Poliitiliste, sõjaliste ja majanduslike tegurite mõjul on lennukimootorite tehnoloogia areng kiirem kui gaasiturbiinide oma. Gaasiturbiinidel ja lennukimootoritel on lai valik tehnilisi ühisjooni ning neid saab jagada projekteerimissüsteemides, tootmissüsteemides, talendisüsteemides ja katsesüsteemides. Seetõttu on suure turunõudluse ja gaasiturbiinide ilmsete rakenduseeliste põhjal saanud tööstusharu konsensuseks gaasiturbiinide väljatöötamine, mis põhinevad suure jõudlusega, küpsetel lennukimootoritel ning arenenud tööstustehnoloogiatel ja projekteerimismeetoditel. Lennukimootorite tehnoloogia ülekandmiseks gaasiturbiinidele on kaks võimalust, nagu on näidatud joonisel 1: üks on küpsete õhusõidukite mootorite otsene muutmine ja tuletamine, et moodustada lennukitest valmistatud gaasiturbiine; teine on lennukimootorite tehnoloogia siirdamine raskeveokite gaasiturbiinidesse ning raskeveokite gaasiturbiinide uue põlvkonna uurimine ja väljatöötamine.
Aero-derivatiivsete gaasiturbiinide arengulugu
Koos lennukimootorite tehnoloogia arendamise ja täiustatud tsüklitehnoloogia rakendamisega on lennukitest tuletatud gaasiturbiinide tehniline arendusprotsess läbinud tehnoloogia uurimise etapi, tehnoloogia arendamise etapi ja täiustatud tsükli rakendamise etapi, realiseerides lennukite derivaatide väljatöötamise. gaasiturbiinid alates lihtsast modifikatsioonist kuni suure jõudlusega tuumamootori optimeerimise disainini, lihtsast tsüklist kuni keeruka tsüklirakenduseni, alates lennukimootorite küpse disainisüsteemi ja materjalisüsteemi pärimisest kuni mootorite projekteerimiseni. uued komponendid ja uute materjalide kasutamine, mis on võimaldanud lennukite gaasiturbiinide projekteerimise taset, jõudlust, töökindlust ja eluiga saavutada märkimisväärset arengut.
Tehnoloogia uurimise etapp
1943. aastal töötati edukalt välja maailma esimene lennukitest valmistatud gaasiturbiin. Pärast seda kavandasid Rolls-Royce, GE ja Pratt & Whitney esimese partii lennukitest valmistatud gaasiturbiine, mis põhinesid küpsetel lennukimootorite modifikatsioonidel, sealhulgas tööstuslikud Avon, tööstuslikud Olympus, Spey gaasiturbiinid, LM1500 ja FT4. Selles etapis oli lennukitest tuletatud gaasiturbiinide tehnoloogia uurimisperioodil. Struktuur päris otse lennuki mootori südamiku ja väljundvõimsus saavutati sobiva jõuturbiini varustamisega; masina üldine jõudlus ei olnud kõrge ja tsükli efektiivsus oli üldiselt alla 30%; algtemperatuur enne turbiini oli alla 1000 kraadi ja rõhusuhe oli 4:10; kompressor oli üldiselt allahelikiirusega; turbiini labad kasutasid lihtsat õhkjahutustehnoloogiat; kasutatud materjaliks oli esialgne kõrgtemperatuuriline sulam; juhtimissüsteemis kasutati üldiselt mehaanilist hüdraulilist või analoogelektroonilist reguleerimissüsteemi.
Tehnoloogia arendamise etapp
Aeromootorite arenenud rakendusega on aeroderiveeritud gaasiturbiinide kiireks arendamiseks tagatud suure jõudlusega, suure töökindlusega algmasinad ja täiustatud disainitehnoloogiad. Samal ajal on Ühendkuningriigi, Ameerika Ühendriikide ja teiste riikide merevägede nõudlus täiustatud lennukigaasiturbiinide järele pakkunud ka laialdast rakendusetappi, mis on võimaldanud aeroderiveeritud gaasiturbiinidel kiiresti areneda ja oluliselt parandada nende jõudlust. Käivitatud on hea jõudlusega ja suure töökindlusega aeroderiveeritud gaasiturbiine. . Nagu LM2500 seeria, tööstuslik Trent, FT4000 ja MT30 jne, kasutatakse laialdaselt laevade elektrienergia, elektritootmise ja muudes valdkondades.
