Глава 462 Высокоэффективное пленочное охлаждение, преодоление температуры перед турбиной
После посещения церемонии выкатки первого самолета J-11 отечественного производства Чан Хаонан в качестве главного конструктора проекта турбовентиляторного самолета 10 прибыл в Шэнцзин и должен посетить Институт 606 и Завод 410.
В конце концов, все это произойдет.
Для авиационной промышленности Китая турбовентиляторный двигатель 10 является практически «нулевым» двигателем. Хотя некоторые из технологий, ранее разработанных при разработке турбореактивного двигателя 14, могут быть использованы, не многие из них могут быть использованы.
Что касается более старых моделей, то они вообще не имеют никакой референтной ценности.
До появления Turbojet 14 в Китае не было даже системы исследований и разработок в области авиакосмических двигателей в строгом смысле этого слова.
Поэтому в целях повышения эффективности компания Chang Haonan приняла беспрецедентную схему параллельной работы проектных и производственных линий в рамках данного проекта, что сопряжено с повышенными рисками и рабочей нагрузкой.
«Господин Чанг».
Чан Хаонан приехал в Шэнцзин на временной основе и появился на заводе 112 только после того, как сошел с самолета. Поэтому после того, как он прибыл на завод 606, за исключением Хай Идэ, главного инженера, который руководил организационной работой в Шэнцзине, другие люди даже не были готовы.
«Почему мистер Чанг не сказал нам об этом до своего прихода? Давайте разберемся...»
Инженер, следовавший за Хайидэ, потрогал свои небритые виски, за которыми, очевидно, не ухаживали много дней, а затем с выражением смущения на лице взглянул на комнату для проектных исследований, которая была почти полностью завалена всевозможной информацией и схемами.
Хотя работа по проектированию двигателей в настоящее время в значительной степени оцифрована, эта комната фактически является местом для общения и дискуссий между несколькими группами НИОКР.
В конце концов, разработка авиации — это сложная системная инженерия. Невозможно просто замесить несколько частей вместе, как глину, и на этом все. Неудачная конструкция компрессора в начале Turbojet 14 доказала, что такой подход никогда не сработает. Поэтому, даже если проект находится на ранних стадиях, всем по-прежнему необходимо часто общаться друг с другом под руководством общей команды разработчиков, чтобы не допустить слишком далекого направления разработки определенной подсистемы.
В этом процессе бумажные материалы часто более удобны. В конце концов, в наши дни нет программного обеспечения, работающего онлайн.
«Это необычно, не правда ли?»
Чан Хаонан небрежно отложил в сторону огромный рисунок, покрывавший два стула, а затем сел на один из них:
«Хотя я не всегда в Шэнцзине, поскольку мы одна и та же команда НИОКР, мы семья. Не ведите себя так, будто вы приветствуете лидера».
Поскольку проектирование авиационных двигателей включает в себя большое количество сложных численных расчетов, а в настоящее время городом с самыми богатыми суперкомпьютерными ресурсами в стране является Пекин, а планируемый в будущем центр исследований компрессоров также будет располагаться в Пекинском университете Хан, на самом деле в столице работает довольно много сотрудников отдела НИОКР вместе с Чан Хаонанем.
Кроме того, он также является ведущим дизайнером и прекрасно понимает психологическое состояние каждого участника проекта, особенно на критических этапах запуска и решения ключевых проблем.
Если в офисе беспорядок, пусть он остается беспорядок. Как только он будет убран, всегда найдется что-то, чего вы не сможете найти.
Как главный дизайнер, он присутствует практически везде во всем проекте. Ему нет нужды демонстрировать свое присутствие, возясь, как некоторые лидеры.
После того, как все расселись, Хайидэ быстро вернула тему в нужное русло:
«Хорошо, мы почти приехали. Если вам нужно что-то сообщить или спросить у г-на Чанга лично, это может избавить вас от необходимости командировки в столицу. Пожалуйста, поторопитесь и скажите то, что вам нужно сказать, и спросите то, что вам нужно спросить».
Хотя Чан Хаонан обычно находится в BJ, он не просто так покидает Shengjing. Каждое направление исследований и разработок должно каждую неделю представлять отчеты о ходе проекта, и он также будет давать обратную связь как можно скорее, так что хотя Прошло два месяца с тех пор, как я был в Школе 606, но нет грандиозного события, когда все накопили кучу вопросов и активно их задавали.
«Господин Чан, давайте сначала доложим о ситуации в камере сгорания».
После непродолжительного молчания первым заговорил инженер, на вид лет пятидесяти.
Инь Юнцзе, один из заместителей главного конструктора Turbofan 10, также является ответственным за НИОКР и проектирование технологий камер сгорания.
Он принимал участие в проектировании первой в моей стране кольцевой камеры сгорания в проекте Turbojet 14. Хотя с точки зрения одних только показателей работы на бумаге незрелая конструкция не намного лучше предыдущей кольцевой камеры сгорания, но из-за пламени ствол представляет собой интегральную кольцевую полость, поэтому коэффициент использования пространства выше, поле выходного потока распределено равномерно, а требуемое давление охлаждения относительно невелико.
Проще говоря, потенциал больше.
Именно благодаря опыту Инь Юнцзе Чан Хаонань осмелился передать ему камеру сгорания — один из трех основных компонентов машины.
