渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的案例
多物理場(chǎng)仿真助力渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)降噪
飛機(jī)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的渦輪風(fēng)扇是主要的飛行噪聲源之一。過(guò)量的噪聲可能會(huì)引發(fā)一系列健康問(wèn)題，例如聽(tīng)力障礙、睡眠紊亂和壓力疾病。聲學(xué)建模可以幫助您優(yōu)化渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)，減少噪音污染及其負(fù)面影響。我們將通過(guò)噴射管教程模型，闡明使用聲學(xué)建模方法的好處。
為什么降噪對(duì)于渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)很重要
如果您乘坐過(guò)商用飛機(jī)，所在的航班很可能是由渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的。渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理是：將部分捕獲的空氣送入壓縮機(jī)，空氣經(jīng)壓縮后進(jìn)入燃燒室，和燃料混合燃燒，排出燃?xì)饪僧a(chǎn)生飛行推力。
上圖：渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。圖片由 K. Aainsqatsi 提供。在 CC BY-SA 3.0 許可下使用，通過(guò) Wikimedia Commons 分享。下圖：真實(shí)的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。圖片由 Sanjay Acharya 提供。在 CC BY-SA 3.0 許可下使用，通過(guò) Wikimedia Commons 分享。
近年來(lái)，渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)得到了極大改進(jìn)，尤其是降噪。知道為什么嗎？再次想象一下你正在乘坐飛機(jī)——發(fā)動(dòng)機(jī)一路在耳邊喧囂可不是什么愉快的經(jīng)歷。對(duì)于機(jī)場(chǎng)附近的居民來(lái)說(shuō)，飛機(jī)著陸和起飛時(shí)的巨大噪音會(huì)擾亂睡眠作息。因此，降低飛機(jī)及其發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的噪音成為了航空業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。
減少航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪風(fēng)扇的過(guò)量噪音為解決該問(wèn)題提供了一個(gè)可行的思路。利用 COMSOL Multiphysics? 軟件，您可以分析和優(yōu)化渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的輻射噪聲，從而實(shí)現(xiàn)降噪目標(biāo)。為了演示具體的操作流程，我們來(lái)看一看簡(jiǎn)化的噴射管教學(xué)模型。
通過(guò)分析風(fēng)扇噪聲優(yōu)化渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)
為了高效地分析渦輪風(fēng)扇航空發(fā)動(dòng)機(jī)，我們可以專(zhuān)注于具體的設(shè)計(jì)單元。在此例中，研究對(duì)象是航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪風(fēng)扇中的環(huán)形流管造成的噪音輻射。首先建立一個(gè)軸對(duì)稱(chēng)模型幾何，使其對(duì)稱(chēng)軸與發(fā)動(dòng)機(jī)的中心線重合。
展開(kāi) 帶有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)冷卻方案的燃?xì)?em>渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件
燃?xì)?em>渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)通常包括壓縮機(jī)部分，燃燒器部分和渦輪部分。通常，在運(yùn)行期間，空氣在壓縮機(jī)部分中被加壓并與燃料混合并在燃燒器部分中燃燒以產(chǎn)生熱燃燒氣體。熱燃燒氣體流過(guò)渦輪部分，渦輪部分將熱燃燒氣體的能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)力。這其中涉及到大量的零件在高溫下運(yùn)行。
對(duì)于航空或燃?xì)?em>渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中需要高溫條件下運(yùn)行的零件來(lái)說(shuō)，很多零件需要帶冷卻通道。在這方面，根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀察，除了冷卻通道，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)在散熱方面也獲得了不斷深入的研究與應(yīng)用。
提高局部對(duì)流冷卻效果
根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)研究，UTC聯(lián)合技術(shù)正在將3D打印技術(shù)應(yīng)用于燃?xì)?em>渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件的冷卻方案，包括在燃?xì)?em>渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件的壁內(nèi)部的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。通過(guò)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)為燃?xì)?em>渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件提供有效的局部對(duì)流冷卻，使得部件可以經(jīng)受通過(guò)核心流動(dòng)路徑的熱燃燒氣體的高溫。
