لماذا يمتلك جهاز Trent XWB مراحل الضاغط الوسيطة؟

4

أدركت أن Rolls-Royce Trent XWB على Airbus A350 لديها مراحل الضاغط الوسيطة. لماذا هذا؟

تشتمل المحركات الأخرى مثل CFM56 أو IAE V2500 التي تشغل معظم عائلة A320 على طواحين ضغط منخفض (بما في ذلك المروحة) ، وليست محركات وسيطة. ولا يحتوي جهاز Trent XWB على ضاغط منخفض الضغط. ما لم يكن عدد المعجبين واحدًا.

هل الضاغط ذو الضغط المنخفض هو المروحة فقط على A350 ولا يطلق عليه مروحة؟

    
مجموعة Gary Zenger 27.01.2018 / 06:28

3 إجابة

6

يجب على مصممي المحركات النفاثة العثور على تنازلات في كل وقت ، أما المصطلح المهم هنا فهو بين أقل تعقيد وكفاءة أعلى.

في ستينيات القرن الماضي ، تراجعت شركة رولز-رويس في المحركات التجارية الضخمة ، حيث أدخل المنافسون مراوح نسبة كبيرة من السيارات مثل GE CF6 و P & amp؛ W JT9D ، التي تعمل على تشغيل الجيل الجديد من الطائرات ذات الجسم العريض التي يتم تقديمها في ذلك الوقت . جميع الجهود المبذولة على الجانب البريطاني جاءت لشيء ، جزئيا بسبب نقص التمويل (المصدر: Wikipedia ):

The company [Rolls-Royce] went ahead with the project and under the leadership of (Adrian) Lombard built the twin spool demonstrator. Overall development costs of the RB.178 was £2.6 million. As a comparison, the G.E. and P&W companies were awarded nearly $20 million by the U.S. DoD ( Department of Defense) to develop and build the TF39 and STF200 technology demonstrators.

أو لتفضيل مصنعي الطائرات الأمريكية لمحركات الولايات المتحدة. Wikipedia مرة أخرى:

There are perhaps many reasons why the RB.178 failed to take off and chief among them was the refusal of Boeing to accept the Rolls-Royce engine on the transatlantic 747.

أدركت شركة Rolls-Royce أنه ليس لديها أي فرصة للحاق بها من خلال تصميم مروحة أخرى ثنائية البكرة وخاطر الشركة بتصميم ثلاثي البكرة ، والذي سيصبح لاحقًا RB 211. Wikipedia مرة أخرى:

Meanwhile, Rolls-Royce was also working on a series of triple-spool designs as replacements for the Conway, which promised to deliver higher efficiencies. In this configuration, three groups of turbines spin three separate concentric shafts to power three sections of the compressor area running at different speeds. In addition to allowing each stage of the compressor to run at its optimal speed, the triple-spool design is also more compact and rigid, although more complex to build and maintain.

تتمثل مزايا استخدام ثلاثة مكبات في إمكانية تحسين سرعة كل مرحلة بشكل أفضل ، وبالتالي تعمل كل مرحلة بكفاءة أعلى. ومن المزايا الأخرى الموعودة استخدام الألياف الكربونية للمروحة في المرحلة الأولى ، مما سمح بتوفير كبير للوزن وعرضت لوكهيد ميزة مميزة في L-1011 TriStar على Douglas DC-10 .

ومع ذلك ، فشلت مروحة ألياف الكربون في اختبار إضراب الطيور ولم يستوف المحرك أهدافه الإنمائية. في النهاية ، كان على "رولز رويس" أن تستولي عليها الحكومة البريطانية ودخل "تريستار" السوق بتأخير لمدة عام. لكن ذهب RB211 في الإنتاج ، وإن كان ذلك مع تأخير. لم تحقق هذه المقامرة نجاحًا تجاريًا ، ولكنها من الناحية الفنية وضعت شركة Rolls-Royce على الفور أمام منافسيها. عندما تمت إضافة نسخة عالية الأداء من طراز RB211 كخيار للمحرك في طائرة بوينج 747 ، فإن المقارنة المباشرة مع تصميمات البكرتين جعلت من مكاسب الكفاءة في تصميم البكرات الثلاثة واضحة. FlightGlobal تم الإبلاغ عنه في عام 1980 :

The importance placed on fuel saving by airlines is emphasised by Qantas' adoption of RB.211-524 power for its new Boeing 747s - the only aircraft on which all big three fans are available. Qantas found that British Airways' Boeing 747s fitted with RB.211s burnt roughly 7 per cent less fuel than its JT9D-equipped fleet, a saving of about $1 million a year at today's prices.

جعلت أزمة النفط الثانية في 1979-1980 هذه المكاسب من الكفاءة وثيقة الصلة جدًا بصناعة خطوط الطيران. لكن تصميم البكرات الثلاثة يوفر ميزة أخرى: من خلال تفصيل عدد المراحل وقطرها إلى الأداء المطلوب ، سمح التصميم الأساسي نفسه لشركة Rolls-Royce بتغطية طيف دفع أكبر بكثير مع تصميم محرك أساسي واحد. يعتبر RR Trent تطويراً مباشراً لـ RB211 ويغطي نطاق دفع يتراوح من 240 إلى 430 كيلو نيوتن دون المساومة على الكفاءة. وهذا يتيح لشركة Rolls-Royce تكييف المحرك على النحو الأمثل مع الإصدارات المتوسعة أو المختصرة من معظم الطائرات ، لذا فهي في وضع مثالي لتقديم المحرك الأكثر كفاءة لهذه المهمة. في الواقع ، التطوير الناجح لمحرك ذو ثلاثة بكرات بالتزامن مع أفضل نموذج الأعمال التجارية ساعدت رولز رويس للحصول على حصة السوق الإجمالية من 40 ٪. Wikipedia مرة أخرى:

Sales of the Trent family of engines have made Rolls-Royce the second biggest supplier of large civil turbofans after General Electric, relegating rival Pratt & Whitney to third position.

