航空燃气涡轮发机涡轮新技术
航空燃气涡轮发动机概述
航空燃气涡轮发动机概述航空燃气涡轮发动机是现代航空工业中最重要的动力装置之一、它具有高效率、高功率密度和高可靠性等优点,被广泛应用于各类飞机中。
本文将概述航空燃气涡轮发动机的工作原理、结构组成、分类、性能指标以及未来发展方向等内容。
航空燃气涡轮发动机的工作原理基于燃烧室内的燃气推动涡轮。
它由压气机、燃烧室和涡轮组成。
首先,压气机将空气压缩,提高其温度和压力。
然后,压缩空气进入燃烧室,与燃料混合并燃烧,产生高温高压的燃气。
最后,高压燃气通过涡轮使其旋转,产生推力,并从尾喷管排出。
可见,航空燃气涡轮发动机的工作原理是通过涡轮驱动压气机,提供压缩空气并将其推向尾喷管。
航空燃气涡轮发动机的结构组成包括压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管和附属系统等。
压气机主要通过叶片的旋转将空气压缩,提高其温度和压力。
燃烧室用于将燃料与压缩空气混合并燃烧,产生高温高压的燃气。
涡轮通过燃气的膨胀驱动压气机,使其继续工作,并产生推力。
尾喷管用于将高压燃气排出,并产生反作用力。
附属系统包括供油系统、冷却系统和控制系统等,用于保证发动机的正常运行。
航空燃气涡轮发动机可以根据压气机的工作循环分类为单转子和双转子发动机。
单转子发动机只有一个压气机和一个涡轮,如连杆式发动机。
双转子发动机具有两个对称的压气机和涡轮,如军用飞机上常用的分段式发动机。
根据尾喷管的形式,航空燃气涡轮发动机还可分为直喷式和径向喷管式。
航空燃气涡轮发动机的性能指标主要包括推力、燃油消耗率、比功率、绕程推力比和起动性能等。
推力是发动机提供的推动力量,决定飞机的加速能力和最大速度。
燃油消耗率是单位推力下消耗的燃油量,直接影响飞机的航程和经济性。
比功率是单位发动机质量下产生的推力,用于衡量发动机的功率密度。
绕程推力比是发动机在巡航状态下产生的推力与起飞推力的比值,用于衡量发动机的高空巡航性能。
起动性能包括发动机的起动时间和起动能力,在冷启动和热启动时对飞机的起飞和复飞具有重要影响。
航空航天器燃气涡轮发动机设计与性能优化
航空航天器燃气涡轮发动机设计与性能优化引言:航空航天器的设计与性能优化是航空工程中不可或缺的重要环节。
燃气涡轮发动机作为航空航天器的核心动力设备,直接影响飞行性能与安全。
本文将探讨航空航天器燃气涡轮发动机的设计原理,并深入研究性能优化的方法,以期提高航空器的性能与效率,并满足航空工程的实际需求。
一、燃气涡轮发动机的设计原理1.1 燃气涡轮发动机的基本组成燃气涡轮发动机由压气机、燃烧室和涡轮组成。
压气机负责压缩空气以提高燃烧效率,燃烧室将燃料与压缩空气混合并燃烧产生高温高压气体,涡轮则利用高温高压气体的冲击力驱动涡轮叶片旋转,带动压气机和燃烧室运转。
1.2 燃气涡轮发动机的工作原理燃气涡轮发动机利用燃烧产生的高温高压气体驱动涡轮叶片旋转,将机械能转化为压气机和燃烧室的工作能量。
通过连续的循环过程,实现空气的压缩、燃烧和排气,产生动力推动航空器飞行。
二、燃气涡轮发动机性能优化方法2.1 气动设计的优化气动设计是燃气涡轮发动机性能优化的核心内容之一。
通过优化压气机和涡轮的各个组成部分,可以提高气流的流动性和温度分布,进而提高发动机效率。
2.2 材料技术的改进材料技术的不断提高和创新对于燃气涡轮发动机的性能优化具有重要的影响。
使用高温合金和陶瓷等耐高温材料,可以提高涡轮叶片的耐高温性能,从而进一步提高发动机的热效率。
2.3 燃烧技术的创新燃烧技术的创新是提高燃气涡轮发动机性能的关键之一。
通过优化燃烧室的结构设计和燃料的喷射方式,可以实现更加完全的燃烧和更高的热效率,从而提高发动机的性能。
2.4 冷却技术的改进冷却技术的改进有助于提高燃气涡轮发动机的工作效率。
通过冷却涡轮叶片和燃烧室,可以降低材料受热程度,减少热应力对叶片的破坏,从而延长发动机的使用寿命。
2.5 系统设计的优化燃气涡轮发动机的系统设计是对整个发动机性能进行综合考虑的过程。
通过优化系统的各个部分之间的协调和配合,实现优化效果的最大化。
三、燃气涡轮发动机性能优化效果与应用3.1 提高发动机效率与性能通过燃气涡轮发动机性能优化,可以进一步提高发动机的效率和性能。
飞机推进器的原理和技术分析
飞机推进器的原理和技术分析飞机是现代最主要的交通工具之一,其快速、高效的运输方式将人们带到了远离故乡的地方。
飞机的推进器是飞机的关键部件,是保证飞机运行的必要组成部分。
推进器的性能直接关系到飞机的速度、升限、载重量等因素,因而对于现代飞机制造业来说是最具挑战性和最关键的技术之一。
本文将就飞机推进器的原理和技术进行深入的探讨和分析。
一、飞机推进器的种类和原理飞机的推进器一般可以分为两种:喷气式推进器和螺旋桨式推进器。
喷气式推进器是使用燃油和压缩空气进行燃烧,从而产生高速的气流使飞机进行推进的一种推进器。
螺旋桨式推进器则是利用螺旋桨产生的推力推动高速飞行的一种推进器。
喷气式推进器的主要原理是利用高压燃气通过喷丝产生高速气流,以推动飞机,具有推进力大、速度快、维护成本较高的优势。
而螺旋桨式推进器则是利用螺旋桨叶片的旋转,将空气向后推使飞机前进。
螺旋桨式推进器具有推进力控制性好、耐久性高、空气流动性较好的优势。
不同种类的飞机推进器都有其独特的应用场景。
一般来说,大型客机多采用喷气式推进器,而小型客机则更多地采用螺旋桨式推进器。
二、飞机推进器的关键部件飞机推进器由以下关键部件组成:发动机、涡轮、进气口、喷气口、推力向量调整器和喘振测量仪等。
(一)发动机:飞机推进器的发动机中,最重要的部分就是燃烧室。
燃烧室用于完成燃烧,将燃料和氧气混合燃烧产生燃气,这些燃气将在推进器中产生巨大的推力,使飞机得以向前飞行。
(二)涡轮:涡轮是借助燃气经过内部涡轮的旋转产生动力的部件。
它是推进器中产生高速气流的重要组成部分,并在飞机推进器中发挥了至关重要的作用。