Tehnoloogilise arendusjärgus olevate lennukite gaasiturbiinide kuumad komponendid kasutavad üldiselt ülisulameid ja kaitsekatteid, et parandada temperatuurikindlust ning rakendada täiustatud õhkjahutustehnoloogiat ja vähese saastega põlemistehnoloogiat; algtemperatuur enne turbiini 1400 kraadini jõudmist, võimsus võib ulatuda 40-50MW, üksiku üksuse soojuslik kasutegur ületab 40% ja kombineeritud tsükli kasutegur võib ulatuda 60%ni; kasutatakse digitaalset elektroonilist juhtimissüsteemi ning juhtimise täpsus ja juhtimise jõudlus on oluliselt paranenud.
Rakendage täiustatud tsükleid
Kuna aeroderivatiivsete gaasiturbiinide kõrge jõudluse, eriti kütusekulu, väljundvõimsuse ja muude näitajate nõuded suurenevad, on täiustatud tsükliga aeroderivatiivsed gaasiturbiinid omandanud laialdase inseneripraktika. Vahejahutuse või vahejahutusega soojustagastustsükli lisamine gaasiturbiini termilise tsükli alusel võib oluliselt parandada aeroderiveeritud gaasiturbiini väljundvõimsust ja madalaid töötingimusi. Näiteks LMS100 vahejahutusega gaasiturbiini võimsustase ulatub 100MW-ni ja kasutegur on lausa 46%. WR21 vahejahutusega rekuperatsioonigaasiturbiini termiline kasutegur madalatel töötingimustel on palju kõrgem kui lihtsa tsükliga gaasiturbiini oma. Laeva jõuna parandab see oluliselt laeva ökonoomsust ja lahinguraadiust.
Vahejahutusega või vahejahutusega soojustagastustsükleid kasutavate täiustatud tsükliga aeroderiveeritud gaasiturbiinide väljundvõimsust on oluliselt suurendatud ja soojuslikku efektiivsust kõigis töötingimustes on parandatud. Näiteks võib võimsus ulatuda 100 MW-ni ja soojuslik kasutegur projekteerimispunktis on kuni 46%; madalate töötingimuste jõudlus on oluliselt paranenud, soojuslik efektiivsus võib ulatuda 40% -ni 50% koormuse korral; vahejahutus vähendab kõrgsurvekompressori erivõimsust ja kogu masina kavandatud rõhusuhe võib ulatuda üle 40.
Tehnoloogia arendamise mudel
Arenguajalugu vaadates on lennukitest tuletatud gaasiturbiinidel tehnilised arendusmudelid, nagu sugupuu arendamine, seeriaarendus, täiustatud tsüklitehnoloogia kasutuselevõtt ja kombineeritud tsükli režiimi rakendamine.
Genealoogiline areng
Genealoogiline arendus on erinevat tüüpi ja erineva võimsusega gaasiturbiinide väljatöötamine ühel ja samal lennukimootoril, mis peegeldab täielikult lennundusest tuletatud gaasiturbiinide omadusi: "üks masin alusena, mis vastab mitmele kasutusotstarbele, säästab tsükleid, vähendab kulusid, tuletades mitut tüüpi ja moodustades spektri."
