Hřídele proudových motorů

VŠE O LOPATKÁCH

HISTORIE PROUDOVÝCH MOTORŮ

‍

Než se pustíme do vývoje lopatek proudových motorů, musíme se nejprve podívat na to, kde a jak to všechno začalo.

Pro rok 2021 se po celém světě očekávalo 22,2 milionu letů leteckých společností. Jedná se o prudký pokles ze 40,3 milionu předpokládaných pro rok 2020 v důsledku pandemie COVID-19. Odhaduje se, že na těchto letech bylo přepraveno 2,8 miliardy cestujících. Kolik z těchto cestujících někdy přemýšlí o inovacích a technologii lopatek tryskové turbíny a o tom, jak funguje proudový motor?

Proudový motor je motorem dnešních proudových letadel. Generuje nejen tah, který pohání letadlo, ale také energii použitou k pohonu mnoha dalších systémů letadla. Proudové motory fungují podle Newtonova třetího pohybového zákona, který říká, že jakákoli síla působící na těleso vytváří stejnou a opačnou sílu. Proudový motor nasává část vzduchu, kterým se letadlo pohybuje, stlačuje ho, připojuje k palivu, ohřívá ho a nakonec vylučuje výsledný plyn takovou silou, že letadlo je poháněno dopředu a vezme vás do vaší oblíbené prázdninové destinace nebo plánované služební cesty.

‍

‍

VRAŤME SE DO HISTORIE PROUDOVÝCH MOTORŮ, KDE TO VŠECHNO ZAČALO, A PODÍVEJME SE, JAK SE VYVÍJELY LOPATKY TURBÍN.  

‍

HISTORIE LOPATEK TURBÍN

Můžeme se vrátit k egyptským Aeolipiles, které byly vyvinuty hrdinou Alexandrem žijícím v roce 150 př.nl. Čínská raketová technologie z roku 1230,  "kominík" Leonarda Da Vinciho, impulsní turbína italského inženýra Giovanniho Brancy pro lisovnu. Nemluvě o Bernoulliho principu, který lze také odvodit přímo z Newtonova druhého pohybového zákona, a přestože to vše mělo dopad, až po první světové válce byl tento princip posunut na další úroveň a urychlil vzestup letectví a vývoj proudových turbín, který přímo souvisí s vývojem lopatek turbín.

‍

‍

PRŮLOMY A HISTORICI PROUDOVÉHO MOTORU

Švýcarský inženýr Alfred Buchi patentoval turbodmychadlo v roce 1910, ale zařízení selhalo v letových zkouškách ve Francii. General Electric (GE) se v té době soustředila hlavně na stavbu turbín a dalších zařízení pro elektrárny, ale v listopadu 1917 chtěla americká vláda vyvinout vlastní verzi turbodmychadla a požádala společnost o pomoc při vývoji zařízení pro americkou armádu.

Úkol vést tajný projekt připadl inženýrovi plynové turbíny GE jménem Sanford Moss.

Moss postavil turbodmychadlo, které používalo horké výfukové plyny leteckého motoru k otáčení radiální turbíny, kterou navrhl, a stlačování vzduchu vstupujícího do motoru.  

Průlom přišel v roce 1930, kdy poručík Royal Air Force, Sir. Frank Whittle podal patent na plynovou turbínu s proudovým pohonem. Jeho motor s jednostupňovým odstředivým kompresorem spojeným s jednostupňovou turbínou byl úspěšně testován na zkušebním stavu v dubnu 1937 a vytvořil základ pro moderní proudový motor.

Mezitím Hans von Ohain v Německu, zatímco dokončoval doktorát na univerzitě v Göttingenu, formuloval svou teorii tryskového pohonu v roce 1933. Von Ohain a Dr. Max Hahn patentovali proudový motor v roce 1936 a 27. srpna 1939 se v Rostocku zapsali do historie prvním čistě proudovým letem.

‍

‍

NĚMECKO SE DO HISTORIE ZAPSALO PRVNÍM LETEM SE ZCELA PROUDOVÝM MOTOREM.

V roce 1939 ministerstvo letectví udělilo společnosti Power Jets Ltd. (společnost, ve které měl Whittle podíl) zakázku na vývoj leteckého motoru. 15. května 1941 uskutečnil motor Whittle W1 svůj první let v Gloster Model E28/39. Toto letadlo dosáhlo rychlosti 595 km / h (370 mph) v horizontálním letu s tahem 1,000 XNUMX liber. Po úspěchu motoru Whittle Britové okamžitě poslali prototyp svým spojencům ve Spojených státech, kde General Electric okamžitě začal vyrábět kopie. Během této doby skupina inženýrů GE, nazvaná Hush-Hush Boys, vyvinula nové díly pro motor, přepracovala ho, otestovala a dodala přísně tajný, funkční prototyp nazvaný I-A s tahem 1 300 liber!

TRYSKOVÝ VĚK V USA A EVROPĚ BYL V PLNÉM PROUDU

JE TO VŠECHNO O LOPATKÁCH

Stejně jako mnoho technologických inovací, proudový motor trval nějaký čas, než se vyvinul od konceptu přes návrh až po provedení, ale dvě světové války zastínily letecké inženýrství. Ke konci druhé světové války byly představeny moderní turbínové motory, včetně chlazení lopatek, prevence námrazy a výfukové trysky s proměnným průřezem.