根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，UTC聯(lián)合技術(shù)所設(shè)計(jì)的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)可以適應(yīng)于任何給定的燃?xì)?em>渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件或部件的某個(gè)部分的特定冷卻需求。換句話說(shuō)，通過(guò)改變點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)（圖中編號(hào)80）的設(shè)計(jì)和密度，可以調(diào)整以匹配外部熱負(fù)荷和局部壽命要求。
不過(guò)對(duì)于任何給定的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，實(shí)際設(shè)計(jì)可取決于部件的幾何形狀。還需要考慮各種要求，包括壓力損失、局部冷卻流量、冷卻空氣熱量吸收、熱效率、總體冷卻效率、空氣動(dòng)力學(xué)混合和可生產(chǎn)性考慮，并且還需要考慮燃?xì)?em>渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的特定參數(shù)。
點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)（圖中編號(hào)80）可以通過(guò)諸如粉末床金屬熔融的增材制造工藝來(lái)生產(chǎn)，當(dāng)然還可以通過(guò)電子束熔化（EBM）工藝來(lái)生產(chǎn)。
不過(guò)，根據(jù)3D科學(xué)谷的了解，UTC聯(lián)合技術(shù)還通過(guò)鑄造工藝來(lái)生產(chǎn)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，這種增材制造工藝可用于生產(chǎn)難熔金屬芯（RMC），包括但不限于鉬c。
展開(kāi) 帶有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)冷卻方案的燃?xì)?em>渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件
燃?xì)?em>渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)通常包括壓縮機(jī)部分，燃燒器部分和渦輪部分。通常，在運(yùn)行期間，空氣在壓縮機(jī)部分中被加壓并與燃料混合并在燃燒器部分中燃燒以產(chǎn)生熱燃燒氣體。熱燃燒氣體流過(guò)渦輪部分，渦輪部分將熱燃燒氣體的能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)力。這其中涉及到大量的零件在高溫下運(yùn)行。
對(duì)于航空或燃?xì)?em>渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中需要高溫條件下運(yùn)行的零件來(lái)說(shuō)，很多零件需要帶冷卻通道。在這方面，根據(jù)市場(chǎng)觀察，除了冷卻通道，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)在散熱方面也獲得了不斷深入的研究與應(yīng)用。
提高局部對(duì)流冷卻效果
根據(jù)市場(chǎng)研究，UTC聯(lián)合技術(shù)正在將3D打印技術(shù)應(yīng)用于燃?xì)?em>渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件的冷卻方案，包括在燃?xì)?em>渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件的壁內(nèi)部的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。通過(guò)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)為燃?xì)?em>渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件提供有效的局部對(duì)流冷卻，使得部件可以經(jīng)受通過(guò)核心流動(dòng)路徑的熱燃燒氣體的高溫。
據(jù)了解，UTC聯(lián)合技術(shù)所設(shè)計(jì)的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)可以適應(yīng)于任何給定的燃?xì)?em>渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件或部件的某個(gè)部分的特定冷卻需求。換句話說(shuō)，通過(guò)改變點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)（圖中編號(hào)80）的設(shè)計(jì)和密度，可以調(diào)整以匹配外部熱負(fù)荷和局部壽命要求。
不過(guò)對(duì)于任何給定的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，實(shí)際設(shè)計(jì)可取決于部件的幾何形狀。還需要考慮各種要求，包括壓力損失、局部冷卻流量、冷卻空氣熱量吸收、熱效率、總體冷卻效率、空氣動(dòng)力學(xué)混合和可生產(chǎn)性考慮，并且還需要考慮燃?xì)?em>渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的特定參數(shù)。
點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)（圖中編號(hào)80）可以通過(guò)諸如粉末床金屬熔融的增材制造工藝來(lái)生產(chǎn)，當(dāng)然還可以通過(guò)電子束熔化（EBM）工藝來(lái)生產(chǎn)。不過(guò)，據(jù)了解，UTC聯(lián)合技術(shù)還通過(guò)鑄造工藝來(lái)生產(chǎn)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，這種增材制造工藝可用于生產(chǎn)難熔金屬芯（RMC），包括但不限于鉬c。
左手冷卻通道，右手點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)
談到發(fā)動(dòng)機(jī)部件的冷卻技術(shù)，我們通常想到的是冷卻通道的方式。