Võttes näiteks lennukimootori CF6-80C2, kasutab gaasiturbiin LM6000 otse CF6-80C2 südamikumootorit ja säilitab madalrõhuturbiini maksimaalse mitmekülgsuse; LMS100 pärib CF6-80C2 põhimootoritehnoloogia, ühendab F-klassi raskeveokite gaasiturbiinitehnoloogia ja vahejahutustehnoloogia ning selle võimsus on 100 MW; MS9001G/H kasutab täielikult CF6-80C2 lennukimootori küpset tehnoloogiat ja tänu kombinatsioonile raskeveokite gaasiturbiinitehnoloogiaga tõstetakse turbiinieelset temperatuuri 1287 kraadilt F-klassi tasemele. 1430 kraadi ja võimsus ulatub 282MW-ni. Kolme tüüpi gaasiturbiinide edukas väljatöötamine on võimaldanud CF6-80C2 lennukimootori lennundusel arendamisel saavutada "üks masin, millel on mitut tüüpi, arendades erinevat tüüpi ja erineva võimsusega gaasiturbiine".
Sarja arendus
Seeriaarendus on eduka gaasiturbiini põhjal pidev täiendamine ja täiustamine, jõudluse parandamine ja heitkoguste vähendamine, et saavutada lennukitest valmistatud gaasiturbiinide seeriaarendus, mille hulgas on LM2500 seeria kõige tüüpilisem, nagu näidatud. joonisel 2. LM2500 gaasiturbiin kasutab algmootori TF39/CF6-6 südamikumootorit ja muudab madalrõhuturbiini algmootor jõuturbiiniks; LM2500+ gaasiturbiin lisab ühe astme LM2500 gaasiturbiini kompressori ette, et parandada õhumassi voolu ja väljundvõimsust; LM2500+G4 suurendab gaasiturbiini õhuvoolu kiirust, parandades kompressori laba profiili ja suurendades turbiini kõri pindala LM2500+ alusel, et saavutada väljundvõimsuse pideva parandamise eesmärk võimsus. LM2500 seeriarendi arendamisel uuendatakse ja täiustatakse toodet pidevalt, võimsusvahemikus 20–35 MW ning seadmete arv üle maailma ületab 1,000 ühikut, mis teeb sellest seni kõige laialdasemalt kasutatava mudeli. .
Arendamise ja tootmise keerukusest tingituna on edukal gaasiturbiinil põhinev seeriaarendus oluline lennukite gaasiturbiinide tehniline arendusmudel, mille eesmärk on pidevalt uuendada ja täiustada, parandada jõudlust ja vähendada heitkoguseid. Lennukitest tuletatud gaasiturbiinide jadaarendus on sarnane sugupuu arendusega, mis ei saa mitte ainult lühendada arendustsüklit, vaid tagada ka parema töökindluse ja edasimineku ning oluliselt vähendada projekteerimis-, arendus-, katsetamis- ja tootmiskulusid.
Tõhusus
Tõhususe parandamise eesmärk on pidevalt parandada kogu masina jõudlust, eriti kogu masina väljundvõimsust ja soojuslikku efektiivsust kõikides töötingimustes. Peamised viisid on järgmised.
Üks neist on täiustatud tsüklite rakendamine. Täiustatud tsüklite rakendamine võib pidevalt parandada aeroderiveeritud gaasiturbiinide jõudlust, näiteks kuumutustsükkel, auru uuesti sissepritse tsükkel, keemilise rekuperatsiooni tsükkel, märja õhu tsükkel, seeria märja õhu täiustatud turbiinitsükkel ja Kalina tsükkel jne. Pärast täiustatud tsükli rakendamist mitte ainult ei parane aeroderivatiivse gaasiturbiini seadme jõudlus, vaid paraneb oluliselt ka kogu seadme võimsus ja soojuslik kasutegur ning lämmastikoksiidi heitkogused vähenevad oluliselt.
Teine on suure tõhususega komponentide disain. Kõrge kasuteguriga komponentide disain keskendub tõhusale kompressori konstruktsioonile ja suure kasuteguriga turbiini konstruktsioonile. Kõrge kasuteguriga kompressori konstruktsioon aitab jätkuvalt ületada tehnilisi raskusi, mis on seotud suure kiiruse ja suure tõhususega ning madala kiiruse ja suure liigpinge piiriga, millega kompressorid silmitsi seisavad. Nagu on näidatud joonisel 3, areneb turbiinide konstruktsioon jätkuvalt kõrge efektiivsuse, kõrge temperatuuritaluvuse ja pika eluea suunas.