V roce 1930 byly prototypy Sira Franka Whittlea vyrobeny výhradně z oceli. Ocel je skvělá pro pevnost a tvrdost povrchu, ale pokud potřebujete vysokoteplotní výkon, měli byste se podívat jinam, protože maximální teplota oceli je 450-500 ° C.

Důležitým limitujícím faktorem u prvních proudových motorů byl výkon materiálů dostupných pro horkou část (spalovací komora a turbína) motoru. Potřeba lepších materiálů vedla k rozsáhlému výzkumu v oblasti slitin a výrobních technik a tento výzkum vedl k dlouhému seznamu nových materiálů a procesů, které umožňují moderní plynové turbíny.

‍

‍

Kromě zdokonalování materiálů a slitin byl průlomem vývoj procesů pro řízené tuhnutí (DS) a výrobu monokrystalů (SC), jakož i vývoj tepelně izolačních vrstev. Snaha o vysoce výkonné materiály, inovativní design a vylepšené výrobní metody při vývoji lopatek bude podrobně diskutována v Blog Jet Turbine Blades Part 2 příští týden. Vývoj v průběhu let a neustálé zlepšování není možné bez měření.

‍

VÝROBA A METROLOGIE

Konstrukce a montáž komponent proudového motoru trvá přibližně dva roky, po vývojové a testovací fázi, která může trvat až pět let pro každý model. Během celého procesu konstrukce motoru jsou součásti a sestavy testovány na rozměrovou přesnost, zpracování a integritu materiálu.  

Od roku 1968 se společnost WENZEL snaží nabízet lepší měřicí řešení pro zpracovatelský průmysl svými inovacemi v oblasti měřicí techniky. Nejmodernější měřicí systémy jsou nabízeny pro lopatky turbín různých velikostí. Složité křivky lopatek turbíny mají kritické rozměry, které musí být měřeny v mnoha bodech, což je omezeno rozsahem konvenčních dotekových systémů. Typická měření zahrnují průřezy lopatek na několika místech, což je také velmi zvláštní výzva. To platí zejména pro měření poloměrů na náběžné hraně, odtokové hraně, tvaru kořene a umístění a velikosti chladicích otvorů. (Další informace o funkcích turbín a lopatek najdete v blogovém příspěvku).

Omezené průměrem stylusu nelze detekovat tvarové odchylky a vady malých prvků. Doteková sonda má na měření vliv a může způsobit, že výsledky budou vypadat lépe nebo hůře, než ve skutečnosti jsou.

Jako alternativu lze použít optické měřicí systémy. Reflexní povrchy musí být v mnoha případech připraveny a potaženy speciálním práškem. Tento postup přidává k dílu další materiál a vede k nesprávným výsledkům při hodnocení malých prvků. Kromě toho není každá metoda schopna detekovat malé poloměry nebo dokonce měřit prvky, které jsou obtížně přístupné.

Společnost WENZEL vyvinul optický měřicí systém CORE S, který splňuje všechny tyto požadavky. Díky inovativnímu senzoru není nutná žádná příprava reflexních a leštěných povrchů. Měřicí body jsou detekovány malým světelným bodem o průměru 35 μm. S tímto měřicím systémem lze detailně měřit i malé poloměry s vysokou rychlostí a analyzovat tvarové odchylky a vady.

‍

UŠLI JSME DLOUHOU CESTU!  

Vývoj lopatek proudových turbín začal s odhodláním zrychlovat a v příštích dvou týdnech se budeme zabývat technickými aspekty a konstrukcí lopatek tryskových turbín. Jen se podívejte, jak daleko jsme za posledních šest desetiletí došli. Od prvního proudového letadla v roce 1939 s tahem 1100 liber, k tahu typického proudového motoru 5,000 lbf (22,000 N) (de Havilland Ghost Turbojet) v roce 1950, na 115,000 lbf (510,000 N) (General Electric GE90 Turbofan) v roce 1990, nemluvě o mnohem vyšší spolehlivosti, pokud jde o odstávky na 100,000 letových hodin motoru.

V kombinaci s prudkým poklesem spotřeby paliva to umožnilo rutinní transatlantické lety s dvoumotorovými komerčními letadly (ETOPS) na přelomu století, které by dříve vyžadovaly několik zastávek na doplnění paliva.  

Dnes pokračuje vývoj technologie plynových turbín s novými motory, které nabízejí ještě nižší spotřebu paliva a mnohem nižší hladinu hluku. Dva z největších motorů s plynovou turbínou, které kdy byly vyrobeny, byly uvedeny do provozu v Airbusu A380 – Rolls-Royce Trent 900 a Engine Alliance GP 7200 (partnerství mezi GE a Pratt & Whitney). Tyto masivní motory generují tah 70 000 liber.  

‍

V BUDOUCNU BUDE ZAJÍMAVÉ SLEDOVAT, JAKÁ BUDE DALŠÍ FÁZE VÝVOJE MOTORU S PLYNOVOU TURBÍNOU.

Sledujte nás na naší platformě a připojte se k naší sérii All About Blades, cestě, kterou si nesmíte nechat ujít! Náš tým a externí odborníci budou hovořit více o lopatkách tryskových turbín, geometriích a výzvách ve výrobě a zajištění kvality. Těšíme se, že se s vámi podělíme o #allaboutblades !

‍