정치적, 군사적, 경제적 요인의 영향을 받아 항공기 엔진 기술의 발전은 가스터빈보다 빠르다. 가스터빈과 항공기 엔진은 광범위한 기술적 공통점을 갖고 있으며 설계 시스템, 제조 시스템, 인재 시스템 및 테스트 시스템에서 공유될 수 있습니다. 따라서 가스터빈의 거대한 시장 수요와 명백한 적용 이점을 바탕으로 고성능의 성숙한 항공기 엔진과 첨단 산업 기술 및 설계 방법을 기반으로 가스터빈을 개발하는 것이 업계의 합의가 되었습니다. 그림 1에 표시된 것처럼 항공기 엔진 기술을 가스 터빈으로 이전하는 방법에는 두 가지가 있습니다. 하나는 성숙한 항공기 엔진을 직접 수정하고 파생하여 항공 파생 가스 터빈을 형성하는 것입니다. 다른 하나는 항공기 엔진 기술을 대형 가스터빈에 이식해 차세대 대형 가스터빈을 연구·개발하는 것입니다.
항공유도 가스터빈 개발 이력
항공엔진 기술의 발전과 첨단사이클 기술의 적용과 함께 항공유도체 가스터빈의 기술개발과정은 기술탐색단계, 기술개발단계, 첨단사이클적용단계를 거쳐 항공유도체 개발을 실현하고 있다. 가스터빈은 단순한 개조부터 고성능 핵심 엔진 최적화 설계까지, 단순한 사이클부터 복잡한 사이클 적용까지, 항공엔진의 성숙한 설계 시스템과 소재 시스템을 계승하는 것부터 새로운 부품 설계와 신소재 적용까지, 디자인 수준, 성능, 신뢰성 항공기 파생 가스터빈의 수명과 상당한 발전을 달성할 수 있습니다.
기술탐구단계
1943년에는 세계 최초의 항공기 파생 가스터빈 개발에 성공했습니다. 그 후 Rolls-Royce, GE 및 Pratt & Whitney는 산업용 Avon, 산업용 Olympus, Spey 가스 터빈, LM1500 및 FT4를 포함하여 성숙한 항공기 엔진 개조를 기반으로 최초의 항공 파생 가스 터빈 배치를 설계했습니다. 이 단계에서는 항공유도 가스터빈 기술이 탐색 단계에 있었다. 구조는 항공기 엔진의 핵심을 직접 계승했으며, 적절한 동력 터빈을 장착하여 출력을 달성했습니다. 기계의 전반적인 성능은 높지 않으며 사이클 효율은 일반적으로 30% 미만입니다. 터빈 이전의 초기 온도는 1000도 미만이고 압력 비율은 4 대 10입니다. 압축기는 일반적으로 아음속이었습니다. 터빈 블레이드는 간단한 공기 냉각 기술을 사용했습니다. 사용된 재료는 초기 고온 합금이었습니다. 제어 시스템은 일반적으로 기계식 유압 또는 아날로그 전자 조정 시스템을 사용했습니다.
기술개발단계
항공기 엔진의 성숙한 적용으로 항공기 파생 가스터빈의 신속한 개발을 위해 고성능, 고신뢰성 모체 기계 및 첨단 설계 기술이 제공되었습니다. 동시에 영국, 미국 및 기타 국가 해군의 첨단 항공기 파생형 가스 터빈에 대한 수요로 인해 광범위한 적용 단계가 제공되어 항공기 파생형 가스 터빈이 신속하고 크게 성능을 향상시킬 수 있게 되었습니다. 우수한 성능과 높은 신뢰성을 갖춘 일련의 항공유도형 가스 터빈이 출시되었습니다. . LM2500 시리즈, 산업용 Trent, FT4000 및 MT30 등과 같은 제품은 선박 전력, 발전 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다.
기술 개발 단계에 있는 항공기 파생 가스 터빈의 핫 엔드 구성 요소는 일반적으로 초합금 및 보호 코팅을 사용하여 내열성을 향상시키고 첨단 공기 냉각 기술 및 저공해 연소 기술을 적용합니다. 터빈이 1400도에 도달하기 전 초기 온도, 전력은 40-50MW에 도달할 수 있고 단일 장치의 열 효율은 40%를 초과하며 복합 사이클 효율은 60%에 도달할 수 있습니다. 디지털 전자 제어 시스템이 사용되며 제어 정확도와 제어 성능이 크게 향상됩니다.
고급 사이클 적용
항공기 파생형 가스 터빈의 고성능, 특히 연료 소비, 출력 및 기타 지표에 대한 요구 사항이 증가함에 따라 고급 사이클 항공기 파생형 가스 터빈이 광범위한 엔지니어링 관행을 얻었습니다. 가스 터빈 열 사이클을 기반으로 중간 냉각 또는 중간 냉각 열 회수 사이클을 추가하면 항공기 유도 가스 터빈의 출력 전력과 낮은 작동 조건 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, LMS100 인터쿨러 가스 터빈의 출력 수준은 100MW에 달하고 효율은 46%에 달합니다. 낮은 작동 조건에서 WR21 냉각간 회복식 가스터빈의 열효율은 단순 사이클 가스터빈의 열효율보다 훨씬 높습니다. 선박 전력으로서 선박의 경제성과 전투 반경을 크게 향상시킵니다.
