路易威登,奥秘的巨细叶片压气机技能 | 航空发动机专题,官场岁月


北航官网材料图

相片上的这位专家是我国巨细叶片压气机技能领域的领军人物,中国工程院陈懋章院士,他手中拿的便是一个航空发起机用轴流式巨细叶片压气机转子。

那么这个巨细叶片压气机技能是一项怎样的技能呢?为了说清这个问题,首要咱们来回忆一下巨细叶片压气机技能的展开前史。1971年,美国空军航空推动试验室用惯例方案规划了一个单级压比高达3.0的轴流式压气机转子,可是试验证明各项功能目标完全不合格。为了解决问题,1974年Wennerstrom提出了一个巨细叶片转子的技能方案,可是遭到其时核算机技能水平的约束,缺少有用的技能剖析手法,规划的转子依然没有合格。直到上个世纪90年代初,全三维数值模仿技能引进到压气机规划剖析中,这项技能才获得打破。美国又重新开始了巨细叶片气动技能研讨。2001年1月第一台配装巨细叶片压气机的技能验证机(XTC56/ 1)于完结试验,到达规划目标。2002 年第二台技能验证机 ( XTC5612) 完结试验。在涡扇发起机运用研讨方面,单级巨细叶片压气机就能够到达 F1002PW2220 三级电扇的压比,展现出巨大的展开潜力。由此可见,轴流巨细叶片压气机技能是美国完成超高推重比发起机的中心技能之一。

上个世纪90年代,国内科研机构紧跟国外技能展开潮流,也展开了巨细叶片技能研讨。北京航空航天大学巨细叶片课题研讨组在陈懋章院士的带领下,经过全三维模仿剖析技能进行了很多的研讨作业,几乎在美国获得技能打破的同一时期也获得了技能打破。2002年头,以涡轴六发起机的轴流式压气机改善为布景,巨细叶片轴流压气机试验件在试验设备上完结了全尺度的功能试验,获得了令人满意的效果。改善后的发起机空气流量添加 7.27 % ,增压比添加 11.09 %,输出功率进步 20.79 %,耗油率下降2.67 %。充沛验证了巨细叶片技能理论的有用性,充沛展现了巨细叶片压气机技能的技能优势。选用巨细叶片轴流压气机的发起机安装在直八直升机进步行了试飞,经过各种试飞检测,发起机作业杰出 ,作业安稳,在温度 40 ℃的环境中,能够让直八直升机满载起飞,比原型机涡轴六功能有了明显进步。试飞的成功标志着我国在航空发起机前掠巨细叶片规划加工技能等方面获得了实质性打破。我国成为世界上第二个把握巨细叶片压气机技能的国家。这一技能效果终究用在了涡轴六发起机的改善上,这便是涡轴六C发起机的来历。


第十届珠海航展上展出的涡轴六C发起机

为赞誉中国工程院陈懋章院士在这一技能领域的奉献,2013年年末,中航工业决议颁发陈懋章院士“航空报国金奖”一等奖。2014年涡轴六C发起机在珠海航展进步行了展出。


巨细叶片技能原理

那么这个巨细叶片压气机是怎么完成功能进步的?咱们再来看看它的技能原理。巨细叶片压气机是为改善传统压气机的功率而呈现的,对传统的惯例压气机来说,惯性效果使得气流简单在压气机叶片反面发作别离,为了阻挠气流的别离,在最简单呈现气流别离的叶片通道后半部分部分添加小叶片。这样就能够按捺甚至消除气流别离,防止气流的拥堵,让气流更顺利的经过压气机。所以运用巨细叶片技能能够在坚持高的气动安稳性的一起,大幅削减电扇和压气机的级数,然后进步发起机的推重比或功重比。

自巨细叶片技能获得打破到现在现已十几年过去了,现在这一技能有哪些运用效果呢?咱们来总结一下,首要是上面提到过的涡轴六C发起机。然后还有涡轴九、涡轴十、涡轴十六、国产2000KW级先进涡轴,以及一些国产小涡扇发起机。它们别离归于不同类型的压气机,涡轴六C用的是轴流式巨细叶片压气机,涡轴九、涡轴十、涡轴十六用的是离心式巨细叶片压气机,国产2000KW级先进涡轴用的是斜流式巨细叶片压气机。


涡轴九发起机的离心式巨细叶片压气机

涡轴六C的轴流式巨细叶片压气机

涡轴十六的离心式巨细叶片压气机


涡轴十的离心式巨细叶片压气机


2000KW级先进涡轴的斜流式巨细叶片压气机


第十二届珠海航展上展出的一型小型涡扇发起机

这个国产小涡扇用的也是离心式巨细叶片压气机。我国方案于2016年研制成功的下一代推比15一级的中心计很有或许也会运用这一先进技能。

那么巨细叶片压气机技能具体能完成多少功能上的进步呢?经过揭露的技能文献咱们找到了一些材料。


巨细叶片技能相对于传统规划的技能优势

这是一个专利的介绍材料,咱们能够看到,巨细叶片压气机的单级压比从传统压气机的1.5左右进步到了1.75左右,并且功率也了相当大的进步。咱们或许觉得单级压比进步的不多,可是要知道压气机或电扇一般都是多级的,它们之间是乘积联系,多级相乘之后就压比进步就很多了。当然这个专利仅仅前期获得的技能效果。巨细叶片压气机技能的功能远远没有发挥出来。


用巨细叶片技能改善推比10一级发起机


后期的技能研讨标明用巨细叶片压气机技能潜力巨大,以改善现在推重比10一级压气机的功能为例,具体的规划核算标明,选用三级巨细叶片的中心压气机能够在压比、转速、喘振裕度不变的情况下,完成比现在的六级高压压气机轴向尺度削减30%~40%,分量减轻30%~40%,零件数量削减20%~30%,规划点功率进步1%。咱们知道整个发起机多半分量都在电扇和压气机部分,电扇和压气机能够到达这么好的减重效果,对整个发起机减重,进步推重比起着无足轻重的效果。


巨细叶片压气机的单级压比最高能够到达3以上


巨细叶片压气机的单级压比最高能够到达3以上,能够用单级巨细叶片压气机代替推比8涡扇发起机的3~4级电扇。能够比3级惯例电扇轴向长度削减30%~50%,仅此一项容易就能完成2~3个推重比的进步。国内涵研的单级电扇就有单级3.6个压比的记载。能够说在未来推比10~15一级的发起机,甚至推比20一级的发起机上咱们一定能看到巨细叶片压气机的身影。现在10个推重比的发起机根本结构是3-6-1-1,也便是三级电扇,六级高压压气机,一级高压涡轮,一级低压涡轮。用上巨细叶片技能后就会变成1-3-1-1结构,也便是一级电扇,三级高压压气机,一级高压涡轮,一级低压涡轮。以电扇为例,电扇从三级减为一级,不仅是电扇减了两级,一起静子叶片也少了两级,可见收益对错常可观的。整个发起机的结构能够大大简化,零件数量大大削减,体系可靠性也能获得很大进步。

综上所述,我国在航空发起机压气机技能上已是国际先进水平。信任跟着我国航空发起机技能的展开,巨细叶片压气机技能一定会获得越来越多的运用效果,我国的航空发起机技能也一定会获得国际领先地位。