(三)进气口:进气口是指飞机推进器中获取高压空气的重要部分。
进口闸门的开启和关闭、进口角度的调整都会影响到飞机推进器的运行效果。
(四)喷气口:喷气口是把燃烧室中高温、高压、高速的燃气喷出飞机外部的口。
喷气口的尺寸和角度可以影响推进器的喷出速度和方向等关键因素。
(五)推力向量调整器:推力向量调整器是指可以改变推力方向或大小的组件。
燃气涡轮发动机工作原理
燃气涡轮发动机工作原理
燃气涡轮发动机是一种常见的航空发动机类型,它利用燃气的能量来产生推力。
该类型发动机主要由压气机、燃烧室、涡轮和喷管等部件组成。
首先,空气通过进气道进入压气机。
压气机中有一系列叶片,当空气经过叶片时,叶片将会加速并增加空气的压强。
这个过程使得空气被压缩,准备进入燃烧室。
接下来,被压缩的空气进入燃烧室,与燃料混合后点燃。
燃料的燃烧释放出高温和高压的燃气。
这些高温高压的燃气通过喷头喷到涡轮叶片上。
涡轮由高温高压燃气的冲击作用下开始旋转。
涡轮的旋转驱动压气机,使其能够继续向前压缩更多的空气。
同时,涡轮也驱动了喷气喷管(喷嘴),使得高速喷出的燃气产生向后的推力。
燃气涡轮发动机通过不断循环上述过程,使得发动机能够持续地产生推力。
更多的推力产生,取决于压气机的压缩效率、燃烧室的燃烧效率以及涡轮的性能。
此外,燃气涡轮发动机还通过调整喷气喷管的喷出速度和方向,实现飞行器的姿态控制。
总之,燃气涡轮发动机利用压气机将空气压缩,经过燃烧室的燃烧后释放出燃气,再通过涡轮的旋转驱动压气机和喷气喷管,产生推力。
这种工作原理使得燃气涡轮发动机成为现代航空业中最为重要的动力装置之一。
先进燃气涡轮发动机测试技术及发展
E q u i p me n t Ma n u f a c t u r i n g T e c h n o l o g y N o . 1 , 2 01 3
准技 术 的研 究 ,美 国空 军 阿诺 德工 程 发 展 中心及 俄 统 , 其系统组成复杂 、 涉及 参数多 , 研究 形成统一 的
发动机测试计 量现状 ,重点研究 了国内新一代发动
( 2 ) 测试 系统的网络化与智能化 :
机在测试计 量校准体系 、 量值溯源体系 、 综合测试系
统校准技术 、 专用测试设备校准技术 、 特种测量技术 的校准技术 、 现场校准技术方面的需求 , 并提出了相
( 3 ) 测试信息的集成与多信息融合 ;
( 4 ) 虚拟测试与虚拟仪器广泛应用。
应 的解决方案 ,同时结合我国燃气涡轮发动机行业 2 国外 先进燃 气涡轮发 动机 测试计量现 状 现状 , 提 出了急需发展的关键测试计量技术 。
2 . 1发 动机测 试技 术
1 概 述
1 . 1 先 进 燃气 涡 轮 发动 机 技术 特 点及 发展 趋 势
在发动机测试 技术上 ,先进 的测试系统加快了
燃气涡轮发动机 的试验进程 ,也催生 了信息化平 台
先 进燃气 涡轮发动机特别强调 高 的热力性 能 、
的建立 , 带动 了燃气 涡轮发动机设计 、 仿真技术的发 展。特种测试仪器 、 测试技术 和传感器的应用 , 为更
可靠性 、 维修性和低寿命费用 。 其采用的新技术主要 加快捷的获取发动机的特性数据提供 了新方法。例 有 :损伤容限和高效率 的宽弦叶片、三维压气机 叶 如 , 红外高温计 、 示温漆 、 薄膜 热电偶 测温和 晶体测
料、 纤维增强超基合金等 ; ( 4 ) 控制系统数字化 。
航改燃气轮机技术发展
轻型燃气轮机航改化或重型燃气轮机移植航空发动机技术,不仅是燃气轮机的研制捷径,也是航空发动机回收投资、取得更大经济效益和社会效益的有效途径。
受政治、军事和经济等方面因素的影响,航空发动机技术的发展要快于燃气轮机。
燃气轮机和航空发动机存在大范围的技术共性,在设计体系、制造体系、人才体系和试验体系等方面可实现共用共享,因此基于燃气轮机巨大的市场需求、明显的应用优势,依托高性能、成熟的航空发动机和先进的工业技术、设计方法发展燃气轮机已成为业界共识。
航空发动机技术向燃气轮机转移有两种方式,如图1所示:一是直接将成熟的航空发动机改型衍生,形成航改燃气轮机;二是将航空发动机技术向重型燃气轮机移植,研制和开发新一代重型燃气轮机。
图1 航改燃气轮机转移路径航改燃气轮机发展历程伴随着航空发动机技术的发展和先进循环技术的应用,航改燃气轮机的技术发展历程经历了技术探索阶段、技术发展阶段和应用先进循环阶段,实现了航改燃气轮机从简单改型到高性能核心机优化设计,从简单循环到复杂循环的应用,从继承航空发动机成熟设计体系、材料体系到新部件的设计、新材料的应用,使得航改燃气轮机的设计水平、使用性能、可靠性和寿命都得到了长足的发展。
技术探索阶段1943年,世界上首台航改燃气轮机研制成功,之后罗罗、GE和普惠公司依据成熟的航空发动机改型设计了首批航改燃气轮机,典型的有工业用埃汶(Avon)、工业用奥林帕斯(Olympus)、斯贝(Spey)燃气轮机、LM1500和FT4等。
在此阶段,航改燃气轮机的技术处于探索时期,结构上直接继承航空发动机核心机,通过配装合适的动力涡轮达到输出功率的目的;整机性能也不高,循环效率一般都小于30%;涡轮前初温小于1000℃,压比为4~10;压气机一般还都是亚声速;涡轮叶片采用简单的空冷技术;材料采用初期高温合金;控制系统普遍采用机械液压式或模拟式电子调节系统。
技术发展阶段随着航空发动机的成熟应用,为航改燃气轮机的快速发展提供了高性能、高可靠性的母型机和先进的设计技术。
美国高性能涡轮发动机技术IHPTET研究计划简介
美国高性能涡轮发动机技术IHPTET 研究计划简介1、综合高性能涡轮发动机技术计划1988年,美国空军首先发起制订并实施高性能涡轮发动机技术(IHPTET)计划,空军、海军、陆军、国防部预研局、NASA和七家主要发动机制造商都参与了这项计划。
计划总的目标是到2005年使航空推进系统能力翻一番,即推重比或功率重量比增加100%~120%,耗油率下降15%~30%。