展開(kāi) 【Visualize專(zhuān)題】制作渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)透明度、旋轉(zhuǎn)動(dòng)畫(huà) | 操作視頻
【Visualize專(zhuān)題】制作渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)透明度、旋轉(zhuǎn)動(dòng)畫(huà) | 操作視頻
我們?cè)谥谱鳟a(chǎn)品動(dòng)畫(huà)時(shí)，有時(shí)需要調(diào)節(jié)模型外殼零件的透明度來(lái)達(dá)到展示內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的效果。
本期視頻通過(guò)制作渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)透明度、旋轉(zhuǎn)動(dòng)畫(huà)，來(lái)展示發(fā)動(dòng)機(jī)外殼由不透明到透明，在觀看到旋轉(zhuǎn)的扇葉后，外殼變回不透明的這一過(guò)程，希望通過(guò)這個(gè)視頻激發(fā)出大家的創(chuàng)意靈感，制作出更加精彩的動(dòng)畫(huà)哦。
關(guān)于SOLIDWORKS Visualize 制作渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)透明度、旋轉(zhuǎn)動(dòng)畫(huà)的詳細(xì)操作，歡迎大家觀看視頻。
【視頻】SOLIDWORKS Visualize 制作渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)透明度、旋轉(zhuǎn)動(dòng)畫(huà)
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享受寧?kù)o的機(jī)上時(shí)光——多物理場(chǎng)仿真助力渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)降噪
飛機(jī)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的渦輪風(fēng)扇是主要的飛行噪聲源之一。過(guò)量的噪聲可能會(huì)引發(fā)一系列健康問(wèn)題，例如聽(tīng)力障礙、睡眠紊亂和壓力疾病。聲學(xué)建模可以幫助您優(yōu)化渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)，減少噪音污染及其負(fù)面影響。我們將通過(guò)噴射管教程模型，闡明使用聲學(xué)建模方法的好處。
為什么降噪對(duì)于渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)很重要
如果您乘坐過(guò)商用飛機(jī)，所在的航班很可能是由渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的。渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理是：將部分捕獲的空氣送入壓縮機(jī)，空氣經(jīng)壓縮后進(jìn)入燃燒室，和燃料混合燃燒，排出燃?xì)饪僧a(chǎn)生飛行推力。
上圖：渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。圖片由 K. Aainsqatsi 提供。在 CC BY-SA 3.0 許可下使用，通過(guò) Wikimedia Commons 分享。下圖：真實(shí)的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。圖片由 Sanjay Acharya 提供。在 CC BY-SA 3.0 許可下使用，通過(guò) Wikimedia Commons 分享。
近年來(lái)，渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)得到了極大改進(jìn)，尤其是降噪。知道為什么嗎？再次想象一下你正在乘坐飛機(jī)——發(fā)動(dòng)機(jī)一路在耳邊喧囂可不是什么愉快的經(jīng)歷。對(duì)于機(jī)場(chǎng)附近的居民來(lái)說(shuō)，飛機(jī)著陸和起飛時(shí)的巨大噪音會(huì)擾亂睡眠作息。因此，降低飛機(jī)及其發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的噪音成為了航空業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。
減少航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪風(fēng)扇的過(guò)量噪音為解決該問(wèn)題提供了一個(gè)可行的思路。利用 COMSOL Multiphysics? 軟件，您可以分析和優(yōu)化渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的輻射噪聲，從而實(shí)現(xiàn)降噪目標(biāo)。為了演示具體的操作流程，我們來(lái)看一看簡(jiǎn)化的噴射管教學(xué)模型。
通過(guò)分析風(fēng)扇噪聲優(yōu)化渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)
為了高效地分析渦輪風(fēng)扇航空發(fā)動(dòng)機(jī)，我們可以專(zhuān)注于具體的設(shè)計(jì)單元。在此例中，研究對(duì)象是航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪風(fēng)扇中的環(huán)形流管造成的噪音輻射。首先建立一個(gè)軸對(duì)稱(chēng)模型幾何，使其對(duì)稱(chēng)軸與發(fā)動(dòng)機(jī)的中心線重合。
展開(kāi) 仿真助力減少航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪風(fēng)扇的噪聲
飛機(jī)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的渦輪風(fēng)扇是主要的飛行噪聲源之一。過(guò)量的噪聲可能會(huì)引發(fā)一系列健康問(wèn)題，例如聽(tīng)力障礙、睡眠紊亂和壓力疾病。聲學(xué)建模可以幫助您優(yōu)化渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)，減少噪音污染及其負(fù)面影響。我們將通過(guò)噴射管教程模型，闡明使用聲學(xué)建模方法的好處。
