超级军网航发涡轮有没有可能采用液冷
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/04/28 15:36:10
]]
原帖由 发动机爱好者 于 2008-6-26 20:24 发表
早期的活塞式航空发动机都是采用气冷，改用液冷后性能大增，而现在航发涡轮都是采用气冷，虽然气路经过多次改进，但冷却效果基本达到极限，在未来的航发涡轮有没有可能采用专门的冷却液来降温以提高涡轮前温度呢？
不可能。要是谁能造出能有效循环，储存1600度高温高压冷却液的冷却系统的话，那么直接用这种技术和材料造涡轮叶片好不好？不就根本不用冷却系统了？
重量，密封……
baidu了一下，此种设想中国91年92年就有专业人士想到了（国外不太清楚），并刊登在当年的《航空动力学报》上（内容没用看到），其中有用水做冷却液的，也有用航空煤油做冷却液并直接烧掉的，其中用航空煤油的我也想到过用在一级涡轮叶片或压气机出口导向叶片的冷却上，大推的耗油量很高，通常为2~3公斤/秒，煤油的密度、比热都比空气大得多，冷却效果自然也好的多，由于是一次性冷却，油温不会太高（至少用在压气机出口导向叶片上不会太高，并通过高压可提高煤油沸点），高温煤油有利于提高燃烧效率，并且不需要散热器，因此结构简单，不过煤油高温加热后的压力很大，这样供油量难以控制，而且冷却道要耐高压，但是如果在高空中，涡轮叶片受撞击折断，煤油将泄漏出来酿成大火，因此每个叶片进出油口都要安装安全阀，一旦有叶片折断，立刻切断其油路。这也使该设想变得复杂
]]
原帖由 克虏伯火炮 于 2008-6-30 19:11 发表
首先，用液体冷却，只可能对静叶、燃烧室出口过渡段等冷却，转子上是不行的。因为很难保证动平衡，万一因为冷却液受热不均，径向出现重量分布不均，就破坏了动平衡条件。
压气机叶片不需要冷却。使用性能高一点 ...
由于转子是高速旋转的，所以转子旋转一周受热应该是相等的，“因为冷却液受热不均，径向出现重量分布不均，就破坏了动平衡条件”。应能避免
压气机叶片冷却的优点：
1.可以使用铝合金做叶片，降低成本，减轻重量。
2.降低高压空气温度，可提高总压比，和空气流量，现代增压柴油机都采用此法
3.可给煤油预热，使其更易汽化，更易燃烧。就像煤油喷灯，在没有增压的情况下，可使温度达到1000度以上
煤油碳化是主要问题，我写的时候忽视了。我是考虑到流量大，加热时间短，至少压气机叶片用应该没问题，另外有资料称煤油加热到沸点时才开始碳化，煤油的沸点在250-290°C，如果冷却管内压力大会提高沸点，也降低碳化的几率，（需要资料的给email，附件可能不支持PDF格式）。
空气冷却加工复杂，而且基本已到极限，提高叶片本身耐热性也遇到一个陶瓷附着强度的技术瓶颈，如果用水冷就需要散热装置，这就存在散热器空间摆放的设计问题，总之航发进入到一个岔路口。
]]
原帖由 发动机爱好者 于 2008-6-26 20:24 发表
早期的活塞式航空发动机都是采用气冷，改用液冷后性能大增，而现在航发涡轮都是采用气冷，虽然气路经过多次改进，但冷却效果基本达到极限，在未来的航发涡轮有没有可能采用专门的冷却液来降温以提高涡轮前温度呢？
二战的时候 可是气冷的发动机 功率普遍比液冷的大 液冷的优势是迎风面积小
原帖由 TripleX 于 2008-7-1 14:42 发表
二战的时候 可是气冷的发动机 功率普遍比液冷的大 液冷的优势是迎风面积小
气冷发动机冷却效果不如液冷好，因此压缩比不能太大，按常理发动机功率不应该比液冷大，你能举个功率普遍比液冷大的具体例子来吗？一下是我收集到的有关资料：
二战时期
功率最大气冷发动机:P&W R-4360 3500马力
功率最大的液冷发动机:Junkers Jumo224,未使用MW/GM装置,起飞功率:4500HP@3300rpm!(24缸,星形液冷)
原帖由 克虏伯火炮 于 2008-7-1 13:51 发表
因为冷却液受热不均，径向出现重量分布不均，就破坏了动平衡条件”。应能避免
---------------------------------------
不易避免。高速转子的叶片里流动着液体无法保证动平衡。因为叶片内的冷却流道直径加工（通常 ...
