Содержание
Rolls-Royce испытывает авиационные двигатели нового поколения с 3D-печатными деталями
Новости
Подпишитесь на автора
Подписаться
Не хочу
4
Rolls-Royce проводит испытания технологических демонстраторов реактивных авиационных двигателей нового поколения. В силовых установках Advance3 используются керамоматричные композиционные материалы и металлические детали, изготовленные на 3D-принтере.
Аддитивное производство быстро становится стандартом в авиационном двигателестроении. Наиболее известный пример – это турбореактивные двигатели CFM LEAP производства американской корпорации General Electric и французского концерна Safran. Такими силовыми установками оснащаются авиалайнеры Airbus A320neo, Boeing 737 MAX и COMAC C919. Двигатели используют топливные форсунки производства аддитивной фабрики GE Aviation в Алабаме, на днях отрапортовавшей о поставке тридцатитысячной 3D-печатной детали.
Другой пример – российский двигатель ПД-14, разработанный в «ОДК-Авиадвигатель» с производством на заводе АО «ОДК-Пермские авиамоторы». ПД-14 будет устанавливаться на проходящие испытания ближне-среднемагистральные авиалайнеры МС-21. Двигатели используют 3D-печатные завихрители камер сгорания, изготовленные методом селективного лазерного наплавления специалистами Всероссийского института авиационных материалов (ВИАМ). Сертификация ПД-14 должна завершиться в ближайшее время, после чего начнутся летные испытания MC-21 с новыми силовыми установками.
Rolls-Royce, со своей стороны, использует аддитивные технологии как минимум с 2014 года, когда компания провела испытания двигателя популярного семейства Trent с 3D-печатным корпусом переднего подшипника, служащего основой для вентилятора с 48 лопатками. На тот момент полутораметровая в диаметре деталь была самым большим 3D-печатным авиационным компонентом. Что интересно, в производстве использовался 3D-принтер шведской компании Arcam AB, работающий по технологии электронного лучевого наплавления металлопорошковых композиций.
С тех пор компанию Arcam выкупил главный конкурент Rolls-Royce на рынке авиационного двигателестроения – вышеупомянутая корпорация General Electric. Перейдет ли Rolls-Royce на аддитивное оборудование от других производителей, пока не оговаривается.
Тем временем британская компания работает над развитием двигателей Trent. Речь идет о технологических демонстраторах Advance3, которые должны стать основой для турбовентиляторных двигателей UltraFan. Начало серийного производства последних предварительно намечено на 2025 год. Пока же Advance3 проходит стендовые испытания, накрутив уже более ста часов, включая работу на полной мощности.
Конструкция двигателя состоит из более чем двухсот тысяч деталей, в том числе изготовленных из новейших керамоматричных композитов с повышенной износостойкостью при эксплуатации на высоких температурах, а также металлических деталей, напечатанных на 3D-принтере. Аддитивное производство позволяет быстро менять дизайн и производить функциональные прототипы для испытаний, а также повышать эффективность компонентов за счет более совершенной архитектуры и оптимальных весовых характеристик.
Инженеры рассчитывают, что комбинация новых материалов и производственных технологий позволит снизить расход топлива на 25% в сравнении с двигателями Trent первого поколения.
«Испытания пока что проходят совершенное беспроблемно, и это выдающееся достижение, если учитывать, что это двигатель с множеством новых технологий и полностью новой архитектурой внутреннего контура. Мы завершили первую фазу испытаний и сейчас анализируем результаты. Мы довольны тем, что видим в плане эффективности керамоматричных композитов и 3D-печатных деталей», – прокомментировал главный инженер Эш Оуэн.
А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу [email protected].
Подпишитесь на автора
Подписаться
Не хочу
4
ЦИАМ
ЦИАМ
|
|
6.
2.6: Форсунки — Инженерные тексты LibreText
-
- Последнее обновление
- Сохранить как PDF
- Идентификатор страницы
- 78143
- Мануэль Солер Арнедо
- Universidad Carlos III de Madrid
Конечная ступень реактивного двигателя — сопло. Сопло выполняет три функции, а именно: а) создание тяги; b) отводить выхлопные газы обратно в условия свободного потока; и c) установить массовый расход через двигатель, установив площадь выхлопа. Сопло расположено за турбиной. 3
Существуют различные формы и размеры в зависимости от типа характеристик самолета. Простые турбореактивные и турбовинтовые двигатели обычно имеют сужающиеся сопла фиксированной геометрии.
В турбовентиляторных двигателях иногда используется кольцевое сопло, в котором основной поток выходит из центрального сопла, а поток вентилятора выходит из кольцевого сопла. Турбореактивные двигатели с дожиганием и некоторые турбовентиляторные двигатели часто имеют сужающиеся-расходящиеся сопла с изменяемой геометрией (также называемые соплами Лаваля), где поток сначала сжимается, чтобы течь через сужающуюся горловину, а затем расширяется (обычно до сверхзвуковых скоростей) через расходящийся раздел.
Рис. 6.10: Сопло сужающееся-расширяющееся. С левой стороны на рисунке показана приблизительная скорость потока (\(v\)), а также влияние на температуру (\(T\)) и давление (\(p\)).