為什么降噪對(duì)于渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)很重要？
如果您乘坐過(guò)商用飛機(jī)，所在的航班很可能是由渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的。渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理是：將部分捕獲的空氣送入壓縮機(jī)，空氣經(jīng)壓縮后進(jìn)入燃燒室，和燃料混合燃燒，排出燃?xì)饪僧a(chǎn)生飛行推力。
圖1 渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的示意圖。
圖片由 K. Aainsqatsi 提供。在CCBY-SA 3.0 許可下使用，通過(guò) Wikimedia Commons 分享。
圖2 真實(shí)的渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)。
圖片由 Sanjay Acharya 提供。在CCBY-SA 3.0許可下使用，通過(guò) Wikimedia Commons 分享。
近年來(lái)，渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)得到了極大改進(jìn)，尤其是降噪。知道為什么嗎？再次想象一下你正在乘坐飛機(jī)——發(fā)動(dòng)機(jī)一路在耳邊喧囂可不是什么愉快的經(jīng)歷。對(duì)于機(jī)場(chǎng)附近的居民來(lái)說(shuō)，飛機(jī)著陸和起飛時(shí)的巨大噪音會(huì)擾亂睡眠作息。因此，降低飛機(jī)及其發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的噪音成為了航空業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。為了演示具體的操作流程，我們來(lái)看一看簡(jiǎn)化的噴射管教學(xué)模型。
展開(kāi) UTC聯(lián)合技術(shù)通過(guò)3D打印助力多種材料的燃?xì)?em>渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子開(kāi)發(fā)
圍繞著發(fā)動(dòng)機(jī)的3D打印，3D科學(xué)谷之前分享了美國(guó)聯(lián)合技術(shù)(UTC)關(guān)于燃?xì)?em>渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)自冷卻孔結(jié)構(gòu)的3D打印情況，還深入了解分享了UTC如何通過(guò)3D打印開(kāi)發(fā)帶中空壁熱屏蔽結(jié)構(gòu)的燃料噴射器。
本期，讓我們共同領(lǐng)略UTC如何通過(guò)3D打印開(kāi)發(fā)用于燃?xì)?em>渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子。
3D打印助力多材料組件制造
燃?xì)?em>渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)包括連續(xù)的葉片排，其從相應(yīng)的轉(zhuǎn)子盤(pán)延伸，轉(zhuǎn)子盤(pán)以軸向堆疊構(gòu)造布置。轉(zhuǎn)子疊層可以通過(guò)多種系統(tǒng)組裝，例如緊固件，熔接，連接軸及其組合。
燃?xì)?em>渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在在顯著壓力和溫度差的環(huán)境中運(yùn)行，部件的邊界部位主要用于分離核心氣體流動(dòng)路徑和次要冷卻流動(dòng)路徑。對(duì)于高壓，高溫應(yīng)用，組件在這些邊界上經(jīng)歷熱機(jī)械疲勞（TMF）的考驗(yàn)。出于對(duì)期望的性能要求，研究人員不斷的開(kāi)發(fā)具有最佳性能與重量比的組件。
根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)研究，UTC開(kāi)發(fā)的用于燃?xì)?em>渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子盤(pán)由一種材料制成，而葉片是由另外一種材料制成的。如圖HPC轉(zhuǎn)子60可以是混合雙合金整體葉片轉(zhuǎn)子（IBR），其中葉片64由一種類(lèi)型的材料制成，轉(zhuǎn)子盤(pán)66由不同的材料制成。
雙金屬結(jié)構(gòu)提供了分別滿足不同溫度要求的材料能力。葉片64可以由單晶鎳合金制成，轉(zhuǎn)子盤(pán)66由不同的材料制成，例如擠壓的坯料鎳合金。而葉片64通過(guò)線性摩擦焊接連接或通過(guò)增材制造技術(shù)連接到轉(zhuǎn)子盤(pán)66上。此外，葉片可以經(jīng)受第一類(lèi)熱處理而轉(zhuǎn)子盤(pán)66經(jīng)受不同的熱處理。
根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)研究，通過(guò)3D打印過(guò)程將兩種材料分散熔合在一起，兩種材料內(nèi)部晶粒產(chǎn)生粘結(jié)，使得任何硬質(zhì)過(guò)渡都被消除，從而零件不會(huì)在巨大的壓力和溫度梯度變化下發(fā)生斷裂情況。這為不同材料制成的組件提供了很高的接頭強(qiáng)度。
展開(kāi) 干貨丨圖文動(dòng)畫(huà)解析航空發(fā)動(dòng)機(jī)的類(lèi)型及原理
航空發(fā)動(dòng)機(jī)原理——渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)
渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的誕生:渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)首次正式試飛是在1951年12月。作為直升機(jī)的新型動(dòng)力，兼有噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)特點(diǎn)的渦輪軸令直升機(jī)的發(fā)展更進(jìn)一步。當(dāng)時(shí)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)還劃入渦輪螺槳發(fā)動(dòng)機(jī)一類(lèi)。隨著直升機(jī)的普及和其先進(jìn)性能的體現(xiàn)，渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)逐漸被視為單獨(dú)的一種噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。
