Politisko, militāro un ekonomisko faktoru ietekmē lidmašīnu dzinēju tehnoloģiju attīstība ir straujāka nekā gāzes turbīnu. Gāzes turbīnām un lidmašīnu dzinējiem ir plašs tehnisko kopību klāsts, un tos var koplietot projektēšanas sistēmās, ražošanas sistēmās, talantu sistēmās un testēšanas sistēmās. Tāpēc, pamatojoties uz milzīgo tirgus pieprasījumu un acīmredzamajām gāzturbīnu lietošanas priekšrocībām, ir kļuvis par nozares vienprātību izstrādāt gāzes turbīnas, kuru pamatā ir augstas veiktspējas, nobrieduši lidaparātu dzinēji un progresīvas rūpnieciskās tehnoloģijas un projektēšanas metodes. Ir divi veidi, kā gaisa kuģu dzinēju tehnoloģiju pārnest uz gāzturbīnām, kā parādīts 1. attēlā: viens ir tieši modificēt un iegūt nobriedušus gaisa kuģu dzinējus, lai izveidotu aviācijas gāzturbīnas; otrs ir lidmašīnas dzinēju tehnoloģiju pārstādīšana lieljaudas gāzes turbīnās un jaunas paaudzes lieljaudas gāzes turbīnu izpēte un izstrāde.
Aeroatvasinātu gāzturbīnu attīstības vēsture
Līdz ar aviācijas dzinēju tehnoloģiju attīstību un progresīvu cikla tehnoloģiju pielietošanu, aviācijas atvasinājumu gāzturbīnu tehniskās izstrādes process ir izgājis tehnoloģiju izpētes, tehnoloģiju izstrādes un uzlabotā cikla lietošanas posmu, realizējot aviācijas atvasinājumu izstrādi. gāzturbīnas no vienkāršas modifikācijas līdz augstas veiktspējas kodola dzinēja optimizācijas projektēšanai, no vienkārša cikla līdz sarežģīta cikla pielietojumam, no aviācijas dzinēju nobriedušās konstrukcijas sistēmas un materiālu sistēmas mantošanas līdz dzinēju projektēšanai. jaunas sastāvdaļas un jaunu materiālu pielietojums, kas ir ļāvis panākt ievērojamu attīstību aviācijas gāzturbīnu konstrukcijas līmenī, veiktspējā, uzticamībā un kalpošanas laikā.
Tehnoloģiju izpētes posms
1943. gadā tika veiksmīgi izstrādāta pasaulē pirmā aviācijas gāzes turbīna. Pēc tam Rolls-Royce, GE un Pratt & Whitney izstrādāja pirmo aviācijas gāzturbīnu partiju, kas balstīta uz nobriedušu lidaparātu dzinēju modifikācijām, tostarp rūpnieciskajām Avon, rūpnieciskajām Olympus, Spey gāzes turbīnām, LM1500 un FT4. Šajā posmā aviācijas atvasinājumu gāzturbīnu tehnoloģija atradās izpētes periodā. Struktūra tieši pārņēma lidmašīnas dzinēja kodolu, un izejas jauda tika sasniegta, aprīkojot piemērotu jaudas turbīnu; mašīnas kopējā veiktspēja nebija augsta, un cikla efektivitāte parasti bija mazāka par 30%; sākotnējā temperatūra pirms turbīnas bija mazāka par 1000 grādiem, un spiediena attiecība bija 4 pret 10; kompresors parasti bija zemskaņas; turbīnu lāpstiņas izmantoja vienkāršu gaisa dzesēšanas tehnoloģiju; izmantotais materiāls bija sākotnējais augstas temperatūras sakausējums; vadības sistēma parasti izmantoja mehānisko hidraulisko vai analogo elektronisko regulēšanas sistēmu.
Tehnoloģiju attīstības posms
Ar nobriedušu aerodzinēju pielietojumu ir nodrošinātas augstas veiktspējas, augstas uzticamības pamatmašīnas un progresīvas projektēšanas tehnoloģijas, lai strauji attīstītu gāzturbīnas, kas ražotas no aviācijas. Tajā pašā laikā Apvienotās Karalistes, ASV un citu valstu flotes pieprasījums pēc modernām aviācijas gāzturbīnām ir nodrošinājis arī plašu pielietojuma posmu, kas ļāvis aviācijas atvasinātajām gāzturbīnām strauji attīstīties un būtiski uzlabot to veiktspēju. Ir izlaista virkne aeroatvasinātu gāzturbīnu ar labu veiktspēju un augstu uzticamību. . Piemēram, LM2500 sērija, rūpnieciskie Trent, FT4000 un MT30 utt., Tiek plaši izmantoti kuģu enerģijā, elektroenerģijas ražošanā un citās jomās.