也就是说,要用15~20年时间取得过去30~40年取得的成就,生产和维修成本降低35%~60%。
可以说,航空推进技术正呈现出一种加速发展的态势。
在欧洲,以英国为主,意大利和德国参与共同实施了先进核心军用发动机计划的第二阶段(ACME-Ⅱ),英国和法国又联合实施了先进军用发动机技术(AMET)计划。
ACME-Ⅱ的目标是在2005~2008年验证推重比18~20、耗油率降低15%~30%、制造成本低30%和寿命期费用低25%的技术。
俄罗斯也有类似的计划,其目标是在2010~2015年验证的技术,与俄罗斯的第五代发动机相比,重量减轻30~50%,耗油率减少15~30%,可靠性提高60%~80%,维修工作量减少50%~65%。
美国的IHPTET计划,它采取变革性的技术途径,综合运用发动机气动热力学、材料、结构设计和控制方面突破性的成就,大大提高涡轮前温度,简化结构,减轻重量,实现最佳性能控制,最终达到预定的目标。
计划投资50亿美元,以1995、2000和2005财年分为三个阶段,分别达到总目标的30%、60%和100%。
目前,第二阶段的任务已经完成,第三阶段计划正在实施中,已进入核心机的验证机试验阶段。
下面将以涡喷/涡扇发动机技术为例说明其进展。
●第一阶段ゾ方选普拉特惠特尼公司为主承包商,通用电气公司为备选承包商。
以普拉特惠特尼公司的XTE65/2验证机为代表,在1994年9月的试验中已经达到并超过了第一阶段的目标--推重比增加30%,涡轮进口温度比现有先进发动机高222℃,超过目标55℃。
航空燃气涡轮发动机涡轮叶片综合冷却效果试验方法
航空燃气涡轮发动机涡轮叶片综合冷却效果试验方法 1. 嘿,你知道航空燃气涡轮发动机涡轮叶片的综合冷却效果咋试验不?就像咱要测试一个大力士能举起多重的东西一样,得有专门的办法呀!比如说可以用特殊的仪器去测量温度变化啥的,这多有趣啊!
2. 咱来讲讲怎么搞这个航空燃气涡轮发动机涡轮叶片综合冷却效果试验方法呗!就好比是给小宝贝量体温,得找到最合适的地方和方式呀!可以通过模拟不同的工作环境来观察冷却效果,是不是很神奇?
3. 哇塞,航空燃气涡轮发动机涡轮叶片综合冷却效果试验方法可重要啦!就跟医生给病人看病找病因一样重要哦!可以用不同的冷却介质去试试,看看哪个效果最好,很有意思吧!
4. 你想想看呀,航空燃气涡轮发动机涡轮叶片综合冷却效果试验方法,不就像是给运动员制定训练计划一样嘛!得精确又有效。
比如可以监测叶片在高速运转时的状态,这多刺激呀!
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我们可以从多个角度去测试,发现那些细微的变化,是不是超厉害!
6. 嘿,航空燃气涡轮发动机涡轮叶片综合冷却效果试验方法可不能小瞧啊!这就像解开一道超级复杂的谜题一样令人兴奋!比如采用一些创新的技术手段,绝对会让你大开眼界呢!
我觉得航空燃气涡轮发动机涡轮叶片综合冷却效果试验方法特别重要,只有通过科学有效的试验,才能让发动机更好地工作,保障飞行安全呀!。
北京航空航天大学科技成果——7kW级微型燃气涡轮发电
北京航空航天大学科技成果——7kW级微型燃气涡轮发电机项目简介7kW级微型燃气涡轮发电机是一种便携式动力和发电设备,可广泛用于单兵便携式电源、电动汽车增程器、微小型无人机动力、地面应急电源、太阳能光热发电等诸多领域。
目前,国内外已有的7kW 级动力和发电系统均基于活塞式发动机,由于活塞发动机转速较低导致整个动力和发电系统的重量和体积均较大、便携性较差,同时由于整个系统比较复杂,使得系统的可靠性和维修性较差、寿命较低。
而微型燃气涡轮发电机则可以完美解决活塞式内燃机动力和发电系统的上述固有问题,具有结构简单、体积小、重量轻、寿命长、环保性好、可靠性高、维修性好等特点,是活塞基动力和发电系统的“终结者”。
目前相同功率量级微型燃气涡轮发电机国外尚处于研制阶段,并无成熟产品;国内其他单位尚未开展7kW级微型燃气涡轮发电机的相关研究,已有的30kW级微型燃气涡轮发电机多以模仿国外产品为主,自主知识产权性较差。
本项目研制的7kW级微型燃气涡轮发电机将燃气涡轮发动机和发电机同轴布置,利用燃气涡轮发动机直接驱动高速发电机,同时在研制过程中还采用了先进的气动和结构设计技术、燃烧技术以及回热技术,使得产品的油耗仅为0.46kg/(kW•h),并可以采用航空煤油、柴油、天然气等多种燃料,重量是现有微型发电机的1/10,而寿命则是现有微型发电机的6倍,且整个产品的零部件数量不超过50个,大大提高了可靠性、维修性。
产品综合性能及各项指标在国内外均处于绝对领先地位,且具有完全的自主知识产权。
微型燃气涡轮发电机及核心部件技术状态研发团队已攻克了微型燃气涡轮发电机中涉及的高速起发电机、高效叶轮机、高性能燃烧室、紧凑轻质回热器等诸多核心技术,并已完成关键部件和整机的试验验证,验证结果显示各部件和整机的性能均已达到设计指标要求。
目前,团队正在进行产品的全寿命考核试车和设计取证工作。
知识产权已获得授权国家发明专利2项,另有11项发明专利、1项实用新型专利均已受理。
航空发动机和燃气轮机国家科技重大专项
航空发动机和燃气轮机国家科技重大专项随着我国经济的快速发展和国际地位的提高,航空运输业也迎来了快速发展的机遇。
航空发动机和燃气轮机作为航空运输的核心设备,其技术水平和性能直接关系到我国航空业的发展和国家安全。
为了充分发挥航空发动机和燃气轮机在国家经济和国防建设中的重要作用,我国启动了航空发动机和燃气轮机国家科技重大专项。
本文将从以下几个方面对该专项进行介绍。
一、专项背景1. 航空产业发展的重要性航空产业作为国民经济的支柱产业之一,对于国家安全和国际地位有重要的影响。
航空发动机和燃气轮机作为航空产业的核心设备,其技术水平直接决定了航空业的发展水平和国家的综合国力。
