2024 年 7 月 9 日

 

• DLR 和德國勞斯萊斯正在開發更環保的飛機引擎。
• 研究結果已用於公務飛機。
• 重點：航空、氣候友善飛行、技術轉讓

 

德國航空航天中心 (DLR) 與德國羅爾斯羅伊斯公司合作，在高效環保飛機發動機渦輪機的開發方面取得了重大進展。除此之外，他們還使用了許多現代飛機機翼中眾所周知的技巧：位於渦輪葉片尖端的小機翼，即所謂的小翼，可以提高渦輪機的效率。這些技術和其他技術已應用於最新的勞斯萊斯 Pearl 引擎系列引擎中，並顯著降低了燃油消耗。

位於哥廷根的DLR 推進技術研究所的科學家與德國勞斯萊斯公司合作，研究了一種新型兩級高壓渦輪機。勞斯萊斯計算機模擬在實驗中得到了證實。測試在哥廷根DLR 的NG-Turb（下一代渦輪機測試設施）渦輪機測試設施中進行，該設施在歐洲是獨一無二的。此測試台用於進行模擬渦輪機工況的測試，與真實引擎的工況相當。在渦輪噴射發動機的結構中，渦輪位於燃燒室之後。渦輪葉片由從燃燒室排出的廢氣射流驅動。

 

渦輪入口溫度至關重要

作為聯邦政府航空研究計畫（LuFo 計畫 HittTurb）的一部分，在 NG-Turb 測試台上進行的首次測量中，最初的重點是渦輪機的效率。由於渦輪機的工作點在起飛、巡航和著陸過程中會發生變化，因此確定效率對渦輪機速度和壓力比的依賴性至關重要。 「該渦輪機充當了將在真實發動機中使用的各種技術的演示。這包括轉子葉片上的小翼，」來自哥廷根 DLR 推進技術研究所的專案經理 Andreas Pahs 解釋道。葉片尖端的小翼顯著地改變了葉片的幾何形狀，從而改變了葉片周圍的流動。它們提高了渦輪機的效率，從而提高了整個引擎的效率。

「此外，還進行了詳細的流場測量。借助我們在研究所自行開發的探頭，對壓力、溫度、流動角和馬赫數進行了分析。這些發現被納入勞斯萊斯珍珠發動機系列的開發中，該發動機系列用於為超長途公務機提供動力。

 

今日焦點：燃燒室與渦輪機的相互作用

除了新的渦輪機設計之外，研究人員還對燃燒室出口流量對空氣動力學、效率和溫度的影響感興趣。由於渦輪機材料在運行過程中暴露在極端溫度下，因此儘早識別特別熱點並使用渦輪機葉片表面的冷卻空氣對其進行專門冷卻至關重要。

作為歐盟研究計畫 Clean Sky 2（歐盟計畫過渡）的一部分，在最近完成的後續計畫中，科學工作的重點是燃燒室和渦輪機的相互作用。為此，開發了一個燃燒室模擬器，安裝在 NG-Turb 測試台的渦輪機前面。燃燒室模擬器產生的流場特性與傳統燃料燃燒的特性相當，並且對應於真實勞斯萊斯燃燒室的出口輪廓。

更好地理解從燃燒室到渦輪過渡處的溫度分佈是進一步新技術概念的關鍵。 「我們的任務是精確測量渦輪機內的熱負荷，以便提高渦輪機葉片的冷卻效率，」德國航太中心推進技術研究所的專案經理 Anna-Samira Söhngen 解釋道。由於協調、優化的冷卻，節省的冷卻空氣使引擎整體效率更高。

 

歐洲獨一無二的氫氣渦輪機試驗台正在準備中

NG-Turb水輪機試驗台以乾燥空氣為流動介質，以閉路工作。此測試台可實現可變壓力和溫度，從而可獨立設定重要的關鍵數據馬赫數和雷諾數。該系統還具有乾燥系統和冷卻空氣壓縮機，可從系統中提取空氣並將其提供給渦輪機進行冷卻空氣模擬。為此，現在測試台上已經安裝了熱交換器，這意味著可以降低冷卻空氣的溫度，並且可以實際設定另一個參數，即主流和冷卻空氣之間的溫度比。

DLR 獲得聯邦經濟事務和氣候保護部 (BMWK) 的財政支持，準備其地面試驗台，其中還包括位於哥廷根的 NG-Turb，用於研究環保航空燃料和推進技術（UpLift 項目） 。除其他事項外，重點是在引擎中可能使用氫氣，未來也將在渦輪機研究中研究其影響。該資金是 BMWK 航空研究計畫 LuFo Klima 的一部分，該計畫是聯邦政府支持航空業實現 CO 2中和的核心工具。

 

其他的項目

所謂的熱點追蹤是目前調查的焦點。為此，科學家測量了「溫度條紋」及其通過渦輪機的流量。

 

[照片]

(A) DLR 渦輪機測試台 NG-Turb

未來的高性能渦輪機正在位於哥廷根的 DLR 推進技術研究所的下一代渦輪機測試設施 (NG-Turb) 中進行檢查

(B) 帶小翼的渦輪葉片

渦輪葉片的細節，其末端是新的小翼

(C) DLR 哥廷根的下一代渦輪機試驗台

位於哥廷根 DLR 的 NG-Turb（下一代渦輪機）試驗台是研究未來飛機和發電廠渦輪機的最強大的測試設施之一。

(D) 未來渦輪機的測試設施

NG-Turb 測試台的研究用於研究未來更有效率、更環保的飛機和發電廠渦輪機