涡轮转子每分钟上万转，燃烧出口即使热场不均，涡轮各叶片受热也应基本一致的。涡轮叶片内的导气管是在叶片精铸前预埋的，误差控制在极小的范围，冷却液受热应是一样的
压气机应在低压出口冷却，这是我打错了
碳化问题就比较复杂了，但类似的加力燃烧装置同样会有类似的问题，要知道径向分布的油路在涡轮后有很长的分布，可以说是腹背受热，其工作环境至少比压气机温度高得多，不知是怎么解决的。
即使是很小的误差，也会导致煤油流量在各叶片上不一致（流量与管径的2.几次方成比例），就会导致各个叶片上的煤油温升不一致。在负荷变化的时候，由于供油量减少，煤油温升会升高，不均匀性就会更明显。
还有，我们忘了更根本的，煤油如何供应给转子？空气是允许泄漏的，但煤油可不允许。。。
在压气机低压出口冷却，就是中冷了。但同样，无法对转子冷却，只可能冷却静叶。冷却之后在理论上应该对性能有一些改善。
但还应该考虑 压气机叶片较薄，内部预留冷却通道之后可能会强度不足，而增厚叶片厚度又会影响气动效率 这些问题。
通常中间冷却都是分成两个压气机，在低压压气机出口冷却，而且通常都在总压比的平方根以下冷却。
举个例子，总压比24，低压压气机压比取为3-4，然后冷却，冷却之后在进入高压压气机，压比6-8。
对压气机叶片进行冷却，看起来是一个创意性的点子。但似乎到目前为止还没有对叶片冷却的。
至于为什么没有出现 对压气机叶片冷却 的中间冷却 ，我的理解是，除了我上面说的叶片强度的问题之外，还有就是，因为换热温度差比较低（压气机中间级大约也就是250-300度）换热壁厚又比普通的板式换热器厚一些，因此冷却效果不够好。
综合上述两点，在 稍稍提高性能（还有可能提高不了呢） 和 结构复杂成本高 之间，选择了放弃。
我就是一个废柴，瞎说，不一定对，也许哪一天还真采用这样方法来提高发动机性能了，那时候我就要到姥姥家找脸皮去了[:a6:]
加力燃烧的供油如何防热如何处理我不知道[:a10:]
还有，我们忘了更根本的，煤油如何供应给转子？空气是允许泄漏的，但煤油可不允许。。。
在压气机低压出口冷却，就是中冷了。但同样，无法对转子冷却，只可能冷却静叶。冷却之后在理论上应该对性能有一些改善。
但还应该考虑 压气机叶片较薄，内部预留冷却通道之后可能会强度不足，而增厚叶片厚度又会影响气动效率 这些问题。
通常中间冷却都是分成两个压气机，在低压压气机出口冷却，而且通常都在总压比的平方根以下冷却。
举个例子，总压比24，低压压气机压比取为3-4，然后冷却，冷却之后在进入高压压气机，压比6-8。
对压气机叶片进行冷却，看起来是一个创意性的点子。但似乎到目前为止还没有对叶片冷却的。
至于为什么没有出现 对压气机叶片冷却 的中间冷却 ，我的理解是，除了我上面说的叶片强度的问题之外，还有就是，因为换热温度差比较低（压气机中间级大约也就是250-300度）换热壁厚又比普通的板式换热器厚一些，因此冷却效果不够好。
综合上述两点，在 稍稍提高性能（还有可能提高不了呢） 和 结构复杂成本高 之间，选择了放弃。
我就是一个废柴，瞎说，不一定对，也许哪一天还真采用这样方法来提高发动机性能了，那时候我就要到姥姥家找脸皮去了[:a6:]
加力燃烧的供油如何防热如何处理我不知道[:a10:]
涡轮叶片内的导气管是在叶片精铸前预埋的，误差控制在极小的范围，冷却液受热应是一样的
压气机应在低压出口冷却，这是我打错了
...
现代涡轮叶片的内腔早不是埋几个管子的事了，里面弯弯曲曲的密布扰流柱。而且表面还有相应的气膜孔，以便在叶片表面形成气膜。我不认为单煤油冷却比复合冷却效果好。
压气机应在低压出口冷却，这是我打错了
...