هذا هو السبب في الضاغط الوسيطة على A350: فهو يساعد على إعطائه المحرك الأكثر كفاءة لأقل تكلفة تطوير والمخاطر. ونعم ، المروحة هي كل ما تبقى من مرحلة الضاغط المنخفض الضغط على ترينت 1000. بهذه الطريقة يمكن تشغيله بسرعة أقل بينما الضاغط الوسيطة يمكن بناؤها أصغر لأنها تعمل بسرعة أعلى.

    
الجواب معين 27.01.2018 / 12:35
4

بالنسبة للمحركات ذات مدى الدفع كما في A320 ، فإن البنية المثالية هي تصميم ذو شقين: يتم تقليل مساحة المقطع العرضي للضاغط ، مما يؤدي إلى أن تصبح شفرات الضاغط أصغر. إذا كانت الشفرات الأصغر في نهاية الضاغط يمكن أن تدور بشكل أسرع ، تزداد الكفاءة - وبالتالي تنقسم مراحل المحرك إلى ضغط منخفض وقسم ضغط مرتفع. المروحة هي ببساطة المرحلة الأولى من ضاغط الضغط المنخفض: يسمح طول الشفرة للمروحة بالدوران بنفس سرعة الدوران مثل ضاغط LP والتوربين.

يمثلمحركTrentمحركًاأكبريوفرمزيدًامنالدفع،وهذايبررإضافةعمودآخر.المروحةعبارةعنضاغطمنفصلمنالمرحلةالأولى،ممايوفرأيضًاقوةالدفع.من Rolls Royce، The Jet Engine إصدار 5:

Larger turbofans can benefit from three shafts: in this configuration, there is a fan (LP), an intermediate (IP) compressor, and an HP compressor all running on separate shafts connected to respective LP, IP, and HP turbines. The separation of the fan and first compressor stages allows the shaft speeds and thus fan and blade velocities to be optimised more closely to the ideal operating conditions of each stage.

The three-shaft layout adds a level of mechanical complexity to the overall engine layout but reduces the reliance on variable geometry compressor features. The main benefit is that high thrust can be developed from a shorter, lighter engine than an equivalently rated two-shaft layout.

    
الجواب معين 27.01.2018 / 06:59
2

على الرغم من أنني لا أتفق مع الإجابات الحالية ، إلا أنني سأضعها في منظور مختلف. تتضمن الإجابات الحالية مقايضة بين التعقيد والفعالية في التخزين المؤقت 2 مقابل التخزين المؤقت 3. بالنسبة لي ليست هذه هي الطريقة الصحيحة للنظر إليها. على سبيل المثال ، يُظهر هذا الجدول ، أن التخزين المؤقت 2 PW2037 لـ 757-200 قد أدى بالفعل إلى زيادة استهلاك الوقود بشكل أفضل ال 3 بكرة RB211-535E لنفس الطائرة. على الرغم من أنها محركات قديمة ، إلا أنها تظهر أن محركات التخزين المؤقت 2 ليست دائماً أقل كفاءة من محركات التخزين المؤقت 3.

بالنسبة لي ، تتمثل طريقة أفضل لعرض 2 من spools مقابل 3 spools في المبادلة بين تعقيد الديناميكي الهوائي والتعقيدات الميكانيكية .

كما تمت الإشارة إلى ذلك ، تسمح 3 بكرات بتحويل 3 أعمدة مختلفة بأفضل معدلاتها الخاصة. هذا بالتأكيد أفضل للديناميكيات الهوائية (وليس فقط الكفاءة ، ولكن أيضا هامش أفضل). إذا كان هذا رائعًا جدًا ، فلماذا لا تذهب إلى 4 أعمدة؟ أو 5 أعمدة؟ لماذا لا يكون كل مرحلة من مراحل الضاغط على عمود خاص بها؟ الجواب هو أن الأعمدة الإضافية تضيف تعقيدًا ميكانيكيًا:

  • يجب أن تكون أعمدة الإدارة مدعومةً بالمحامل ، لذا فإن 3 أعمدة هي المزيد من المحامل
  • يجب أن يتم دعم المحامل من خلال الإطارات ، لذلك تحتاج 3 أعمدة إلى المزيد من الإطارات
  • محرك رمح نموذجي هو 2 أو 3 إطارات و 4-6 اتجاهات. محرك رمح نموذجي 3 هو 3 أو 4 إطارات و 6 - 8 اتجاهات.

كل هذه الأشياء الإضافية تضيف الكثير من التعقيد إلى التصميم الميكانيكي. لذلك ، إذا قمت بالانتقال إلى مسار المحور الثاني ، فإن المحرك أبسط من الناحية الميكانيكية. لكن السعر الذي عليك دفعه هو التعقيد الديناميكي الهوائي. للوصول إلى كفاءة عامة قابلة للمقارنة ، يتعين عليك القيام بالكثير من العمل على الجانب الديناميكي الهوائي للوصول إلى هناك. على سبيل المثال ، تحتاج إلى المزيد من الهندسة المتغيرة (دوارات ثابتة متغيرة ، صمامات نزف مؤقتة ، إلخ) ، ستحتاج إلى عمل CFD أكثر تعقيدًا للحصول على كل جزء أخير من نقطة الكفاءة من كل مكون ، إلخ.

    
الجواب معين 27.01.2018 / 14:33