在1950年時(shí)，透博梅卡(Turbomeca)公司研制成“阿都斯特-1”(Artouste-1)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)只有一級(jí)離心式葉輪壓氣機(jī)，有兩級(jí)渦輪的輸出軸，功率達(dá)到了206千瓦(280軸馬力)，成為世界上第一臺(tái)實(shí)用的直升機(jī)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)。首先裝用這種發(fā)動(dòng)機(jī)的是美國(guó)貝爾直升機(jī)公司生產(chǎn)的Bell47(編號(hào)為XH-13F)，1954年該機(jī)首飛。到了50年代中期，渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始為直升機(jī)設(shè)計(jì)者所大量采用。
渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)的原理：渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)與渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)相似，曾經(jīng)被劃入同一分類(lèi)。它們都由渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)演變而來(lái)，渦槳發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺旋槳，渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)則驅(qū)動(dòng)直升機(jī)的旋翼軸獲得升力和氣動(dòng)控制力。當(dāng)然渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)也有自己的特色：通常帶有自由渦輪，而其他形式的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)一般沒(méi)有自由渦輪。
渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)具有渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的大部分特點(diǎn)，也有著進(jìn)氣道、壓氣機(jī)、燃燒室和尾噴管等基本組件。其特有的自由渦輪位于燃燒室后方，高能燃?xì)鈱?duì)自由渦輪作功，通過(guò)傳動(dòng)軸、減速器等帶動(dòng)直升機(jī)的旋翼旋轉(zhuǎn)，從而升空飛行。自由渦輪并不像其他渦輪那樣要帶動(dòng)壓氣機(jī)，它專(zhuān)門(mén)用于輸出功率，類(lèi)似于汽輪機(jī)。做功后排出的燃?xì)猓?jīng)尾噴管?chē)姵觯芰恳呀?jīng)不大，產(chǎn)生的推力很小，包含的推力大約僅占總推力的十分之一左右。因此，為了適應(yīng)直升機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)的需要，渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)噴口可靈活安排，可以向上，向下或向兩側(cè)，而不一定要向后。
展開(kāi) 頁(yè)巖氣開(kāi)采的大國(guó)重器：渦輪壓裂車(chē)，采用航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力單元！
“阿波羅”渦輪壓裂車(chē)以一套輸出功率高達(dá)5600馬力的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)作為全車(chē)的動(dòng)力單元，該發(fā)動(dòng)機(jī)的重量只有700公斤，其功率密度是高功率柴油機(jī)的20倍。也就是說(shuō)，在相同的額定功率下，渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的重量只有柴油機(jī)重量的二十分之一。
“阿波羅”渦輪壓裂車(chē)的外觀可謂十分“迷你”：重量只有37噸（含2.5噸油水），長(zhǎng)度只有10米，底盤(pán)比2000型壓裂車(chē)還要短，道路通過(guò)性和靈活性因此大幅提升，一舉解決了目前壓裂車(chē)“上牌難、上路難、上山難”的“三難”問(wèn)題。
但“迷你”的外觀卻蘊(yùn)涵著“阿波羅”渦輪壓裂車(chē)超強(qiáng)的產(chǎn)品性能：4500水馬力的輸出功率相當(dāng)于一輛2500型壓裂車(chē)和一輛2000型常規(guī)壓裂車(chē)的總和，以構(gòu)建一套36000水馬力的壓裂車(chē)組為例，僅用8臺(tái)“阿波羅”壓裂車(chē)就能實(shí)現(xiàn)18臺(tái)2000型壓裂車(chē)才能進(jìn)行的大型工廠化壓裂作業(yè)。這兩個(gè)數(shù)字，意味著減少了55%的井場(chǎng)占地和車(chē)組人員配套，以及減少了55%的現(xiàn)場(chǎng)高低壓管匯工作量。
渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)具有很強(qiáng)的燃料兼容性，除了使用常規(guī)的柴油燃料外，井口氣、LNG、CNG，包括生物燃油都可以驅(qū)動(dòng)其進(jìn)行作業(yè)。據(jù)介紹，該產(chǎn)品具有單機(jī)功率高、性能全面提升、燃油經(jīng)濟(jì)環(huán)保、啟動(dòng)迅速、超長(zhǎng)壽命以及維護(hù)保養(yǎng)操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。
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展開(kāi) 渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī) - 風(fēng)扇和壓縮機(jī)部分與殼體 ￥10
渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī) - 風(fēng)扇和壓縮機(jī)部分與殼體
渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是基本燃?xì)?em>渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的最現(xiàn)代變體。在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)中，核心發(fā)動(dòng)機(jī)前部由風(fēng)扇包圍，后部由附加渦輪機(jī)包圍。風(fēng)機(jī)和風(fēng)機(jī)渦輪機(jī)由許多葉片組成，如核心壓縮機(jī)和核心渦輪機(jī)，并連接到一個(gè)附加的軸。
- 模型已在 Siemens NX 上創(chuàng)建。
- 通過(guò)將 CSYS 與 CSYS 作為接口對(duì)齊來(lái)創(chuàng)建約束。
- 此外，螺紋是使用 WAVE Geometry Linker 創(chuàng)建的。
- 所有組件均采用 STL 格式，用于 3D 打印工藝。
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展開(kāi) 改善近壁流動(dòng)通道循環(huán)疲勞，看GE如何發(fā)力新型渦輪轉(zhuǎn)子葉片
而不僅僅是葉片的冷卻，根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)研究，UTC聯(lián)合技術(shù)將3D打印技術(shù)應(yīng)用于燃?xì)?em>渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件的冷卻方案，包括在燃?xì)?em>渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件的壁內(nèi)部的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。通過(guò)點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)為燃?xì)?em>渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)部件提供有效的局部對(duì)流冷卻，使得部件可以經(jīng)受通過(guò)核心流動(dòng)路徑的熱燃燒氣體的高溫。
選區(qū)激光熔融增材制造工藝允許實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜冷卻通道模式，這樣的通道幾乎無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)的制造方法制造。根據(jù)GE的一項(xiàng)專(zhuān)利US009551490，其開(kāi)發(fā)的噴油器主體采用直接激光融化（DMLS）或電子束熔化EBM技術(shù)制造。更加集成的設(shè)計(jì)減少了潛在的泄漏和其他潛在的不良影響，例如通過(guò)傳統(tǒng)方法需要有多個(gè)組件釬焊或結(jié)合在一起以形成冷卻通道，這不僅僅增加了工藝的復(fù)雜性和程序，還帶來(lái)了潛在的質(zhì)量隱患。
來(lái)源：3D科學(xué)谷
展開(kāi) 
使用ANSYS CFX為渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)產(chǎn)生更少噪聲的風(fēng)扇
Usanin, Aviadvigatel Perm
翻譯：上海安世亞太
前言
由于針對(duì)有害排放物和噪聲水平具有嚴(yán)格的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)燃?xì)?em>渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的公司正面臨著艱巨的任務(wù)——制造具有高生態(tài)效率的發(fā)動(dòng)機(jī)。為了滿足這些要求，需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部發(fā)生的過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，以深入了解發(fā)生的情況，并確定導(dǎo)致這種行為的因素。對(duì)于高旁路比的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，風(fēng)扇級(jí)產(chǎn)生的聲噪聲是發(fā)動(dòng)機(jī)總噪聲水平的主要貢獻(xiàn)者。
針對(duì)這些噪聲要求，我們使用ANSYS CFX計(jì)算流體力學(xué)(CFD)軟件來(lái)估算不同風(fēng)扇級(jí)幾何的氣動(dòng)和聲學(xué)效率。
圖1. 風(fēng)扇級(jí)幾何模型
幾何模型
為了開(kāi)發(fā)FEGV（風(fēng)扇出口導(dǎo)葉）的幾何，將FEGV中表面非定常壓差的區(qū)域平均振幅作為轉(zhuǎn)子-定子聲源的主要來(lái)源。振幅由風(fēng)扇級(jí)的三維非定常CFD計(jì)算獲得。參考文獻(xiàn)表明，使用該方法的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有良好一致性。
圖2. FEGV形狀
這種風(fēng)扇是為一種先進(jìn)的新型渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的。將進(jìn)口導(dǎo)葉（IGV）和風(fēng)扇出口導(dǎo)葉（FEGV）按20%比例縮放，以縮小分析域的規(guī)模。結(jié)果域包含1個(gè)風(fēng)扇葉片通道、2個(gè)FEGV通道和4個(gè)IGV通道。網(wǎng)格模型由大約150萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)組成。研究了四種不同幾何形狀的出口導(dǎo)葉。
選擇徑向設(shè)計(jì)（無(wú)傾角）作為初始幾何。具有20度和30度傾斜角的葉片分別被選作第二種和第三種幾何。具有沿著葉片高度的曲線軸的葉片選作第四種幾何類(lèi)型。
結(jié)果分析
所有的CFD計(jì)算都是在ANSYS CFX(CFX-5.6)中進(jìn)行的，因?yàn)樵撥浖鉀Q方案對(duì)非定常流動(dòng)有良好的效果。對(duì)風(fēng)扇級(jí)進(jìn)行了非定常CFD計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明：
葉片中表面的壓力與吸入面之間存在非定常壓差。然后對(duì)中表面的壓差進(jìn)行傅里葉變換。
展開(kāi) 大涵道比分排渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪軸斷裂過(guò)渡態(tài)性能仿真