现代涡轮叶片的内腔早不是埋几个管子的事了，里面弯弯曲曲的密布扰流柱。而且表面还有相应的气膜孔，以便在叶片表面形成气膜。我不认为单煤油冷却比复合冷却效果好。
原帖由 发动机爱好者 于 2008-7-1 16:38 发表
气冷发动机冷却效果不如液冷好，因此压缩比不能太大，按常理发动机功率不应该比液冷大，你能举个功率普遍比液冷大的具体例子来吗？一下是我收集到的有关资料：
二战时期
功率最大气冷发动机:P&W R-4360 3500马 ...
就算大规模装备的吧 盟军那边 P-51的梅林是1650hp P-47的双黄蜂是2000-2200hp
战后液冷发动机就没有飞机用了 风冷的还用了好长一段
液冷最后也要用空气冷却液体 风冷实际上应该算固冷 通过固体散热片向空气散发热量 :-)
原帖由 TripleX 于 2008-7-2 04:57 发表
就算大规模装备的吧 盟军那边 P-51的梅林是1650hp P-47的双黄蜂是2000-2200hp
战后液冷发动机就没有飞机用了 风冷的还用了好长一段
液冷最后也要用空气冷却液体 风冷实际上应该算固冷 通过固体散热片向空气散发 ...
液冷的散热器容易布置，可以达到较好的散热效果，而空冷则比较困难，容易出现散热不畅，部分汽缸可能过热。
原帖由 克虏伯火炮 于 2008-7-1 21:31 发表
即使是很小的误差，也会导致煤油流量在各叶片上不一致（流量与管径的2.几次方成比例），就会导致各个叶片上的煤油温升不一致。在负荷变化的时候，由于供油量减少，煤油温升会升高，不均匀性就会更明显。
还有，我们 ...
叶片内的管径和管道长度都是相等的且充满冷却液，因此体积是一样的，冷却液从涡轮叶片温度较低的后缘进入叶片，再从温度较高的前缘流出，这样前缘管道内的冷却液温度高，质量轻，所受的离心力就小，后缘温度低质量大的冷却液就回将其挤出，前后缘的温差越大，流速就越快，温度就会变低，总之会达到一个动态的平衡。另外燃烧室出口温度一直是发动机正常运转的前提，所以各叶片内液体温度也是一直的。
我个人也觉得对压气机叶片冷却的意义不如冷却涡轮的大，加力喷油管管道长受热时间也长，受热面大里面的煤油却不积碳（至少不影响使用），说明以现有的技术足以克服这个问题。
水（油）冷是利用水（油）的比热大：
水 4.2×103
干泥土0.84×103
酒精 2.4×103
铜 0.39×103
冰 2.1×103
铝 0.88×103
煤油 2.1×103
铅 0.13×103
水银 0.14×103
砂石 0.92×103
即单位质量的水（油）吸收相同的热量，温度升高的比金属小，所以前边网游说的固冷并不足取
导热能力是冷却剂最重要的性能。
液态金属比水好，水比油好。
氢比氦好，氦比水蒸气好，水蒸气比空气好，空气比CO2好:)
液态金属比水好，水比油好。
氢比氦好，氦比水蒸气好，水蒸气比空气好，空气比CO2好:)
原帖由 发动机爱好者 于 2008-7-2 13:59 发表
叶片内的管径和管道长度都是相等的且充满冷却液，因此体积是一样的，冷却液从涡轮叶片温度较低的后缘进入叶片，再从温度较高的前缘流出，这样前缘管道内的冷却液温度高，质量轻，所受的离心力就小，后缘温度低质量 ...
一个F100那样的喷气发动机 最大军推状态下 每秒消耗的燃油是一公斤多 而发动机的热功率超过1w kw 靠不到两公斤的燃油能冷却什么?
液氢是另外一回事 那玩意可以直接气化 燃油做不到 温度一高就积炭了
原帖由 TripleX 于 2008-7-3 07:37 发表
一个F100那样的喷气发动机 最大军推状态下 每秒消耗的燃油是一公斤多 而发动机的热功率超过1w kw 靠不到两公斤的燃油能冷却什么?
