυασμένου κύκλου μπορεί να φτάσει στα 60%. Χρησιμοποιείται ένα ψηφιακό ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου, και η ακρίβεια ελέγχου και οι επιδόσεις ελέγχου βελτιώνονται σημαντικά.

Εφαρμόζουν προηγμένους κύκλους

Καθώς οι απαιτήσεις για υψηλή επίδοση των αεροπορικών παράγωγων αεριούχων κινητήρων, ειδικά στην κατανάλωση καυσίμου, την εξόδουσα δύναμη και άλλες δείξεις, αυξάνονται, οι προηγμένες κύκλοι αεροπορικών παράγωγων αεριούχων κινητήρων έχουν εξασφαλίσει ευρεία εφαρμογή στη μηχανική πρακτικότητα. Η προσθήκη ενός κύκλου ψύξης μεταξύ (intercooling) ή ενός κύκλου ανάκτησης θερμότητας μεταξύ βάσει του θερμοκυκλικού κύκλου του αεριούχου κινητήρα μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την εξόδουσα δύναμη και την επίδοση σε χαμηλές λειτουργικές συνθήκες του αεροπορικού παράγωγου αεριού κινητήρα. Για παράδειγμα, το επίπεδο δυνάμης του LMS100 με ψύξη μεταξύ φτάνει στα 100 MW και η αποδοτικότητα φθάνει ως το 46%. Η θερμική αποδοτικότητα του WR21 με ψύξη και ανάκτηση θερμότητας σε χαμηλές λειτουργικές συνθήκες είναι πολύ υψηλότερη από εκείνη ενός απλού κύκλου αεριούχου κινητήρα. Ως δύναμη για πλοία, βελτιώνει σημαντικά την οικονομικότητα και την αλεξιπτωτική ακτινότητα του πλοίου.

Η εξαγωγή δύναμης προηγμένων κύκλων αεροπορικών ηλεκτροπαραγωγών με χρήση διαθερμανόμενων κύκλων ή κύκλων ανάκτησης θερμαλείας έχει αυξηθεί σημαντικά, ενώ η θερμική απόδοση σε όλες τις συνθήκες λειτουργίας έχει βελτιωθεί. Για παράδειγμα, ο επίπεδος δύναμης μπορεί να φτάσει τα 100MW, και η θερμική απόδοση στο σημείο σχεδιασμού είναι ως ελάχιστο 46%. Η απόδοση σε χαμηλότερες φορτίες έχει βελτιωθεί σημαντικά, με θερμική απόδοση που μπορεί να φτάσει το 40% υπό φορτίο 50%. Η διαθέρμανση μειώνει την συγκεκριμένη δύναμη του υψηλής πίεσης συμπιεστή, και το σχεδιασμένο λόγος πίεσης για όλη τη μηχανή μπορεί να φτάσει πάνω από 40.

Μοντέλο ανάπτυξης τεχνολογίας

Εξετάζοντας την ιστορία ανάπτυξης, οι αεροπορικές παράγωγες αεριού ενεργειακών κινητήρων έχουν τεχνολογικά μοντέλα ανάπτυξης όπως η ανάπτυξη γενεαλογιών, η αλληλουσιώδης ανάπτυξη, η χρήση προηγμένων κυκλικών τεχνολογιών και η εφαρμογή κοινοβάθμισης.

Ανάπτυξη γενεαλογιών

Η γενεαλογική ανάπτυξη είναι η ανάπτυξη αεριούς τύρβινων διαφόρων τύπων και επιπέδων δύναμης με βάση τον ίδιο αεροπορικό κινητήρα, που αντικατοπτρίζει πλήρως τις ιδιότητες των αεροπορικών παραγώγων αεριούς τύρβινων: «ένα μηχάνημα ως βάση, πληρούντας πολλά χρήσιμα, εξοικονομώντας κύκλους, μειώνοντας τις επιχορηγήσεις, παράγοντας πολλά τύπους, και σχηματίζοντας ένα φάσμα.»