Aviācijas atvasinātu gāzturbīnu karstā gala komponenti tehnoloģiskās izstrādes stadijā parasti izmanto supersakausējumus un aizsargpārklājumus, lai uzlabotu temperatūras izturību, kā arī tiek izmantota uzlabota gaisa dzesēšanas tehnoloģija un zema piesārņojuma sadegšanas tehnoloģija; sākotnējā temperatūra, pirms turbīna sasniedz 1400 grādus, jauda var sasniegt 40-50MW, viena bloka siltuma efektivitāte pārsniedz 40%, un kombinētā cikla efektivitāte var sasniegt 60%; tiek izmantota digitālā elektroniskā vadības sistēma, un vadības precizitāte un vadības veiktspēja ir ievērojami uzlabota.
Izmantojiet uzlabotos ciklus
Palielinoties prasībām pēc augstas veiktspējas gāzturbīnām, kas ražotas no aviācijas atvasinājumiem, īpaši degvielas patēriņam, izejas jaudai un citiem rādītājiem, progresīvā cikla aeroatvasinātās gāzturbīnas ir ieguvušas plašu inženiertehnisko praksi. Starpdzesēšanas vai starpdzesēšanas siltuma reģenerācijas cikla pievienošana, pamatojoties uz gāzturbīnas termisko ciklu, var ievērojami uzlabot aviācijas atvasinātās gāzes turbīnas izejas jaudu un zemu darbības apstākļu veiktspēju. Piemēram, LMS100 starpdzesētās gāzes turbīnas jaudas līmenis sasniedz 100MW un efektivitāte ir pat 46%. WR21 starpdzesēšanas rekuperācijas gāzes turbīnas termiskā efektivitāte zemos darbības apstākļos ir daudz augstāka nekā vienkārša cikla gāzes turbīnai. Kā kuģa spēks tas ievērojami uzlabo kuģa ekonomiju un kaujas rādiusu.
Uzlabota cikla aeroatvasināto gāzturbīnu izejas jauda, kas izmanto starpdzesēšanas vai starpdzesēšanas siltuma atgūšanas ciklus, ir ievērojami palielināta, un ir uzlabota termiskā efektivitāte visos darbības apstākļos. Piemēram, jaudas līmenis var sasniegt 100MW, un siltuma efektivitāte projektēšanas punktā ir pat 46%; zemā darbības stāvokļa veiktspēja ir ievērojami uzlabota, termiskā efektivitāte var sasniegt 40% ar 50% slodzi; starpdzesēšana samazina augstspiediena kompresora īpatnējo jaudu, un visas mašīnas projektētā spiediena attiecība var sasniegt vairāk nekā 40.
Tehnoloģiju attīstības modelis
Aplūkojot attīstības vēsturi, aeronavigācijas gāzturbīnām ir tehniski attīstības modeļi, piemēram, ciltsrakstu izstrāde, sērijveida izstrāde, progresīva cikla tehnoloģiju pieņemšana un kombinētā cikla režīma pielietošana.
Ģenealoģiskā attīstība
Ģenealoģiskā attīstība ir dažādu tipu un jaudas līmeņu gāzturbīnu izstrāde, pamatojoties uz vienu un to pašu gaisa kuģa dzinēju, kas pilnībā atspoguļo aviācijas atvasināto gāzturbīnu īpašības: "viena mašīna kā pamats, kas atbilst vairākiem lietojumiem, ietaupa ciklus, samazina izmaksas, atvasinot vairākus tipus un veidojot spektru."
Ņemot par piemēru lidmašīnas dzinēju CF6-80C2, LM6000 gāzes turbīna tieši izmanto CF6-80C2 kodola dzinēju un saglabā zema spiediena turbīnas maksimālo daudzpusību; LMS100 ir mantojis CF6-80C2 dzinēja pamattehnoloģiju, apvieno F klases lieljaudas gāzes turbīnu tehnoloģiju un starpdzesēšanas tehnoloģiju, un tā jauda ir 100 MW; MS9001G/H pilnībā izmanto CF6-80C2 lidmašīnas dzinēja nobriedušo tehnoloģiju, un, apvienojot to ar lieljaudas gāzturbīnu tehnoloģiju, temperatūra pirms turbīnas tiek paaugstināta no 1287 grādiem F klases 1430 grādi, un jauda sasniedz 282MW. Veiksmīgā trīs veidu gāzturbīnu izstrāde ir ļāvusi izstrādāt aviācijā balstītu CF6-80C2 gaisa kuģu dzinēju, lai panāktu "vienu mašīnu ar vairākiem tipiem, attīstot dažāda veida un jaudas gāzes turbīnas".