2. 国际技术竞争的压力目前,欧美等发达国家在航空发动机和燃气轮机领域技术处于领先地位,我国在该领域的技术仍然存在较大差距。
为了缩小这一差距,提高我国航空发动机和燃气轮机的自主研发能力,我国启动了此项重大科技专项。
二、专项目标1. 提高航空发动机和燃气轮机的技术水平专项旨在提高我国航空发动机和燃气轮机的关键技术水平,包括技术革新、产品升级和性能改进等方面。
通过推动关键技术的突破和应用,提高我国航空发动机和燃气轮机的综合性能和可靠性。
2. 增强我国航空产业的自主创新能力专项旨在培育国内航空发动机和燃气轮机关键零部件和材料的自主研发能力,推动国产航空发动机和燃气轮机的产业化进程。
通过自主创新,降低我国航空产业对进口航空发动机和燃气轮机的依赖度,提高国产化率。
3. 提升我国航空发动机和燃气轮机的国际竞争力专项旨在促进我国航空发动机和燃气轮机企业与国际先进水平接轨,培育一批具有国际竞争力的航空发动机和燃气轮机企业,推动我国航空产业向高端领域发展。
三、专项内容1. 关键技术攻关专项将重点开展航空发动机和燃气轮机关键技术的攻关工作,包括高温合金材料、先进制造工艺、燃烧技术、涡轮叶片设计等方面的研究和应用。
通过开展关键技术攻关,提高我国航空发动机和燃气轮机的关键技术水平和自主创新能力。
CFD技术在航空燃气涡轮发动机原理教学中的应用探讨
CFD技术在航空燃气涡轮发动机原理教学中的应用探讨随着航空工业的发展,航空燃气涡轮发动机已成为飞机的主要动力来源。
了解航空燃气涡轮发动机的工作原理对于航空工程专业的学生来说十分重要。
而随着计算流体力学(CFD)技术的发展,它已经成为研究和教学航空燃气涡轮发动机原理的重要工具。
本文将探讨CFD技术在航空燃气涡轮发动机原理教学中的应用,以及其对学生的教学效果和职业素养的影响。
航空燃气涡轮发动机是一种将空气和燃料混合后进行高温燃烧,从而产生高速气流驱动涡轮并推动飞机前进的动力装置。
它的工作原理涉及燃烧、压缩、膨胀、以及各种复杂的热力和动力学过程。
对于学习航空工程的学生来说,理解和掌握航空燃气涡轮发动机的原理是至关重要的。
航空燃气涡轮发动机的工作原理十分复杂,很多关键的过程是难以直观地观察和理解的。
传统的教学方法主要依靠文字、图片和实验室实践来进行教学,限制了学生对于发动机运行全过程和内部结构原理的理解。
CFD技术的出现为航空燃气涡轮发动机的教学带来了新的可能。
CFD技术是一种通过数值方法和计算机模拟对流体流动和传热过程进行分析的技术。
它能够根据流体力学方程和传热学方程来模拟出复杂流体流动的行为,以及对流场、温度场、压力场等参数进行定量分析。
利用CFD技术,可以方便地从宏观和微观两个层面对航空燃气涡轮发动机的工作过程进行模拟和可视化展示,使学生能够更加直观地理解发动机的工作原理。
CFD技术还可以帮助学生对燃烧过程进行模拟。
航空燃气涡轮发动机内的燃烧过程是发动机能量转化的关键环节,也是学生理解发动机工作原理的重点之一。
传统教学方法难以将燃烧过程的微观结构和燃烧效率直观地展示给学生。
而CFD技术可以通过计算和模拟燃烧室内的温度、压力和燃烧产物的分布,从而使学生能够清晰地观察到燃烧过程的细节和规律,理解燃烧对于发动机性能的影响。
CFD技术还可以帮助学生对发动机内部的流体动力学过程进行模拟。
航空燃气涡轮发动机内部存在着多种流体动力学现象,如压缩、膨胀、旋涡产生等。
2024年航空燃气涡轮发动机市场发展现状
2024年航空燃气涡轮发动机市场发展现状摘要航空燃气涡轮发动机是现代飞机的核心动力装置,对于航空运输业的发展至关重要。
本文将对2024年航空燃气涡轮发动机市场发展现状进行分析,包括市场规模、竞争格局、技术趋势等方面的内容。
一、市场规模航空燃气涡轮发动机市场呈现出稳步增长的态势。
随着全球航空业的发展,航空燃气涡轮发动机需求量逐年增加。
根据国际航空运输协会的数据,2019年全球商用航空燃气涡轮发动机市场规模达到了500亿美元,预计到2025年将增长至800亿美元。
市场规模的扩大主要受益于航空旅客运输市场的增长以及新兴航空公司的发展。
二、竞争格局全球航空燃气涡轮发动机市场竞争激烈。
目前,市场上主要的竞争者包括通用电气、罗尔斯·罗伊斯、普惠等国际知名航空发动机制造商。
这些公司在技术实力、产品质量和售后服务等方面具有较高的竞争优势。
此外,一些新兴市场的航空燃气涡轮发动机制造商也开始崭露头角,例如中国的航发动力、俄罗斯的联合动力等。
这些新兴公司通过技术创新和价格竞争来挑战传统巨头的地位。
三、技术趋势航空燃气涡轮发动机技术正不断发展。
近年来,随着航空业对燃油效率和环境友好性的要求不断提升,航空燃气涡轮发动机制造商们加大了技术研发的力度。
其中,关注度最高的技术趋势之一是超高涵道比发动机的应用。
超高涵道比发动机具有更高的推力和更低的燃油消耗,可以提升飞机的性能和经济性。
此外,航空燃气涡轮发动机制造商们还注重开发更环保的发动机,如低噪音、低排放的发动机技术。
四、挑战与机遇航空燃气涡轮发动机市场面临着挑战和机遇。
一方面,全球航空业受到疫情等因素的影响,航班需求下降,导致航空燃气涡轮发动机市场增长速度放缓。
另一方面,航空业对节能环保的要求不断提高,推动着航空燃气涡轮发动机技术的创新和升级。
此外,新兴市场的发展也为航空燃气涡轮发动机制造商们带来了机遇,他们可以通过市场开拓和技术合作来扩大市场份额。
五、结论随着全球航空业的持续发展和技术进步,航空燃气涡轮发动机市场呈现出良好的发展势头。
涡轮技术的原理和应用
涡轮技术的原理和应用1. 涡轮技术的概述涡轮技术是一种基于流体动力学原理的能量转换技术。
它利用流体的动能将输入的机械能转化为输出的旋转能量。
涡轮技术广泛应用于各个领域,包括航空航天、汽车工业、能源领域等。
本文将介绍涡轮技术的原理和在不同领域中的应用。
2. 涡轮技术的原理涡轮技术的核心原理是利用高速流体通过叶片产生的动能来驱动涡轮旋转。
涡轮由多个叶片组成,叶片的形状和角度可以使涡轮提供所需的动力输出。