液氢是另外一回事 那玩意可以直接气化 燃油做不到 温度一高就积炭了
冷却的目的不是将被冷却零件降为常温，涡轮本身有相当的耐热力，通常在1000度左右都能正常工作，镀单晶陶瓷的叶片耐热力更高，冷却剂只要能使叶片保持在极限温度下即可。
目前，采用高压空气冷却的发动机，冷却气体占总流量的15%左右，由于是高压流入叶片前的温度就已达300度左右，且空气比热低（0.24是煤油的1/10），升温快，这样都能达到500-600度的冷却效果，煤油应有更好的表现，当然这只是猜测，也是发帖要探讨的关键，不管怎么说，加力燃烧室内燃油管道要比高压涡轮长得多，都不曾有积碳的顾虑，还是值得探讨的。
水的确比油冷却效果好，但煤油是飞机必带的水则不然，有些飞机起飞前是要加些水，起飞加力时往压气机喷水降温以产生更大推力，但不可带多，否则影响机动性，仅用于起飞时加力。另外煤油的沸点比水高，当然还有积碳的隐患。总之有利有弊。
]]
不怕积碳就用煤油冷却吧,早死早超生
原帖由 TripleX 于 2008-7-1 14:42 发表
二战的时候 可是气冷的发动机 功率普遍比液冷的大 液冷的优势是迎风面积小
其实即便是气冷发动机，其高温部件——排气门也是用钠冷却的，钠受热时变成液态，具有优良的冷却效果。钠钾合金常用于核反应堆的导热、冷却剂。核反应堆无论是温度和功率都比涡轮高，而且对可靠性的要求也高得多，核泄漏可比飞机失事严重得多，因此从以上两点推测涡轮叶片用钠（钠钾合金）冷却应该是较廉价而又可靠的选择。
原帖由 发动机爱好者 于 2008-7-7 09:54 发表
其实即便是气冷发动机，其高温部件——排气门也是用钠冷却的，钠受热时变成液态，具有优良的冷却效果。钠钾合金常用于核反应堆的导热、冷却剂。核反应堆无论是温度和功率都比涡轮高，而且对可靠性的要求也高得多， ...
核反应堆的堆芯温度 没有涡轮高
原帖由 TripleX 于 2008-7-7 20:54 发表
核反应堆的堆芯温度 没有涡轮高
核反应堆的堆芯温度之所以没有涡轮高，那正说明钠钾合金的冷却效果好，试想，任何一个潜艇动力核反应堆功率都比涡发大的多，如果没有足够的热能是不能达到这一要求的。假如钠钾合金泵不工作，冷却系统失灵，后果将会是灾难性的，我记得苏联有艘潜艇就是因为钠冷却系统故障爆炸沉入海底。
风冷活塞发动机的排气门温度也可达到2000度（如果没有钠冷却的话。其实这就是我所说的液冷，只对关键部件冷却，航发除对涡轮及其导向叶片冷却外，其它部件也不需冷却，进气口还要加温除冰），钠冷有个优点，就是散热器很小，钠冷风冷活塞发动机的排气门几乎没有散热器，只有个较长的杆就可以起到冷却效果。
所以我个人觉得，如果设计合理液（钠）冷涡轮叶片和其导向叶片是有可能的。我从刚出的一本介绍发动机的书了解到，从压气机引气不仅会降低压气机效率，也会降低涡轮效率。
原帖由 发动机爱好者 于 2008-7-7 09:54 发表
其实即便是气冷发动机，其高温部件——排气门也是用钠冷却的，钠受热时变成液态，具有优良的冷却效果。钠钾合金常用于核反应堆的导热、冷却剂。核反应堆无论是温度和功率都比涡轮高，而且对可靠性的要求也高得多， ...
反应堆用的是重水，开始有些在使用钠钾合金，后来考虑到安全性，现在已很少实用了，发动机液冷可考虑用镓这种金属，溶点39。8度，沸点可达1900度
原帖由 辛巴 于 2008-8-23 14:34 发表
反应堆用的是重水，开始有些在使用钠钾合金，后来考虑到安全性，现在已很少实用了，发动机液冷可考虑用镓这种金属，溶点39。8度，沸点可达1900度
金属镓很稀有，用不起。还不如用热管。
热管散热的适用范围
1、在热源附近缺乏散热空间
2、需要从多个热源处进行有效的散热
3、在密闭的空间内进行散热
4、短时间大量散热
5、具有活动的部件
6、要求体积小并且质量轻的设备
原帖由 发动机爱好者 于 2008-6-26 20:24 发表
早期的活塞式航空发动机都是采用气冷，改用液冷后性能大增，而现在航发涡轮都是采用气冷，虽然气路经过多次改进，但冷却效果基本达到极限，在未来的航发涡轮有没有可能采用专门的冷却液来降温以提高涡轮前温度呢？
二战中气冷发动机的明显优于液冷发动机，飞机在飞行中本来就有大量迎面而来的高速气流，如果在高空的话，大气温度本来就很低，这种自然条件不利用，而是自己带冷却液是自找麻烦。
有意思!我在参加比赛的设计中燃气涡轮发动机中也提过用燃料冷却,不过不是涡轮叶片,而是回热器的头上,以前在一个设想中也建议用燃料冷却涡轮叶片,不过不是飞机发动机,而是垂直起降战斗机用升力发动机,工作时间短,燃料直接从涡轮叶片后面喷出来,形成加力燃料,
提供一点信息;十多年前看到报道;日本一公司尝试用柴油作柴油发动机的冷却剂,据说冷却效果超过水冷,原因是油的沸点比水高,不容易产生汽压,发动机缸壁中的冷却通道可以大一些,效率就要比水冷却好得多.
