摘要。航空燃气涡轮发动机的发展在很大程度上需要先进材料的开发。然而,这种复杂的开发过程是合理的,因为它具有系统级优势,如减轻重量、提高温度能力和/或减少冷却,而这些都提高了效率。高温陶瓷在这方面取得了长足的进步,陶瓷基复合材料 (CMC) 处于领先地位。CMC 分为非氧化物和氧化物基。这两类材料类型在高温推进应用中都有很高的潜力。典型的氧化物基材料基于氧化物纤维和氧化物基 (Ox-Ox)。一些最常见的氧化物子类别是氧化铝、氧化铍、二氧化铈和氧化锆陶瓷。这种基体复合材料用于燃气涡轮发动机的燃烧衬套和排气喷嘴等。然而,到目前为止,还没有对可用于此类应用的氧化物基 CMC 进行彻底的研究。本文重点评估了文献调查中可用的氧化物陶瓷基复合材料的机械和热性能。
要启动燃气涡轮发动机,压缩机部分通常由电动启动器旋转。随着压缩机每分钟转数 (rpm) 的增加,流过入口的空气被压缩到高压,输送到燃烧部分并点燃。在燃气涡轮发动机中,并非所有压缩空气都用于支持燃烧。部分压缩空气绕过发动机内的燃烧器部分以提供内部冷却。燃烧室内的燃料/空气混合物在连续燃烧过程中燃烧并产生非常高的温度,通常约为 4,000° 华氏度 (F)。当这种热空气与旁路空气混合时,混合空气的质量温度会降至 1,600 – 2,400 °F。热空气和气体的混合物膨胀并穿过涡轮叶片,迫使涡轮部分旋转。涡轮通过直轴、同心轴或两者的组合来驱动压缩机部分。在为涡轮部分提供动力后,燃烧气体和旁路空气通过排气管从发动机中流出。一旦燃烧器部分的热气通过涡轮机提供足够的动力来维持发动机运转,启动器就会断电,启动序列结束。燃烧持续进行,直到切断燃料供应,发动机停止运转。
发动机电子控制单元(EECU)是航空发动机中非常重要的部件,在其开发过程中需要进行多项验证试验。由于使用实际发动机进行此类验证试验需要花费大量的时间和成本,而且昂贵的发动机可能会损坏或出现安全隐患,因此,能够虚拟地产生与实际发动机相同信号的模拟器是必不可少的[1]。替代实际发动机的虚拟发动机模拟器应该能够实时提供与实际发动机运行几乎相同水平的发动机运行模拟。因此,模拟速度应该与实际系统在用户指定的时间范围内进行输入、计算和输出的速度一样快。实时仿真需要开发能够几乎实时进行计算的实时发动机模型和适当的硬件。已经进行了许多关于燃气涡轮发动机电子发动机控制系统的研究。在之前的研究中,W.J.Davies 等人进行了 F-14 飞机和推进控制集成评估。他们的论文介绍了 PWA 执行的 FADEC/F-14 集成评估,并讨论了 FADEC/F-14 集成系统的优势 [2]。H. Yamane 等人对飞机发动机控制系统的各个方面进行了调查。在他们的工作中,提出了各种用于飞机发动机的电子控制系统 [3]。F. Schwamm 对安全关键应用的 FADEC 计算机系统进行了研究。在 Schwamm 的工作中,研究了 FADEC 的发展趋势 [4]。K. Hjelmgren 等人。对单引擎飞机 FADEC 的可靠性分析进行了研究。他们的论文介绍了用于控制飞机燃气涡轮发动机的两种容错 FADEC 选项的可靠性分析 [5]。K. Ito 等人。对燃气涡轮发动机 FADEC 的最佳自诊断策略进行了研究。在他们的论文中,FADEC 在第 n 次控制计算时进行自诊断。最后提供了数值示例 [6]。Ding Shuiting 等人。对 FHA(功能性
高压热机。燃气涡轮发动机和吸气式喷气发动机使用布雷顿循环。虽然布雷顿循环通常作为开放系统运行(如果使用内燃机,则必须这样运行),但出于热力学分析的目的,通常假设废气在进气中重复使用,从而可以作为封闭系统进行分析。埃里克森循环与布雷顿循环类似,但使用外部热量并结合使用再生器。