涡轮一般由两个主要部分组成:定子和转子。
2.1 定子定子是涡轮的静止部分,通常由固定的导向叶片构成。
导向叶片的形状和角度会引导流体以一定的方向进入转子的叶片中。
导向叶片的设计可以最大程度地利用流体的动能,提高涡轮的效率。
2.2 转子转子是涡轮的旋转部分,通常由多个叶片构成。
叶片被设计成特定的形状和角度,以便为流体提供最佳的驱动力。
当高速流体通过转子叶片时,会产生一个旋转力矩,从而驱动涡轮旋转。
3. 涡轮技术的应用涡轮技术在各个领域有着广泛的应用。
以下是涡轮技术在三个领域中的应用示例:3.1 航空航天领域•轴流涡轮:轴流涡轮被广泛应用于飞机的发动机中。
它们可以提供足够的气流压力,帮助发动机产生推力。
•反推涡轮:反推涡轮是飞机降落时用于减速和制动的重要组件。
当飞机着陆时,涡轮可将动能转化为制动力,帮助飞机减速。
3.2 汽车工业•涡轮增压器:涡轮增压器被广泛应用于汽车发动机中。
它可以利用废气的动能来增压进气,提高发动机的功率和燃烧效率。
•制动涡轮增压器:制动涡轮增压器是一种用于汽车刹车系统的技术。
它可以利用制动过程中产生的动能来使涡轮旋转,并转化为制动力,提高制动效果。
3.3 能源领域•涡轮发电机:涡轮发电机是一种利用流体动能来产生电能的设备。
它可以将流体的动能转化为旋转能量,然后通过发电机产生电力。
•涡轮压缩机:涡轮压缩机广泛应用于燃气轮机、空气分离设备等领域。
它可以将流体的动能转化为气体的压力能,实现气体的压缩。
航空发动机涡轮叶片精密成形技术分析
航空发动机涡轮叶片精密成形技术分析Key words : hollow turbine;blade;precision forming technologyiprecision casting1空心涡轮叶片精铸技术高性能航空燃气涡轮发动机是精密器件,在飞机当中具有非常重要的作用,是飞机的心脏,也是导致我国航空业发展停滞不前的瓶颈之一。
伴随当前飞机设计指标逐步提升,航空发动机也需要逐步向低油耗、高推重比、大推力的方向发展,让涡轮前进口温度提高是保证推动力的一个重要方式,预计在推重比15 —级的航空发动机当中,涡轮前温度可能在1830〜1930摄氏度之间,因此一定要重视加强涡轮叶片的耐高温能力。
为了将这一问题解决。
当前的涡轮叶片主要使用的是复合气膜冷却单晶空心涡轮叶片,因为该设计材料较为特殊, 而且结构非常复杂。
在制备空心涡轮叶片的过程中,使用的工艺主要为熔模精铸工艺,但是这一工艺,具有成品率低、要求精度差等问题,造成我国在空心涡轮叶片生产方而出现了很多问题。
通常而言当前的空心涡轮叶片精铸成品率只有10%,而90%的废品叶片主要出现的问题是形位尺寸超差,另外一些是结晶缺陷。
为了让空心涡轮叶片的制造成品率提高,有效的解决。
形控”和'性控”两个问题,需要重视控制尺寸的精度,并且在完成精铸之后提高复合材料的性能。
空心涡轮叶片制造难度大,而且工序非常复杂,具体如下,首先需要注意合理的对模具成型工艺进行应用,将空心涡轮叶片精铸所需要的陶瓷型芯设计出来。
该陶瓷型芯是空心结构的重要填充物,接着通过蜡模工艺在型芯外层进行涡轮叶片蜡模的制备,而后进行烧结、浇铸、脱模等一系列工序,将空心涡轮叶片粗坯制备完成。
在完成粗坯的条件下进行后续操作,直到制备完整个空心涡轮叶片。
在传统空心涡轮叶片制备的时候使用的主要为复合材料,这种材料是等轴晶组织。
这种组织在高温条件下很容易受到损坏,而影响整个叶片制备的成品率。
伴随当前材料技术快速发展,叶片所使用的复合材料逐步以单晶为主。
燃气涡轮发动机的应用领域
燃气涡轮发动机的应用领域燃气涡轮发动机是一种能够将燃料的热能转化为机械能的设备,它广泛应用于许多领域。
本文将介绍燃气涡轮发动机的应用领域,并分析其在各个领域中的特点和优势。
1. 航空领域燃气涡轮发动机在航空领域中的应用是最为广泛的。
它被用于民用飞机、军用战斗机、直升机等各类飞行器上。
与传统的活塞发动机相比,燃气涡轮发动机具有更高的推力重比和更好的燃烧效率,使得飞机的性能得到了极大的提升。
同时,燃气涡轮发动机还具有启动迅速、响应灵敏的特点,使得飞机可以快速起飞和加速,适应各种飞行任务的需求。
2. 能源领域在能源领域,燃气涡轮发动机被广泛应用于发电厂和工业领域。
燃气涡轮发电机组通过将燃料的热能转化为机械能,然后再转化为电能,实现了高效的发电过程。
相比于传统的蒸汽发电机组,燃气涡轮发电机组具有更高的燃烧效率和更快的启动速度,使得能源的利用更加高效和灵活。
3. 舰船领域燃气涡轮发动机在军舰和商船中也得到了广泛的应用。
它们被用作主要动力装置,驱动船只进行航行。
燃气涡轮发动机具有高功率和快速响应的特点,使得船只可以快速起航和调整航速。
此外,燃气涡轮发动机还具有体积小、重量轻的优势,适合安装在舰船这样的有限空间中。
4. 汽车领域虽然燃气涡轮发动机在汽车领域的应用相对较少,但在高性能和豪华汽车中仍有一定的市场。
燃气涡轮发动机能够提供更大的动力输出和更高的转速,使得汽车在加速和行驶过程中更加顺畅和稳定。
此外,燃气涡轮发动机还具有高效节能的特点,有助于减少汽车的燃料消耗和环境污染。
燃气涡轮发动机在航空、能源、舰船和汽车等领域都有广泛应用。
它们通过将燃料的热能转化为机械能,为各个领域提供了高效、可靠的动力源。
随着科技的不断进步,燃气涡轮发动机的性能和效率还将不断提升,为各个领域的发展带来更多的机遇和挑战。
慕课航空燃气涡轮发动机结构设计课后
慕课航空燃气涡轮发动机结构设计课后总结本课程主要介绍了航空燃气涡轮发动机的结构设计,包括发动机的基本组成部分、工作原理、主要零部件、材料选择等方面。
通过学习,我们可以了解到航空燃气涡轮发动机的复杂性和重要性,以及相关技术和制造工艺的发展历程。