Παραλληλίζοντας τον αεροπορικό κινητήρα CF6-80C2, η αεριούς τύρμπινα LM6000 χρησιμοποιεί άμεσα τον κεντρικό κινητήρα του CF6-80C2 και διατηρεί τη μέγιστη πολυσποριά της χαμηλής πίεσηςς τύρμπινας· η LMS100 κληρονομεί την τεχνολογία του κεντρικού κινητήρα του CF6-80C2, συνδυάζει την τεχνολογία των βαρύων αεριούς τύρμπινων της κλάσης F και την τεχνολογία μεταψύξεως, και έχει δύναμη 100MW· η MS9001G/H υιοθετεί πλήρως την εξελιγμένη τεχνολογία του αεροπορικού κινητήρα CF6-80C2, και μέσω της συνδυασμένης τεχνολογίας βαρύων αεριούς τύρμπινων, η θερμοκρασία πριν την τύρμπινα αυξάνεται από 1287 ℃ της κλάσης F σε 1430 ℃ , και η δύναμη φτάνει στα 282MW. Η επιτυχής ανάπτυξη των τριών τύπων αεριοστρόβιλων έχει επιτρέψει την αεροναυπηγική ανάπτυξη του κινητήρα αεροπλάνου CF6-80C2 να επιτύχει "ένα μηχάνημα με πολλούς τύπους, αναπτύσσοντας αεριοστρόβιλους διαφόρων τύπων και δυνάμεων".

Ανάπτυξη σε σειρές

Η σειρική ανάπτυξη είναι να αναβαθμίζεται και βελτιώνεται συνεχώς, να βελτιώνει την απόδοση και να μειώνει τις εκπομπές στη βάση ενός επιτυχούς αεριού τουρμπινού, ώστε να επιτευχθεί η σειρική ανάπτυξη των παραγώγων αεριού τουρμπινού, μεταξύ των οποίων η σειρά LM2500 είναι η πιο τυπική, όπως φαίνεται στον Κύκλο 2. Η αεριού τουρμπίνα LM2500 χρησιμοποιεί τον κεντρικό κινητήρα του μητρικού κινητήρα TF39/CF6-6 και αλλάζει τον χαμηλής πίεσης τουρμπίνα του μητρικού κινητήρα σε δύναμη τουρμπίνα. Η αεριού τουρμπίνα LM2500+ προσθέτει ένα στάδιο μπροστά από τον συμπιεστή της αεριού τουρμπίνας LM2500, ώστε να βελτιωθεί ο ρεύματα αέρα και η εξωτερική δύναμη. Η LM2500+G4 αυξάνει τον ρεύματα αέρα της τουρμπίνας βελτιώνοντας το προφίλ των φύλλων του συμπιεστή και αυξάνοντας την επιφάνεια της γλωσσίδας της τουρμπίνας στη βάση της LM2500+, ώστε να επιτευχθεί το σκοπός συνεχούς βελτίωσης της εξωτερικής δύναμης. Με τη σειρική ανάπτυξη της LM2500, το προϊόν αναβαθμίζεται και βελτιώνεται συνεχώς, με εύρος δύναμης από 20 μέχρι 35MW, και το πλήθος των συσκευών παγκοσμίως υπερβαίνει τις 1.000 μονάδες, κάνοντάς τη να είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο μοντέλο μέχρι σήμερα.

Λόγω της δυσκολίας στην ανάπτυξη και παραγωγή, η σειριακή ανάπτυξη με βάση την επιτυχημένη αεριού πυρηνική τουρβίνα είναι ένας σημαντικός τεχνικός τρόπος ανάπτυξης για τις αεριού πυρηνικές τουρβίνες παράγωγες, ο οποίος αναβαθμίζει και βελτιώνει συνεχώς, βελτιώνοντας τις επιδόσεις και μειώνοντας τις εκπομπές. Η σειριακή ανάπτυξη των παράγωγων αεριού πυρηνικών τουρβινών είναι παρόμοια με την οικογενειακή ανάπτυξη, η οποία μπορεί να συντόμευσει τον κύκλο ανάπτυξης, αλλά και να εγγυηθεί καλύτερη αξιοπιστία και προοδευτικότητα, καθώς και να μειώσει σημαντικά τις δαπάνες σχεδιασμού, ανάπτυξης, δοκιμών και παραγωγής.

Αποτελεσματικότητα

Ο στόχος της βελτίωσης της αποδοσης είναι να βελτιώνει συνεχώς τις επιδόσεις της ολικής μηχανής, ειδικά την εξαγωγική δύναμη της ολικής μηχανής και τη θερμική αποδοση σε όλες τις λειτουργικές συνθήκες. Οι κύριοι τρόποι είναι οι εξής.

