闻雪友院士访谈

问:请您简要介绍国外舰用燃气轮机的发展情况,目前中国舰用燃气轮机的研制与国外发达国家的差距,以及中国对舰用燃气轮机的需求?     

舰用航改燃气轮机通用控制系统研制及应用

为了为国产燃气轮机数控系统的选配提供1种低成本、可靠、易用的解决方案,开发了舰用航改燃气轮机通用控制系统.介绍了该通用控制系统的研制方法、应用以及总体研制方案,列举了各部件的设计原理和结构、设计特点以及技术性能指标.舰用航改燃气轮机通用控制系统采用模块化、通用化设计思想,EtherCAT实时以太网通讯技术,3余度的设计架构,提高了设计效率,缩短了设计周期,降低了设计成本,提高了系统的可靠性,在燃气轮机控制领域具有非常广的应用前景.     

舰用燃气轮机棘爪式离合器结构优化

为了解决棘爪式离合器因无法承受电机产生的过大冲击载荷而失效的问题,对棘爪式离合器的结构进行分析与优化。在接口和外廓尺寸不变的条件下,采用棘爪柱销一体化设计和均载设计等方法,提出一种新的棘爪式离合器结构,并对其进行仿真分析、关键承力部件静力与冲击强度试验和舰用燃气轮机整机考核试验。结果表明:新的棘爪式离合器承载能力至少提高74%,在过大的冲击载荷作用下仍能正常工作,完全满足舰用燃气轮机的使用需求。     

新一代舰用燃气轮机即将问世

自从60年代英国皇家海军决定水面舰艇动力采用燃气轮机以来,舰用燃气轮机获得了迅速发展。西方国家在发展舰用燃气轮机过程中选择了采用成熟的航空发动机改型的道路。英国的“泰恩”、“埃汶”、“斯贝”、“奥林巴斯”及RB211,美国的LM-2500、LM-500、LM-1600、FT-9等均被广泛用于海军舰艇,其中,通用电气公司的LM-2500是美国当前海军舰艇的主要动力。由于在航空发动机基础上衍生的轻型燃气轮机具有优异的性能,因此,是否采用燃气轮机已经成为海军装备现代化的一个重要标志。     

高温吸声结构的声学性能研究

本文从分析温度对多孔材料的性能影响入手 ,对燃气轮机排气装置中常用的有限厚度吸声层在高温及存在温度梯度时的声学性能进行了理论分析 ,并通过高温试验验证 ,证明理论分析与实际是一致的。     

舰船燃气轮机发展现状、方向及关键技术

舰船燃气轮机在大中型水面舰艇动力中占主导地位,是海军现代化的一个重要标志。本文回顾了国内外舰船燃气轮机的发展历程,介绍了舰船燃气轮机发展走航改舰用和独立发展道路的状况。分析了典型舰船燃气轮机LM2500系列、MT30和UGT25000的技术特点和性能,从提高功率与热效率、提高可靠性与可维护性、发展产品系列化与谱系化等方面展望了舰船燃气轮机的发展方向,并提出了在材料及制造工艺、金属增材制造、气动设计、低排放、冷却及热障涂层、双燃料、智能化和混合动力等方面需要发展的关键技术。     

舰船燃气轮机技术的发展途径

分析了国外舰船燃气轮机的发展的现状、趋势和技术途径,结合中国舰用燃气轮机的研制情况,提出了中国舰船燃气轮机的发展策略,即走航空发动机改型的道路。     

闻雪友院士访谈

<正>闻雪友,男,1940年出生,浙江慈溪人,1962年7月上海交通大学毕业后分配到中国船舶工业总公司第七研究院第七〇三研究所工作至今。燃气轮机专家,中国工程院院士。闻雪友长期从事舰船/工业燃气轮机装置的研究设计工作。曾任中国多型舰用燃气轮机机组的研制负责人,后又曾组织实施多项与燃气轮机相关的大型民用工程,为中国舰船/工业燃气轮机装置的发展和民用化进程做出了重要     

航机舰用燃气轮机推进系统的模型简化

木文结合航机改装的舰用燃气轮机系统,在较详细的高阶非线性模型的基础上进行了系统的模态分析和灵敏度分析,进而探讨了燃气轮机作为控制对象时反馈变量的选择和高阶模型的简化方法。这方法为这类系统的控制器设计时数学模型的处理提供了有价值的参考。      

航机舰用燃气轮机推进系统的最优控制

本文利用舰用燃气轮机推进系统的简化模型及部分状态反馈进行最优控制器的设计。文中提出一种线性二次型PI控制,和一般二次型控制不同之处在于,它既能消除静态偏差,又能使系统整体最优。     

燃气轮机排气系统整机环境部件特性修正方法

为了探究外界环境条件对燃气轮机排气的影响,以船舶燃气轮机排气系统和船舶整机系统为研究对象,采用合适的物理模型对船用燃气轮机排气部件进行阻力特性、流场分布的仿真分析,进一步提出燃气轮机排气系统的修正方法。对国内外相关的研究现状进行了调研,引出研究内容和研究意义,建立船舶燃气轮机排气系统和整机系统的模型,对模型进行了网格划分,利用数值仿真技术开展不同工况点和风速风向下燃气轮机排气系统的流场特性仿真计算分析。结果表明：得到不同风速风向下排气系统的阻力特性,即总压以及总压损失,温度特性以及引射特性。以整机仿真和部件仿真所得到的数据为基准,建立了燃气轮机排气系统在整机环境从无风到有风的变化条件下的工作特性修正模型。     