一、航空燃气涡轮发动机概述1.1 航空燃气涡轮发动机的定义和分类1.2 航空燃气涡轮发动机的工作原理1.3 航空燃气涡轮发动机的优点和缺点1.4 航空燃气涡轮发动机在航空运输中的应用二、航空燃气涡轮发动机基本组成部分2.1 压气机2.2 燃烧室2.3 高压涡轮2.4 低压涡轮2.5 推力装置三、航空燃气涡轮发动机主要零部件3.1 叶片和叶盘3.2 涡轮盘和转子盘3.3 齿轮箱和传动系统3.4 燃烧室和喷嘴3.5 油系统和润滑系统四、航空燃气涡轮发动机材料选择4.1 叶片材料4.2 转子盘材料4.3 涡轮盘材料4.4 燃烧室材料4.5 推力装置材料五、航空燃气涡轮发动机的制造工艺5.1 铸造工艺5.2 焊接工艺5.3 加工工艺5.4 表面处理工艺六、航空燃气涡轮发动机的维护与保养6.1 发动机检修周期和标准6.2 发动机故障诊断和排除方法6.3 发动机保养方法和注意事项七、航空燃气涡轮发动机的发展趋势与前景7.1 航空燃气涡轮发动机技术的新进展7.2 航空燃气涡轮发动机的节能环保特点7.3 航空燃气涡轮发动机在未来的应用前景结语航空燃气涡轮发动机是现代航空运输的关键技术之一,其结构设计和制造工艺的优化和改进对于提高飞行安全和经济效益具有重要意义。
通过本课程的学习,我们可以更好地了解航空燃气涡轮发动机的基本知识和发展趋势,为未来从事相关领域的工作打下坚实的基础。
航空发动机与燃气轮机”国家科技重大专项
航空发动机与燃气轮机”国家科技重大专项1. 引言1.1 背景介绍航空发动机与燃气轮机是现代航空技术的重要组成部分,对于航空工业的发展起着至关重要的作用。
航空发动机是飞机的心脏,它的性能直接影响着飞机的飞行性能、经济性和安全性。
而燃气轮机则是一种热力机械设备,通过燃烧燃料来产生高温高压的工质,驱动轴上的涡轮旋转,从而驱动负载进行工作。
随着航空业的迅速发展,对航空发动机与燃气轮机的性能要求也越来越高。
为了提高发动机的功率、热效率和可靠性,许多国家都对航空发动机与燃气轮机进行了大量的研究与开发工作。
国家科技重大专项便是其中之一。
国家科技重大专项是国家对于科技创新的重大支持计划,旨在推动相关领域的科技创新与发展。
在航空发动机与燃气轮机领域,国家科技重大专项发挥着重要的作用,为推动我国航空工业的发展提供了强大的支撑。
【2000字】1.2 目的意义航空发动机与燃气轮机作为航空领域的重要组成部分,在国家科技发展中具有重要意义。
国家科技重大专项针对这一领域的研究,旨在提升我国航空发动机与燃气轮机技术水平,增强国家在航空领域的核心竞争力。
具体来说,该专项的目的意义包括以下几个方面:1. 推进技术创新:通过该专项的研究,可以促进航空发动机与燃气轮机领域的技术创新,推动相关技术的突破和进步,提高我国在航空领域的技术水平。
2. 提升产品性能:专项的实施有望为我国航空发动机与燃气轮机的产品性能提供更高水平的保障,增强产品的竞争力和市场份额。
3. 加强国际合作:专项的开展将有助于加强我国与国际先进技术的交流与合作,推动我国在航空领域的国际地位和影响力。
4. 促进产业发展:航空发动机与燃气轮机作为航空制造业的核心产品,其发展水平将直接影响我国航空产业的发展。
该专项的实施将为我国航空产业的发展提供重要支持和保障。
1.3 研究内容研究内容是本文的重点部分,我们将对航空发动机与燃气轮机的关系进行深入探讨。
航空发动机是实现航空器飞行的核心部件,其性能直接影响着飞机的飞行效率、安全性和经济性。
CFD技术在航空燃气涡轮发动机原理教学中的应用探讨
CFD技术在航空燃气涡轮发动机原理教学中的应用探讨随着航空航天技术的不断发展,航空燃气涡轮发动机已经成为现代喷气式飞机的主要动力装置。
要想深入理解航空燃气涡轮发动机的工作原理并不容易,尤其对于学生和初学者来说更是一项挑战。
为了更好地教授和学习航空燃气涡轮发动机的原理,近年来,计算流体力学(CFD)技术逐渐成为了一种重要的教学工具。
本文将探讨CFD技术在航空燃气涡轮发动机原理教学中的应用,并阐述其在教学中的重要性和优势。
1. 模拟流场和热传递过程航空燃气涡轮发动机是一个复杂的热力系统,其工作涉及到高速气流经过多个涡轮和压气机的流动过程,同时还存在着燃烧和燃气膨胀等复杂的热传递过程。
利用CFD技术,可以对航空燃气涡轮发动机的流场和热传递过程进行高精度的数值模拟,展示出发动机内部的气流分布、压力变化和温度分布等细节,使学生可以直观地了解航空燃气涡轮发动机的工作原理。
2. 分析流体动力学和热力学特性通过CFD技术,可以对航空燃气涡轮发动机的流体动力学和热力学特性进行详细的分析和计算,包括气流速度、压力变化、温度分布、燃烧效率等参数。
这些参数对于理解发动机的工作原理和性能表现至关重要,通过CFD模拟可以清晰地展现这些参数的变化规律,使学生能够更加深入地理解航空燃气涡轮发动机在不同工况下的工作特性。
3. 优化设计和性能研究CFD技术还可以用于航空燃气涡轮发动机的优化设计和性能研究。
通过对发动机内部流场的数值模拟,可以对不同设计参数的影响进行分析和比较,找出最优的设计方案。
也可以通过CFD技术对不同工况下的性能进行模拟和预测,为发动机的性能提升和改进提供重要的参考依据。
1. 直观展示复杂流场航空燃气涡轮发动机涉及的流场包括了复杂的三维非定常流动和热传递过程,这些流场很难通过传统的教学手段来直观展示。
而利用CFD技术可以对这些复杂的流场进行数值模拟,并将模拟结果以直观的方式呈现出来,这对于学生理解航空燃气涡轮发动机的工作原理具有重要意义。
1航空燃气涡轮发动机概述
1航空燃气涡轮发动机概述航空燃气涡轮发动机是一种常用于商用飞机、军用飞机和直升机的发动机类型。
它的核心部件是一个由高速旋转的轴上的叶片构成的压气机和一个由燃烧室和涡轮组成的烟尘,以及用于传递动力给飞机的推力装置。
下面将对航空燃气涡轮发动机的工作原理、组成部分和应用进行详细的概述。
航空燃气涡轮发动机的工作原理基于牛顿第三定律,即每个动作都有一个相等且相反的反作用力。
在航空燃气涡轮发动机中,空气经过压气机被压缩,然后与燃料混合并点燃,产生高温高压的气流。