Ένα είναι η εφαρμογή πιο προηγμένων κύκλων. Η εφαρμογή πιο προηγμένων κύκλων μπορεί να βελτιώσει συνεχώς την απόδοση των αεροπροελικών τουρβινών, όπως ο κύκλος επανεξοθερμάνσης, ο κύκλος επανεισαγωγής ατμού, ο κύκλος χημικής ανακύκλωσης, ο κύκλος βρώμικης ατμόσφαιρας, ο κύκλος σειράς μορφής βρώμικης ατμόσφαιρας προηγμένης τουρβίνας και ο κύκλος Kalina κλπ. Μετά την εφαρμογή των πιο προηγμένων κύκλων, δεν μετριάζει μόνο η απόδοση της μονάδας αεροπροελικής τουρμπίνας, αλλά και η δύναμη και η θερμική απόδοση της ολόκληρης της μονάδας βελτιώνεται σημαντικά, και οι εκπομπές μονοξειδίου του ήλιου μειώνονται σημαντικά.

Ο δεύτερος είναι η σχεδιασμός υψηλής αποδοσης των συστατικών. Ο σχεδιασμός υψηλής αποδοσης των συστατικών επικεντρώνεται στον σχεδιασμό υψηλής αποδοσης συμπιέστη και στον σχεδιασμό υψηλής αποδοσης τουρβίνας. Ο σχεδιασμός υψηλής αποδοσης συμπιέστη θα συνεχίσει να ξεπεράσει τις τεχνικές δυσκολίες υψηλής ταχύτητας και υψηλής αποδοσης, καθώς και χαμηλής ταχύτητας και υψηλής ορίου παρεξάρθρωσης με τις οποίες αντιμετωπίζουν οι συμπιέστες. Όπως εμφανίζεται στον Κύκλο 3, ο σχεδιασμός των τουρβίνων θα συνεχίσει να αναπτύσσεται προς την κατεύθυνση της υψηλής αποδοσης, της αντοχής σε υψηλές θερμοκρασίες και μεγάλης διάρκειας ζωής.

Το τρίτο είναι η σχεδιασμός αποδοτικών αερικών συστημάτων. Οι κατευθύνσεις τεχνικής ανάπτυξης για αποδοτικά αερικά συστήματα περιλαμβάνουν την ανάπτυξη χαμηλής εξαγωγής, φιλικών με την ιζή, και αποδοτικών τεχνολογιών κλεισιμάτων, όπως κλεισιμάτα μελισσόειδους δομής, λεπτών φύλλων, πινέλων και συνδυασμένων κλεισιμάτων· τεχνολογίες αποδοτικής μείωσης της σύρριψης για τη βελτίωση της απόδοσης της ροής αέρα, όπως ο σχεδιασμός μείωσης της σύρριψης και ο ελεγχόμενος σχεδιασμός για αποτελεσματική ροή· προηγμένες τεχνολογίες προ-σύρριψης για να βελτιωθεί περαιτέρω η αποτελεσματικότητα της προ-σύρριψης, όπως ο σχεδιασμός αεροδυναμικών τρυπών προ-σύρριψης και ο σχεδιασμός κασκάδας τρυπών προ-σύρριψης· και μέθοδοι ανάλυσης ποσοτικοποίησης της αβεβαιότητας που μπορούν να βελτιώσουν την αντοχή και την αξιοπιστία των αερικών συστημάτων κλπ.

Συμπέρασμα

Οι αεροπορικές παράγωγοι αεριθμητικοί κινητήρες χρησιμοποιούνται ευρέως στην ισχύ πλοίων, ηλεκτρική ενέργεια, μηχανική μεταφορά, εξωθαλάσσιες πλατφόρμες για λαϊκά υδρογονά, δύναμη τανκών και κατανεμημένη ενέργεια, λόγω του ευρείου εύρους δυνάμεως, υψηλής θερμικής απόδοσης, καλής αντανάκλασης, μεγάλης ζωής και υψηλής αξιοπιστίας. Με την γρήγορη ανάπτυξη της τεχνολογίας αεροπορικών κινητήρων και τη συνεχή εφαρμογή νέων σχεδίων και τεχνολογιών, οι αεροπορικές παράγωγοι αεριθμητικοί κινητήρες θα αναπτύξουν γρήγορα στην κατεύθυνση υψηλής απόδοσης, χαμηλού καρβονιού, νέας ποιότητας και ψηφιακής νοηματικότητας. Η σχεδιασμός και η τεχνολογία κατασκευής των αεροπορικών παραγώγων αεριθμητικών κινητήρων θα κάνουν επίσης μεγάλη πρόοδο, βελτιώνοντας σταδιακά σε όρους οικονομικότητας, χαμηλών εκπομπών μολύνσεων, αξιοπιστίας και διατριβής, και οι προοπτικές εφαρμογής θα είναι αναμφισβήτητα ευρύτερες.