간냉각 또는 간냉각 열회수 사이클을 사용하는 첨단 사이클 공기유도 가스터빈의 출력 전력이 크게 증가했으며 모든 작동 조건에서 열효율이 향상되었습니다. 예를 들어, 전력 수준은 100MW에 도달할 수 있으며 설계점의 열 효율은 46%에 달합니다. 낮은 작동 조건 성능이 크게 향상되었습니다. 열 효율은 50% 부하에서 40%에 도달할 수 있습니다. 인터쿨링은 고압 압축기의 특정 출력을 감소시키고 전체 기계의 설계 압력 비율은 40 이상에 도달할 수 있습니다.
기술 개발 모델
개발 이력을 살펴보면 항공유도 가스터빈은 계보개발, 직렬개발, 첨단사이클 기술 채택, 복합사이클 모드 적용 등의 기술개발 모델을 갖고 있다.
계보 발달
계보 개발은 동일한 항공기 엔진을 기반으로 다양한 유형과 출력 수준의 가스 터빈을 개발하는 것입니다. 이는 항공 파생 가스 터빈의 특성을 완전히 반영합니다. 여러 유형을 파생하고 스펙트럼을 형성합니다."
CF6-80C2 항공기 엔진을 예로 들면, LM6000 가스 터빈은 CF6-80C2의 핵심 엔진을 직접 사용하고 저압 터빈의 최대 다양성을 유지합니다. LMS100은 CF6-80C2의 핵심 엔진 기술을 계승하고 F급 대형 가스터빈 기술과 인터쿨링 기술을 결합하여 100MW의 출력을 가지고 있습니다. MS9001G/H는 CF{13}}C2 항공기 엔진의 성숙한 기술을 완전히 채택하고 견고한 가스 터빈 기술과의 결합을 통해 터빈 전 온도가 F 클래스의 1287도에서 1287도까지 증가합니다. 1430도, 전력은 282MW에 도달합니다. 세 가지 유형의 가스 터빈의 성공적인 개발을 통해 CF6-80C2 항공기 엔진의 항공 기반 개발이 가능해졌으며 "여러 유형을 갖춘 하나의 기계, 다양한 유형과 출력의 가스 터빈 개발"을 달성할 수 있었습니다.
시리즈 개발
직렬 개발은 성공적인 가스 터빈을 기반으로 지속적인 업그레이드, 개선, 성능 개선 및 배출 감소를 통해 항공 파생 가스 터빈의 직렬 개발을 달성하는 것입니다. 그 중 LM2500 시리즈가 그림과 같이 가장 일반적입니다. 그림 2에서. LM2500 가스 터빈은 모엔진 TF39/CF6-6의 핵심 엔진을 사용하고 모엔진의 저압 터빈을 동력 터빈으로 변경합니다. LM2500+ 가스 터빈은 LM2500 가스 터빈의 압축기 앞에 한 단계를 추가하여 공기 질량 흐름과 출력을 향상시킵니다. LM2500+G4는 LM2500+을 기준으로 압축기 블레이드 프로파일을 개선하고 터빈 스로트 면적을 늘려 가스 터빈 공기 유량을 증가시켜 지속적으로 출력을 향상시키는 목적을 달성합니다. 힘. LM2500의 직렬 개발로 제품은 지속적으로 업그레이드 및 개선되어 전력 범위가 20~35MW에 이르고 전 세계적으로 장비 수가 1000대를 초과하여 현재까지 가장 널리 사용되는 모델이 되었습니다. .
개발 및 생산의 어려움으로 인해 성공적인 가스터빈을 기반으로 한 직렬 개발은 지속적인 업그레이드 및 개선, 성능 향상 및 배출 감소를 목표로 하는 항공기 파생 가스터빈의 중요한 기술 개발 모델입니다. 항공기 파생 가스터빈의 연속 개발은 계보 개발과 유사하여 개발 주기를 단축할 수 있을 뿐만 아니라 더 나은 신뢰성과 발전을 보장하고 설계, 개발, 테스트 및 제조 비용을 크게 절감할 수 있습니다.
능률
효율성 개선의 목표는 전체 기계의 성능, 특히 전체 기계의 출력 전력과 모든 작동 조건에서의 열 효율을 지속적으로 개선하는 것입니다. 주요 방법은 다음과 같습니다.
하나는 고급 사이클을 적용하는 것입니다. 고급 사이클을 적용하면 재가열 사이클, 증기 재주입 사이클, 화학 회수 사이클, 습공기 사이클, 시리즈 습공기 고급 터빈 사이클 및 Kalina 사이클 등과 같은 항공유도식 가스터빈의 성능을 지속적으로 향상시킬 수 있습니다. 고급 사이클을 적용한 후, 항공유도 가스터빈 유닛의 성능이 향상될 뿐만 아니라, 유닛 전체의 출력 및 열효율도 크게 향상되고, 질소산화물 배출량도 크게 감소됩니다.
두 번째는 고효율 부품 설계입니다. 고효율 부품 설계는 고효율 압축기 설계와 고효율 터빈 설계에 중점을 두고 있습니다. 고효율 압축기 설계는 압축기가 직면한 고속 및 고효율, 저속 및 높은 서지 경계라는 기술적 어려움을 지속적으로 극복해 나갈 것입니다. 그림 3에서 볼 수 있듯이 터빈 설계는 고효율, 고온 저항 및 긴 수명 방향으로 계속 발전할 것입니다.