«Когда я докладывал вам в прошлый раз, мы уже установили испытательную площадку высокого давления для камеры сгорания. За это время мы также провели некоторую подготовительную работу для параметрического проектирования. Ожидается, что количество испытаний высокого давления может быть сокращено примерно до половины от предыдущего уровня. Следующий шаг — начать разработку расчетных моделей и параметризацию системы. Однако мощность сгорания, которую мы определили сейчас, немного велика, а требования к интенсивности охлаждения очень высоки. Интересно, сможет ли компрессор обеспечить на 6%-8% больше всасываемого потока?»
— сказал Инь Юнцзе, протягивая по столу перед Чан Хаонанем листок с информацией, который он держал в руке.
«Предварительная обработка была выполнена хорошо. Кроме того, при дальнейшей разработке расчетной модели помните, что в дополнение к стандартному центробежному соплу модель распыления также может быть использована для построения структуры центробежного масляного слингера». Поскольку понимание человеком процесса сгорания все еще неясно. Оно относительно неясно, поэтому с точки зрения аэродинамики и структуры сгорания численные расчеты играют относительно небольшую роль, а исследовательская база для структур камеры сгорания не так хороша, как у компрессоров и турбин. Инь Юнцзе может достичь этого уровня параметризации, и это действительно было довольно хорошо.
«Нефтяной самосвал?»
Просьба Чан Хаонаня ошеломила Инь Юнцзе:
«Наш дизайн…»
Однако на полпути его прервал Чан Хаонан:
«Конечно, большой толчок для турбовентиляторного двигателя 10 заключается в использовании центробежных сопел, но реактивная тяга определенно станет более популярной в будущем. Небольшие авиационные двигатели необходимы в таких местах, как крылатые ракеты и беспилотники. Давление подачи масла в маслосбросной пластине низкое и нестабильное. Его легко заблокировать, и самое главное, что это дешево. Мы просто пользуемся текущей возможностью, чтобы заложить фундамент».
По сравнению с другими исследователями в области развития авиации в Китае того времени, самым большим преимуществом Чан Хаонаня, помимо мошенничества, является его способность к долгосрочному планированию.
«Хорошо, мы обратим внимание, когда придет время».
Инь Юнцзе открыл блокнот перед собой и записал следующую просьбу:
«Господин Чанг, вопрос о потоке всасываемого воздуха...»
«6%-8% — это слишком много».
Чан Хаонан тут же покачал головой:
«Сейчас общий уровень проектирования в основном определил структуру как структуру 2-8-1-1 или структуру 3-7-1-1, поэтому запас, оставшийся на каждом уровне, очень мал, от 6% до 8% — это почти... Добавление еще одного уровня высокого давления определенно не сработает».
«Но наша потребность в охлаждающем потоке воздуха действительно намного больше. Если она не увеличится...»
Можно сказать, что пленочное охлаждение является эпохальной технологией в истории развития авиадвигателей, но использование газа для активного охлаждения не обходится без затрат. Газ, используемый для охлаждения, не может быть использован для движения, что эквивалентно потере значительной части мощности компрессора.
Таким образом, хотя теоретически лучших результатов можно добиться, просто увеличив количество охлаждающего газа, при проектировании реальных авиационных двигателей скорость потери газа все равно необходимо учитывать.
Если внутренняя стенка камеры сгорания потребляет не менее 6%, то, учитывая турбину с большим давлением охлаждения...
Также играет молотком.
Если вы выпустите почти пятую часть воздуха, который компрессор так усердно всасывает, это может быть приемлемо для двигателей с выходной мощностью на валу, таких как турбовинтовые и турбовальные, но для турбовентиляторных двигателей это по сути просто бесполезно.
А если добавить еще один уровень высокого давления, то получится 3-8-1-1, что даже близко не соответствует текущему AL31F.
Производительность AL31F, безусловно, достаточна, но ее потенциал не раскрыт.
В конце концов, это дизайн конца 1970-х годов.
«Каков верхний предел настройки температуры на выходе из камеры сгорания?»
Температура перед турбиной ТРДД-10 (то есть температура на выходе из камеры сгорания) установлена на уровне 1200-1250°C. Это решение принимает сам Чан Хаонан, но система охлаждения должна оставлять определенный запас. Насколько оставлен запас — это работа Инь Юнцзе.
«Оставьте запас 5%, 1325℃».
Этот запас, конечно, рассчитывается на основе температуры Кельвина.
Затем Инь Юнцзе добавил:
«Эта потребность в охлаждении слишком высока. Мы можем использовать только щелевое охлаждение вместо охлаждения с круглыми отверстиями на турбореактивном двигателе 14, а потребность в потоке воздуха увеличивается».
Теперь Чан Хаонан наконец понял, в чем проблема;
«Не используйте щелевое охлаждение. Мой следующий план — изучить высокоэффективное решение для охлаждения с помощью сформированных отверстий для турбинной части. Использование отверстий специальной формы вместо круглых отверстий теоретически может достичь эффекта, близкого к щелевому охлаждению, без увеличения расхода воздуха. Ребята, давайте продолжим рассчитывать другие структуры на основе 1325 °C. Конкретный план охлаждения будет определен после того, как я разработаю модель пористой среды с отверстиями специальной формы».
Хотя температура на выходе из камеры сгорания, несомненно, является самой высокой частью всего двигателя, в конечном итоге для преобразования энергии высокоэнергетического газа в механическую работу все равно требуется турбина. Последняя не только работает в среде с высокой температурой и высоким давлением, но и должна вращаться с высокой скоростью и выдерживать внешние перегрузки. Поэтому требования к материалам и технологии охлаждения выше.
Если на турбине можно использовать технологию охлаждения, то ее перенос на боковую стенку камеры сгорания, как правило, не представляет большой проблемы.
(Конец этой главы)