这个气流推动涡轮旋转,在经过燃气涡轮之后,一部分动能被传递给了高速旋转的轴,使得轴和涡轮一起旋转。
最后,涡轮的旋转运动转化为向后的推力,推动飞机前进。
航空燃气涡轮发动机通常由几个主要组成部分组成。
首先是压气机,它由多个叶片组成,旋转时将空气压缩,增加了气体的压力和密度。
接着是燃烧室,它是一个容纳燃料和空气混合物并进行燃烧的区域。
在燃烧室中,燃料通过喷嘴喷入,并在点燃器的作用下点燃。
燃烧的产物是高温高压的气流。
这个气流通过与旋转的涡轮接触,使得涡轮旋转并将动能传递给后方的轴。
最后,涡轮的旋转运动产生的推力由推力装置传递给飞机。
航空燃气涡轮发动机具有许多优点,使其成为航空领域中最常用的发动机类型之一、首先,它具有较高的功率密度,可以为飞机提供足够的推力,以实现高速飞行。
其次,它的反应速度非常快,能够迅速响应飞行任务的要求。
此外,航空燃气涡轮发动机还具有良好的可靠性和耐久性,能够在艰苦的环境条件下进行长时间的工作。
航空燃气涡轮发动机主要应用于商业航空和军事航空中。
在商业航空领域,它被广泛用于大型客机和货机,为它们提供强大的动力和较高的巡航速度。
在军事航空领域,航空燃气涡轮发动机被用于战斗机、轰炸机和直升机等各种类型的飞机上,以提供超音速飞行和快速加速的能力。
总而言之,航空燃气涡轮发动机是一种在航空领域中广泛应用的发动机类型。
它的工作原理基于牛顿第三定律,通过利用空气的压缩和燃烧产生的气流来产生推力,驱动飞机飞行。
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航空燃气涡轮发动机涡轮部件的功能是将从燃烧室流出的高温燃气的热能和压力能转换成机械功,驱动风扇、压气机和附件工作。
在涡桨或涡轴发动机中,涡轮还用于驱动螺旋桨或直升机的旋翼。
按燃气流动方向,涡轮可分为轴流式和径流式。
现代航空燃气涡轮发动机涡轮几乎都采用轴流式。
在轴流式涡轮中,根据转子驱动的对象又可分为高压、中压和低压涡轮。
涡轮部件是发动机中单位重量最重、最复杂、成本最高的部件,所以,涡轮的设计目标是保证其应用所需的耐久性前提下,在高性能和经济可承受性之间维持一种平衡。
为此,设计者们通过采用先进的气动、结构、冷却、强度设计,以及新材料和新工艺等多种技术措施来实现这一目标。
涡轮CFD技术(1)非定常仿真技术非定常仿真技术是对一个时间周期内离散瞬间的涡轮动静域流场进行求解,动静域之间采用直接数据传递的方式,能够真实详细描述瞬态的涡轮内流场变化。
随着计算机技术的不断发展,现有的计算设备已能开展非定常仿真技术的大量研究工作。
部分国外发动机公司不同程度的采用了此项先进设计技术,如美国的IHPTET计划中将非定常仿真技术用于解决转子和静子之间相互作用的机械激振,并将此技术用于F119发动机设计。
近年来国外开展了凹槽顶部间隙、轴向气封间隙、热斑、尾迹、气膜冷却等气动和传热非定常方面的研究和应用,极大地提高涡轮叶片设计水平。
(2)气膜冷却仿真技术目前,工程设计中广泛采用气膜冷却方式对涡轮叶片进行冷却。
如何准确模拟冷气与主流的掺混流动是准确评估冷却涡轮性能的关键所在。
通常采用两种方式进行气膜冷却数值模拟。
第一种是冷气喷射源项法,它在叶片表面和端壁给定质量、动量和能量源分布来考虑气膜冷却流动;该方法的优点是所需的工作量和计算时间较少、易于实现。
第二种是真实气膜孔仿真方法,生成气膜孔甚至内腔网格,并对每个气膜孔甚至内腔流动均进行数值模拟;此方法划分网格复杂、时间长、计算量大,但优点是可以获得非常详细的流动信息,实现气热耦合计算,对温度场的求解更加准确。
国外实现了基于结构化网格和非结构化网格的真实气膜孔仿真,例如:霍尼韦尔公司的Paul Vitt等(如图1)、美国加利福尼亚州空气动力中心的Ron Ho Ni等(如图2)、俄罗斯OJSC的Victoria Krivonosova等。
图1. Honeywell气膜冷却非结构化网格图2. 加利福尼亚州空气动力中心Code Leo程序气热耦合求解结果三维设计技术(1)超高载荷叶片全三维设计随着对发动机性能、重量、可靠性、经济性等的要求越来越高,涡轮叶片数量越来越少,涡轮叶片载荷也越来越高,涡轮处于跨音流动甚至超音流动状态,需开展超高载荷叶片的全三维设计技术研发。
其中,包括了叶片复合倾斜技术、叶片端弯技术、叶片端壁融合技术、宽弦叶片技术、支板与叶片融合设计技术、跨音叶型设计技术、超音叶型设计技术等。
(2)非轴对称端壁技术非轴对称端壁技术将端壁造型从二维发展到三维,通过调整端壁的三维曲面形状,能够有效减小涡轮二次流损失,从而提高涡轮效率。
罗•罗公司是第一个开始研究和应用非轴对称端壁技术的发动机公司,并申请相关专利,采用非轴对称端壁设计技术可提高涡轮效率1.0%左右。
空客A380遄达900航空发动机的低压涡轮部件(如图3)和先进中等推力E3E 发动机核心机的高压涡轮导叶及工作叶片端壁(如图4)均采用了该技术。
MTU公司构建了一套非轴对称端壁设计体系。
P&W公司是首个进行非轴对称端壁设计对冷却效率影响研究的公司。
图3. 遄达900发动机低压涡轮非轴对称端壁图4. E3E发动机高压涡轮动叶端壁高效冷却叶片设计(1)铸冷叶片技术铸冷叶片源于艾利逊公司的“Castcool”概念,它是一种可以一次铸造出内部复杂形状的加工方法。
利用Castcool可以将十分复杂的冷却结构一次铸成在单晶部件(如涡轮叶片)之内,同时,在IHPTET计划中Allison公司研发了一种Lamilloy冷却方案,此方案为多孔层板材料叶片。
在IHPTET计划第二阶段,Castcool技术与Lamilloy冷却方案结合,研制出了铸冷高低压叶片(如图5,叶片前缘和尾缘采用气膜冷却,而叶片其余部分则采用双层壁Lamilloy冷却),并在CAESAR验证机中进行了强度和冷却实验验证。
图5. 高、低压涡轮铸冷工作叶片(2)超冷叶片技术超冷叶片源于普惠公司的“super cooling”概念。