请注意,2024 年 12 月 11 日,Eastern Gas Transmission and Storage, Inc. (EGTS),10700 Energy Way, Glen Allen, VA, 23060,根据《天然气法》(NGA) 第 7(c) 条和委员会法规第 157 部分提交申请,请求授权其首都地区项目 (项目)。该项目涉及在宾夕法尼亚州中心县的中心压缩机站安装一台 6,130 马力的燃气涡轮压缩机;在宾夕法尼亚州富兰克林县的钱伯斯堡压缩机站安装一台 11,110 马力的燃气涡轮压缩机;以及在弗吉尼亚州劳登县的利斯堡压缩机站安装一台 5,000 马力的电动压缩机。此外,宾夕法尼亚州克林顿县的 Finnefrock 压缩机站将进行升级,包括更换气体冷却器、集管和冷循环管道,以及安装新的止回阀。该项目将向华盛顿煤气灯公司每天额外提供 67,500 十亿热量单位的稳定运输服务,预计总成本为 1.71 亿美元,拟议的增量费率将收回项目成本,所有这些在提交给委员会并接受公众查阅的申请中都有更详细的说明。
生物燃料、合成电子燃料和氢气均被视为未来可持续航空燃料。生物燃料和合成电子燃料面临的主要挑战分别是原料供应和成本;但两者都需要对燃气涡轮发动机进行最小程度的改变。氢燃料是实现零碳航空的另一种潜在途径,其主要挑战是建立燃料供应基础设施。将氢燃料引入 UHBR 发动机需要在热系统、燃料系统和燃烧系统方面采取技术措施。
化油器 重心 复合材料 计算机 晶体学 多普勒效应 动态翱翔 电力 电磁学 电子学 能源 发动机 逃逸速度 飞行管理 流体力学 燃气涡轮发动机 地效机 陀螺仪 热能 隔热罩 高升力装置 液压系统 高超音速飞行 惯性制导 红外辐射 仪表板 激光器 发射 升力体飞行器 机动 物质 功率测量 金属和冶金学 牛顿定律 噪音 核能 核推进 人机静态系统 等离子 电源管理 雷达 辐射 无线电 往复式发动机 交会对接 机器人
氢能技术和飞机项目已在世界各地启动。预计次区域和区域氢燃料电池电动飞机将于 2030 年投入使用,液氢燃气涡轮飞机将于 2030 年代中期投入使用。为了在这个新市场中占据强势地位,英国航空航天业需要紧急采取行动,投资研发并培养具有所需技能的劳动力。熟练的劳动力和强大的研究能力吸引海外公司落户英国,巩固生产和高价值工作岗位。
航空技术的发展前景与飞行信息支持和飞机及其子系统的运行密切相关。具有分布式结构和人工智能元素的数字控制系统的使用越来越多。正在开发无线控制系统,用于在航空系统组件之间交换信息。这种类型的交换通过无线电信号进行。这也可以应用于燃气涡轮发动机 (GTE) [1] 的自动控制系统 (ACS)。因此,可以通过无线电信道访问来自发动机运行过程传感器的信息(遥测信息,TMI),由计算器生成的控制动作。在开发 GTE [2] 的无线 ACS 时,应该解决这些基本问题:
还进行了使用高灵敏度技术和横截面的附加参考 X 射线检查,以更深入地确认焊接质量,直至微观结构水平。该项目还根据所应用的 NDT 技术的 EN 标准评估物理参数及其评估。特别重要的是了解局部信噪比以及 POD(检测概率)设置的影响。检测概率曲线原则上是根据 MIL 1823 可靠性指南确定的,该指南是为确定美国军方燃气涡轮发动机的完整性而制定的。需要扩展铜摩擦搅拌和电子束焊接中更复杂的不连续情况,这对焊接和 NDT 技术来说都是一个挑战。