大涵道比分排渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪軸斷裂過(guò)渡態(tài)性能仿真
丁水汀 王家俊 劉傳凱
北京航空航天大學(xué) 航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究院
DOI：10.13224/j.cnki.jasp.20210142
摘 要
為了研究雙軸大涵道比分排渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)軸斷裂失效后的動(dòng)態(tài)性能，找出渦輪軸斷裂后最先發(fā)生的危害事件，建立能夠模擬氣流參數(shù)毫秒時(shí)間量級(jí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的大涵道比分排渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作方程和性能模型。計(jì)算分析了地面起飛狀態(tài)和巡航狀態(tài)下某大涵道比民用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)分別在高、低壓軸斷裂后發(fā)動(dòng)機(jī)氣路參數(shù)的瞬態(tài)響應(yīng)規(guī)律和機(jī)理，為主被動(dòng)安全設(shè)計(jì)提供參考。結(jié)果表明：高、低壓軸斷裂后幾十毫秒內(nèi)最先發(fā)生的危害性事件分別是中壓壓氣機(jī)喘振和渦輪轉(zhuǎn)子超轉(zhuǎn)；同時(shí)渦輪前溫度會(huì)有所升高。
關(guān)鍵詞
零維仿真；
性能模型；
軸斷裂；
動(dòng)態(tài)仿真；
被動(dòng)安全
歷史上曾發(fā)生過(guò)多起由于渦輪軸斷裂而產(chǎn)生機(jī)毀人亡重大災(zāi)難性事故的案例。特別是近十年來(lái)，僅發(fā)生在B787和A380上的軸斷裂事故就達(dá)五次之多，發(fā)生頻率之密集實(shí)屬罕見(jiàn)。因此，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)軸斷裂過(guò)程進(jìn)行研究，識(shí)別其帶來(lái)的危害性事故的發(fā)生機(jī)理對(duì)于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性和經(jīng)濟(jì)性有著舉足輕重的意義。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生軸斷裂等突發(fā)失效事件時(shí)，內(nèi)部性能參數(shù)將在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生變化，并帶來(lái)危害性后果：渦輪將失去負(fù)載，其功率無(wú)法輸出只能加給自身使其轉(zhuǎn)速升高，由于渦輪軸斷裂發(fā)生在極短時(shí)間，小于轉(zhuǎn)速限制器的反應(yīng)時(shí)間
[1]，因此轉(zhuǎn)速限制器并不能限制其轉(zhuǎn)速上升，因而渦輪盤(pán)有可能達(dá)到其破裂轉(zhuǎn)速，可能造成渦輪超轉(zhuǎn)的危險(xiǎn)；另一方面，壓氣機(jī)失去提取功率，轉(zhuǎn)速下降，對(duì)氣體的做功能力下降，可能引起喘振的危險(xiǎn)。
展開(kāi) 【6/5更新】航空發(fā)動(dòng)機(jī)為何被發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷？一文帶你看懂背后的世界格局
直升機(jī)的渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)就是將發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，通過(guò)傳動(dòng) 軸輸送給主旋翼，再由主旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)提供升力，因此這與一般活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出類(lèi)似，有很多坦克和軍艦也使用渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)，比起一般的柴油機(jī)和汽油機(jī)，渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)重量更輕而功率更大，是非常不錯(cuò)的動(dòng)力源。
阿帕奇直升機(jī)機(jī)身背部的兩個(gè)方筒就是它的兩臺(tái)渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)。
沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)
（a）渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)（b）沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，可以看到?jīng)_壓發(fā)動(dòng)機(jī)省去了一系列的壓氣機(jī)和渦輪結(jié)構(gòu)，變得更加輕巧，但只有高速下可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)從工作原理來(lái)說(shuō)和渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的一樣的，但實(shí)際上由于省去了所有渦輪結(jié)構(gòu)，沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)又不能歸入燃?xì)?em>渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的范疇。
沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)去掉了前部的一連串壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)。因?yàn)椋w行器飛得越快，迎面而來(lái)的空氣就越快，當(dāng)達(dá)到高超音速時(shí)，空氣自然被壓入進(jìn)氣道，并形成高氣壓。高壓空氣進(jìn)入燃燒室，混入燃油，劇烈燃燒并向后高速?lài)姵鲆缘玫絼?dòng)力，與渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)原理無(wú)異。需要說(shuō)明的是：沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)只有在非常高的速度下才可以運(yùn)行。