超冷叶片有几百个铸造的或激光打的小孔,外形与常规冷却叶片一样,但其内部是用CFD方法设计的。
在IHPTET计划第二阶段,在CAESAR核心机中对超冷叶片技术进行了实验验证(如图6),并将此技术成功转化至F119核心机中验证。
同时,P&W公司在F135发动机的高压涡轮上采用超冷技术,冷却效率提高20%。
此技术已在F136、PW8000发动机高压涡轮叶片得到了应用。
图6 . IHPTET计划开发的内部强对流冷却涡轮叶片先进结构设计(1)高低压涡轮对转技术高低压对转涡轮结构是高负荷单级高压涡轮后接对转无导叶低压涡轮。
IHPTET计划中的GE公司COPE涡轮方案验证了这一技术。
F136发动机就采用了此结构。
F119发动机虽然也使用了高低压涡轮反转技术,但其高压涡轮和低压涡轮之间仍带有导叶。
无导叶对转涡轮技术不仅可用在军用涡扇发动机上,也可用于民用涡扇发动机。
(2)双幅板涡轮盘采用当前的镍基合金制造的常规(单辐板)高压涡轮盘其AN2值已达到极限,面临的局面是,提高AN2值必须有突破性技术的支持。
因此,双辐板盘(图7)成为提高AN2的研究重点。
双辐板盘在结构传力路线和AN2方面比常规高压涡轮盘有明显的优势。
普惠公司在先进涡轮发动机燃气发生器XTC67/1上实验了焊接的双辐板高压涡轮盘技术,验证了涡轮盘重量减轻17%,同时转速提高9%。
图7. IHPTET中双辐板涡轮盘(3)可变面积涡轮导向器GE发展了四代变循环发动机:在第二代变循环发动机(GE21)的研制中实现了可调面积低压涡轮导向器技术突破;在第三代变循环发动机(F120)的研制中实现了可调面积高压涡轮导向器技术突破,并实现了发动机空中试飞验证;第四代变循环发动机是COPE方案,在GE与艾利逊公司(AADC)(RR参与)联合研究的COPE方案中关键技术之一就是高效可调面积高压涡轮导向器,采用了一种独特的凸轮驱动结构解决过去变面积导向器的冷却漏气引起的性能损失问题,能使部分推力状态下SFC降低10%~25%。
日本在高超声速运输机推进系统研究计划下研究的组合循环发动机,其低速推进系统选用变循环涡扇发动机,低压涡轮采用了可变面积导向器,用于控制发动机的涵道比和调整高/低压涡轮的功率分配。
先进耐高温材料与工艺(1)陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料在不带冷却的条件下耐温能力高达1650K以上,密度却是传统叶片材料的三分之一,热膨胀系数是传统镍基合金的四分之一。
在大型军用涡扇发动机中,目前已经得到成功验证的陶瓷基复合材料涡轮部件主要有:涡轮间过渡段机匣部件,使冷却空气减少了100%,重量减轻50%;低压涡轮导叶,减重的同时减少了冷却气流;高压涡轮空心导叶,与典型的镍基合金导叶相比,重量减轻50%,冷却空气量减少20%。
美国在IHPTET计划下开发了无冷却陶瓷基低压涡轮和端壁(如图8),并已用于F136发动机未来发展型。
图8. IHPTET计划开发的陶瓷基低压涡轮叶片和陶瓷基涡轮端壁(2)高温金属间化合物金属间化合物具有重量轻、耐高温、提高部件效率等优点,在涡轮部件中的应用主要是低压涡轮后面几级的叶片。
具体的研究对象主要有:钛铝、铌铝、二硅化钼、二硅化铌。
涡轮叶片历来用铸造,为了减轻重量而采用金属间化合物材料,使涡轮部件结构和设计复杂化,从而改变了涡轮叶片的加工技术。
(3)热障涂层热障涂层应用对象是工作温度超过1250℃的涡轮工作叶片表面。
电子束物理气相沉积热障涂层具有良好的热疲劳特性,可用于高压涡轮叶片。
微层压(Micro-Laminate)热障涂层可用于涡轮导向叶片和工作叶片。
这些先进热障涂层的导热率和重量都大大降低,能有效提高涡轮叶片的工作温度,保证叶片寿命。
目前,国外正在研制耐温水平150度以上的热障涂层。
叶尖间隙主动控制技术涡轮叶尖间隙主动控制技术是一项通过控制涡轮叶尖间隙的变化来降低发动机耗油率、污染物的排放,提高可靠性和延长使用寿命的重要技术措施。
高压涡轮叶尖间隙减小0.254毫M可减小1%的耗油率,排气温度减低10°C。
主动间隙控制的目标就是让涡轮叶尖间隙在发动机工作过程中,尤其是在巡航状态下保持一个最小值,同时又能保证在整个发动机飞行包线内叶尖和涡轮外环不会发生碰磨。
在高压涡轮采用主动间隙控制比压气机和低压涡轮有更加突出的好处,减小高压涡轮叶尖间隙所得的效益是低压涡轮的4倍,高压压气机的2倍,而在运输机上获得的效益又是战斗机的2倍。
在大涵道比航空燃气涡轮发动机上广泛采用主动间隙控制技术。
目前,热控制方法的主动间隙控制得到了广泛的应用。
如CFM56、PW4000、V2500、GE90等都采用的是主动热控制方法。
但由于主动热控制方法存在响应速度慢且无反馈信息,而无法精确控制间隙的原因,国外正在大力开展机械控制、压力控制等研究和验证,预计在不久的将来这些新的主动间隙控制方法会在大涵道比航空发动机和航改燃机上得到广泛应用。
先进刷式封严技术刷式封严技术最初是上世纪七十年代初英国罗罗公司提出的一种新型密封技术。
这种新型密封结构可大大降低航空发动机空气系统的气流量损失,增加推力,降低耗油率,显著提高发动机性能。
刷式封严是一种接触式密封,与传统的篦齿封严相比,重量轻、易于更换。
GE公司的实验表明刷式密封的泄漏量只有篦齿密封的5%~10%。
德国MTU公司的研究也发现,用刷式封严代替压气机和涡轮处的篦齿封严,则发动机的泄漏量可减少80%,相应的发动机耗油量能减小至少1%。
1989年V2500-A1发动机成为以刷式密封取得执照的第一台生产型航空发动机。
英国牛津大学于1990年提出了“压力平衡型低滞后效应的刷式封严”的专利设计,这种结构已经在GE90发动机的实验中通过了验证。
在高密封压力、高环境温度和高表面速度的环境下,刷式封严存在刷丝掉毛现象,同时也存在密封的滞后效应,MTU研制了一种新型的刷式封严结构以解决此问题。