1 次表面换热器在舰船燃气轮机间冷系统中的应用

1次表面换热器凭借其高效紧凑的换热特点特别适用于舰船燃气轮机的间冷系统中。为其在燃气轮机间冷系统的应用提供设计指导,在保证间冷系统性能要求的前提下减小间冷器的尺寸和体积,开展液-气1次表面换热器的换热性能和压降研究。针对舰船燃气轮机设计点间冷器的典型热力参数和布置特点,设计了满足间冷系统性能要求的间冷器模块,给出并分析了所设计的间冷器在不同冷却淡水温度和流量下的换热器性能。结果表明:在燃气轮机非设计工况下间冷器的气侧出口温度和压降会随着燃气轮机负荷的下降呈近似线性下降,在燃气轮机低负荷时需注意气体中水冷凝问题。     

海洋环境下航改燃气轮机腐蚀防护与控制

分析了航改燃气轮机在海洋环境下的腐蚀形式与机理;借鉴国内外海洋环境下燃气轮机的防腐蚀成功经验,从选材和涂层系统2个层面进行了腐蚀防护设计,建立了航改燃气轮机防腐选材体系。结果表明,该防护体系能够满足航改燃气轮机在海洋环境下的防腐蚀要求。     

舰船燃气轮机支撑系统结构设计及抗冲击计算分析

介绍了舰船燃气轮机支撑系统的设计要求。设计了1种满足设计要求的支撑系统,主要包括主支撑、辅助支撑及防偏摆装置。经抗冲击计算分析,该支撑系统可满足强度设计要求。     

某间冷燃气轮机台架试验控制系统总体设计方案研究

为了研究某间冷燃气轮机的性能,需要研制1套控制系统完成燃气轮机在台架上的试车验证,并视情对燃气轮机的控制规律及参数进行修改。介绍了某间冷燃气轮机台架试验控制系统总体设计方案,详细地阐述该系统的组成、功能实现方案及控制逻辑、对燃气轮机的安全保护及数据监控等方面。描述了此系统的"六性"设计准则、研制风险、关键技术等。研究结果表明:该间冷燃气轮机控制系统的特点结构简单、原理合理、功能完善、技术成熟、工作安全可靠,证明该系统总体设计方案可行。     

空气系统对核心机性能敏感性的影响

为了确定空气系统不同位置引气量对核心机性能的影响，给总体性能和空气系统设计提供依据，以某型核心机设计过 程为例，将空气系统设计迭代到总体性能设计中，研究了空气系统对核心机性能和部件特性的影响，并开展了空气系统对核心机 性能的敏感性分析。结果表明：每个引气位置引气量的增加均会导致燃烧室出口温度的升高，其中用于涡轮转子冷却的引气对燃 烧室出口温度的影响最大，其次为第5级压气机引气，再次为用于涡轮导向器冷却的引气，影响最小的为用于涡轮后机匣冷却的 引气。将空气系统设计结果迭代到核心机性能模型中，迭代后的压气机和涡轮工作特性发生了变化，压气机共同工作线受引气量 增加的影响稍微下移，涡轮落压比由于燃烧室出口温度的升高而减小。     

微型涡喷发动机顶层设计研究

对微型涡轮喷气发动机的顶层设计问题进行了研究。首先分析了发动机尺寸对性能的影响,揭示了微型发动机推重比具有与尺寸成反比提高的潜力。基于各相关学科近期能达到的技术水平,选择了微型发动机尺寸并提出了初步设计方案。对微型涡喷发动机的压比、燃烧室出口温度和各部件效率等设计参数进行了单变量和双变量分析,得到了这些参数对推力、耗油率等性能的影响规律。提出了一个能简便准确地判断微型发动机顶层设计方案是否能产生推力的判别准则,并得出了高、中、低性能的三种气动热力参数顶层设计方案。      

某燃气发生器地面台架试车性能分析

针对某燃气发生器特点采用工艺喷口模拟动力涡轮流通能力,测取各截面参数,统计分析试验数据结果证明该型机性能达到设计要求。在地面台架试车阶段,对比调整压气机径向间隙、喷口面积变化对燃气发生器各性能参数的影响。为改进部件性能和燃气发生器与动力涡轮配套的整机试车提供试验数据。      

Efficient and environmentally friendly aero-engine (EEFAE) targeted research action

Environmental issues, such as noise and exhaust gas emissions, will have a major impact upon the design and development of future-generation aircraft propulsion systems. The key objective of the European aero-engine industry is to strengthen competitiveness whilst ensuring that sustainable market growth is achieved with due consideration to environmental and safety issues. For this aim to be achieved, future aircraft gas turbine engines must provide increasing cycle performance at reduced weight (i.e. increased thrust-to-weight ratio) in order to minimise fuel consumption and consequently reduce emissions of greenhouse gasses. It is therefore vitally important that the European aero-engine industry is able to optimise its research and technology resources through an integrated approach.     

微燃机双面复合叶轮压缩特性

为追求高性能参数、高新技术装备的核心机,基于结构融合、过程融合思想,对传统微燃机核心机进行融合创新。基于3D打印设计制造技术基础,创新设计了一种双面常规叶轮与空心涡轮叶片径向连接为一体的双面复合叶轮结构,有望成为未来极具潜力的高效叶轮。具体对基于双面复合叶轮的微燃机工作原理,结构方案及预期性能进行初步分析,重点对双面复合叶轮的压缩特性与后进气管换热特性进行了数值模拟研究。结果表明:该叶轮相比常规叶轮,压缩特性符合预期,较为理想,在压比、流量、效率方面均有显著提高;后进气管回收4.4 K尾气温度可提高热效率,为高气动性能、高循环参数的燃气轮机发展奠定了基础。