Перейдем теперь к краткому анализу уравнений эволюции течения в сопле. Сопло не производит работы над потоком, поэтому и температуру торможения, и давление торможения можно считать постоянными. Вспоминая номер станции с рисунка 6.2, запишем: 9{\tfrac{\gamma}{(\gamma — 1)}} = 1,\nonnumber\]
, где 5 соответствует выходному отверстию турбины, а 8 — горловине сопла.
Давление торможения на выходе из сопла равно статическому давлению в набегающем потоке, если выходящий поток не расширяется до сверхзвуковых условий (конвергентно-расширяющееся сопло). Коэффициент давления в форсунке (NPR) определяется как:
\[NPR = \dfrac{p_{8t}}{p_8} = \dfrac{p_0}{p_8},\]
, где \(p_{8t}\) — давление в соплах торможения или статическое давление набегающего потока. Для определения общего давления в горловине сопла \(p_8\) используется термин, называемый отношением общего давления в двигателе (EPR). EPR определяется как отношение полного давления в двигателе и может быть выражено следующим образом:
\[ЭПР = \dfrac{p_{8t}}{p_{2t}} = \dfrac{p_{3t}}{p_{2t}} \dfrac{p_{4t}}{p_{3t}} \dfrac {p_{5t}}{p_{4t}} \dfrac{p_{8t}}{p_{5t}},\]
, где представлены ступени компрессора, камеры сгорания, турбины и сопла.
Аналогично, температурный коэффициент двигателя (ETR) может быть выражен как:
\[ETR = \dfrac{T_{8t}}{T_{2t}} = \dfrac{T_{3t}}{T_{2t}} \dfrac{T_{4t}}{T_{3t}} \dfrac {T_{5t}}{T_{4t}} \dfrac{T_{8t}}{T_{5t}},\]
, по которому можно рассчитать температуру торможения сопла (\(T_{8t}\)) .
9{\tfrac{\gamma — 1}{\gamma}} \right ]},\]
где \(\eta_n\) — эффективность форсунки, которая обычно очень близка к 1.
Уравнения производительности сопла работают так же хорошо для ракетных двигателей, за исключением того, что сопла ракет всегда расширяют поток до некоторой сверхзвуковой выходной скорости.
Таким образом, установлены все необходимые соотношения между элементами реактивного двигателя для получения тяги, развиваемой реактивным двигателем. Обратите внимание, что, как уже было указано в уравнении (6.1.1.1), тяга будет:
\[Тяга = \dot{m} \cdot (u_e — u_0).\]
3. Обратите внимание, что в этом описании основных элементов реактивного двигателя форсажная камера опущена. Если бы он был (в принципе, для сверхзвуковых самолетов), он бы располагался за турбиной и перед соплом.
Эта страница под названием 6.2.6: Форсунки публикуется в соответствии с лицензией CC BY-SA 3.0 и была создана, изменена и/или курирована Мануэлем Солером Арнедо с использованием исходного контента, который был отредактирован в соответствии со стилем и стандартами платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.
- Наверх
-
- Была ли эта статья полезной?
-
- Тип изделия
- Раздел или Страница
- Автор
- Мануэль Солер Арнедо
- Лицензия
- CC BY-SA
- Версия лицензии
- 3,0
- Показать оглавление
- нет
-
- Теги
-
- источник@http://www.aerospaceengineering.es
аэродинамика.
Почему сопла реактивных двигателей с регулируемой площадью в основном используются только в военных целях?
Итак, вы спросите: «Почему в реактивных двигателях с форсажной камерой используются сопла с изменяемым сечением?»
Такие двигатели могут использоваться в военных или коммерческих целях, но используются для приведения самолета в сверхзвуковой режим. «Конкорд» был образцом невоенного сверхзвукового самолета, двигатели на котором были форсажными.
Существует одна основная причина, по которой площадь сопла изменяется, и она заключается в том, чтобы «поддерживать воздушный поток двигателя».
Производительность сопла для сужающегося сопла:
График производительности сопла показывает параметр расхода — Wg·Sqrt(Tt)/[Pt·A] — в зависимости от соотношения давлений в сопле — Pt8/Ps8, где:
Wg = расход воздуха плюс побочные продукты сгорания, следовательно, загрязненный воздух
Tt = общая температура
Pt = общее давление
A = площадь горловины сопла
Pt8 = общее давление на горловине сопла
Ps8 = статическое давление на горловине сопла
достигает максимума при М = 1 (число Маха горловины сопла = 1).
Значение параметра потока составляет около 0,5318.
Wg Sqrt(Tt)/[Pt A] = f(M,k,R), где
k = коэффициент удельной теплоемкости,
R = газовая постоянная
Без форсажной камеры
Во время работы всухую на «военной мощности» двигатель находится в расчетной точке, при 100% скорости компрессора и расчетной точке турбины, если компрессор и турбина спроектированы так, чтобы иметь хорошую точку согласования (термодинамическая и аэродинамическая ).
В этот момент параметр потока на срезе сопла максимален ~= 0,5318.
С форсажной камерой
Если включить форсажную камеру, то общая температура в сопле Tt8 резко возрастает. Предположим, температура удвоится?
, то Sqrt(2·Tt8) = 1,4·Sqrt(Tt8), и у вас в 1,4 раза больше параметра дросселированного потока в горловине.
Но параметр потока не может увеличиваться, поэтому происходит то, что поток воздуха уменьшается в 1,4 раза. И откуда берется этот воздушный поток? От выхода турбины, который идет от выхода горелки, который идет от выхода компрессора, который идет от входа компрессора.