目前投入使用的最快的飛機(jī)SR-71黑鳥(niǎo)高空高速偵察機(jī)
目前成功使用的例子是美國(guó)的超高音速偵察機(jī)SR-71“黑鳥(niǎo)”，黑鳥(niǎo)可以達(dá)到3倍音速，在3倍音速的狀態(tài)下，它的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)，改變?yōu)闆_壓發(fā)動(dòng)機(jī)模式運(yùn)行。
現(xiàn)代工業(yè)皇冠上的明珠
航空發(fā)動(dòng)機(jī)和地面燃?xì)廨啓C(jī)被譽(yù)為現(xiàn)代工業(yè)的“皇冠”, 是國(guó)家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志之一。提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能就必須提升其關(guān)鍵部件——渦輪葉片的性能。渦輪葉片由于處于溫度最高、應(yīng)力最復(fù)雜、環(huán)境最?lèi)毫拥牟课欢涣袨榈谝魂P(guān)鍵件，并被譽(yù)為“皇冠上的明珠”。渦輪葉片也稱(chēng)動(dòng)葉片，是渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中工作條件最?lèi)毫拥牟考质亲钪匾霓D(zhuǎn)動(dòng)部件。
先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)膺M(jìn)口溫度達(dá)1380℃，推力達(dá)226KN。
展開(kāi) 技術(shù)升級(jí)+市場(chǎng)熱推 三缸發(fā)動(dòng)機(jī)氣候漸成
“三缸發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)已經(jīng)成熟，預(yù)計(jì)2025年三缸機(jī)市場(chǎng)份額將增至30%。”在由汽車(chē)頭條主辦的“務(wù)實(shí)的突破——首屆小排量發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展高峰論壇”上，資深發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)專(zhuān)家，中國(guó)內(nèi)燃機(jī)工業(yè)協(xié)會(huì)專(zhuān)家委員會(huì)委員賀燕銘如此表示。“小排量增壓將成為主流”，是來(lái)自業(yè)界的普遍共識(shí)。
所謂三缸發(fā)動(dòng)機(jī)是指排量集中在1.0L-1.5L之間的只有三個(gè)氣缸的發(fā)動(dòng)機(jī)，與常用的四缸發(fā)動(dòng)機(jī)相比，三缸發(fā)動(dòng)機(jī)在降低自重和油耗上優(yōu)勢(shì)明顯。隨著我國(guó)正式實(shí)施第四階段油耗法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，車(chē)企們發(fā)現(xiàn)，小排量渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)論在技術(shù)層面還是產(chǎn)品層面，都已經(jīng)氣候漸成。
首先，是性能上的優(yōu)勢(shì)明顯。資深發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)專(zhuān)家、中國(guó)內(nèi)燃機(jī)工業(yè)協(xié)會(huì)專(zhuān)家委員會(huì)成員賀燕銘在《傳統(tǒng)能源動(dòng)力在未來(lái)發(fā)展中的角色和發(fā)展趨勢(shì)》主題演講中明確指出：“從動(dòng)力、NVH和未來(lái)前景等方面來(lái)看，三缸發(fā)動(dòng)機(jī)的表現(xiàn)都要優(yōu)于四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，消費(fèi)者接受度是未來(lái)三缸發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)表現(xiàn)的唯一不確定因素。”
基于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)增壓、減缸、降排的趨勢(shì)預(yù)判，早在十年前就有車(chē)企持續(xù)強(qiáng)化研發(fā)投入，并最終實(shí)現(xiàn)三缸小排量渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)與當(dāng)下節(jié)能減排趨勢(shì)高度契合、與未來(lái)全面電氣化趨勢(shì)無(wú)縫銜接。
“在新能源化道路上，三缸小排量渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)將是未來(lái)結(jié)合48V、HEV、PHEV長(zhǎng)期過(guò)渡階段的最佳動(dòng)力形式。“羅蘭貝格全球合伙人方寅亮如此表示。
在產(chǎn)品層面，“小排量渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)將成為汽車(chē)消費(fèi)主流。”全國(guó)乘用車(chē)市場(chǎng)信息聯(lián)席會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)崔東樹(shù)援引數(shù)據(jù)稱(chēng)，今年上半年國(guó)內(nèi)汽車(chē)市場(chǎng)上，1.6L以下渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)僅在SUV市場(chǎng)領(lǐng)域占比接近50%，轎車(chē)與MPV市場(chǎng)占比僅為20%左右；未來(lái)，隨著消費(fèi)者對(duì)三缸發(fā)動(dòng)機(jī)的接受程度不斷提升，1.6L以下渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)車(chē)型銷(xiāo)量增長(zhǎng)潛力巨大。
諸多三缸機(jī)的推出，令小排量發(fā)動(dòng)機(jī)氣候漸成。數(shù)據(jù)顯示，目前，在中國(guó)車(chē)市上，寶馬、奔馳、福特、長(zhǎng)安、上汽等，推出了40余款三缸機(jī)車(chē)型。
展開(kāi) 