Sērijas izstrāde
Sērijveida izstrādes mērķis ir nepārtraukti uzlabot un uzlabot, uzlabot veiktspēju un samazināt emisijas, pamatojoties uz veiksmīgu gāzes turbīnu, lai panāktu aviācijas atvasinātu gāzturbīnu sērijveida izstrādi, starp kurām LM2500 sērija ir visizplatītākā, kā parādīts. 2. attēlā. LM2500 gāzes turbīna izmanto pamatdzinēja TF39/CF6-6 galveno dzinēju un maina zemspiediena turbīnu cilmes dzinējs jaudas turbīnai; LM2500+ gāzes turbīna pievieno vienu pakāpi LM2500 gāzturbīnas kompresora priekšā, lai uzlabotu gaisa masas plūsmu un izejas jaudu; LM2500+G4 palielina gāzturbīnas gaisa plūsmas ātrumu, uzlabojot kompresora lāpstiņas profilu un palielinot turbīnas rīkles laukumu, pamatojoties uz LM2500+, lai sasniegtu mērķi nepārtraukti uzlabot jaudu jauda. Līdz ar LM2500 sērijveida izstrādi produkts tiek nepārtraukti modernizēts un uzlabots, tā jaudas diapazons ir no 20 līdz 35 MW, un aprīkojuma skaits visā pasaulē pārsniedz 1,{16}} vienību, padarot to par līdz šim visplašāk izmantoto modeli. .
Izstrādes un ražošanas grūtību dēļ sērijveida izstrāde, kuras pamatā ir veiksmīga gāzturbīna, ir svarīgs aviācijas atvasinātu gāzturbīnu tehniskās attīstības modelis, kura mērķis ir nepārtraukti uzlabot un uzlabot, uzlabot veiktspēju un samazināt emisijas. Aviācijas atvasinātu gāzturbīnu sērijveida izstrāde ir līdzīga ciltsrakstu izstrādei, kas var ne tikai saīsināt izstrādes ciklu, bet arī nodrošināt labāku uzticamību un attīstību, kā arī ievērojami samazināt projektēšanas, izstrādes, testēšanas un ražošanas izmaksas.
Efektivitāte
Efektivitātes uzlabošanas mērķis ir nepārtraukti uzlabot visas iekārtas veiktspēju, jo īpaši visas iekārtas izejas jaudu un siltuma efektivitāti visos darbības apstākļos. Galvenie veidi ir šādi.
Viens no tiem ir uzlaboto ciklu pielietošana. Uzlabotu ciklu pielietošana var nepārtraukti uzlabot aviācijas atvasinājumu gāzturbīnu veiktspēju, piemēram, uzsildīšanas ciklu, tvaika atkārtotas iesmidzināšanas ciklu, ķīmiskās rekuperācijas ciklu, mitrā gaisa ciklu, sērijveida mitrā gaisa uzlaboto turbīnu ciklu un Kalina ciklu utt. Pēc uzlabotā cikla piemērošanas, tiks uzlabota ne tikai aviācijas atvasinātās gāzes turbīnas bloka veiktspēja, bet arī būtiski uzlabota visa bloka jauda un siltuma efektivitāte, un ievērojami samazināsies slāpekļa oksīda emisijas.
Otrais ir augstas efektivitātes komponentu dizains. Augstas efektivitātes komponentu dizains koncentrējas uz augstas efektivitātes kompresora konstrukciju un augstas efektivitātes turbīnu dizainu. Augstas efektivitātes kompresoru dizains turpinās pārvarēt tehniskās grūtības, kas saistītas ar lielu ātrumu un augstu efektivitāti, kā arī zema ātruma un liela pārsprieguma robežu, ar ko saskaras kompresori. Kā parādīts 3. attēlā, turbīnu konstrukcija turpinās attīstīties augstas efektivitātes, augstas temperatūras izturības un ilga mūža virzienā.