在发动机内部引气并排到发动机中,可能对推力的影响微乎其微吧?如果是这样,就有个采用液冷却花来花不来的问题了.
本人以为;如果采用了液压体冷却,气体就不用再从涡部部分中逸出了,油就起到阻隔作用,没有气体,就是有漏油也不要紧吧,反正最后会逸出到加力燃烧室中,喷管壁和涡轮缝隙中积煤,只是这样在不开加力时就要浪费燃料了.密封问题可能还是好解决的吧?燃料的压力设置的不大,涡轮处又有气压,只要保证气压与油压差不多就行了,稍大一些也行.瞎猜想,还望各位指教了.
本人以为;采用液压冷却后,由于涡轮叶片的高速旋转,让燃料拐个弯再流回到涡轮叶根上是不容易作到的,每分钟近几千转的转速,离心力太吓人,因此本人的设想是让燃料直接从叶片上喷出.
在极限边缘向新的极限迈进。没有足够的资金和技术基础，想靠拍脑袋想得到新的飞跃几乎不可能！
什么可能不可能?!让燃料从涡轮叶片上喷出有什么困难?在升力发动机上采用这种冷却方法正好利用这种方法的冷却效率高的特点,应该说多少还是有一点用处的吧,说拍脑袋不可能是对大部分事物而言,有时也会出意外的,发动机爱好者提到的几个设计方案已经有国家在研究了!
让燃料拐个弯再流回到涡轮叶根上，这个倒是和我想到一块去了，在这里，离心力不但无害还能起到泵的作用。
1. 燃油的密度比金属叶片小得多，金属叶片都能撑得住燃油更没问题
2. 让燃料拐个弯，这样叶片前面管路的燃油受热比后面的大，密度就小，相同体积（管路直径和长度相等体积就一样，后管路应比前管路粗一些）的燃油密度小的质量小，在相同转速小，密度大、质量大的离心力大，这样叶片后面管路的燃油推动前面的燃油快速流动，起到泵的作用，温差越大，密度差越大，质量差也越大，离心力差就变大，泵的作用也越明显，冷却燃油流速越快。燃油从叶片出来流进转子中部（此处离心力最小）汇总，然后往前流进喷嘴燃烧，加热后的燃油更容易汽化，燃烧更充分，效率也越高，就像煤油喷灯一样，使用前先加热煤油，使之产生压力，当它喷出时，尽管空气是静止的，仍能产生巨大的热量。
用燃油冷却的隐患一是积碳问题，二是燃油泄漏问题，这些都能引起发动机起火，酿成事故。
积碳问题我和网友聊过加力燃烧室燃气温度可达摄氏2000度，涡轮后温度也在六七百度以上，从未听说过供油管路积碳问题（加力燃烧室是没有冷却系统的，不知是不是和管路里的煤油有冷却作用有关），而用燃油冷却的话，由于燃油的消耗是很大的，燃油的受热时间应很短，应不至于产生积碳。
燃油泄漏问题，由于管路中没用泵，接口少，燃油泄漏最可能在叶片处断裂时发生，而叶片断裂一是强度不够，二是外力撞击，三是热应力不均，这些在气冷发动机里也是存在的，只不过燃油泄漏更危险，通过对相关部件加强强度，应能防治。
1. 燃油的密度比金属叶片小得多，金属叶片都能撑得住燃油更没问题
2. 让燃料拐个弯，这样叶片前面管路的燃油受热比后面的大，密度就小，相同体积（管路直径和长度相等体积就一样，后管路应比前管路粗一些）的燃油密度小的质量小，在相同转速小，密度大、质量大的离心力大，这样叶片后面管路的燃油推动前面的燃油快速流动，起到泵的作用，温差越大，密度差越大，质量差也越大，离心力差就变大，泵的作用也越明显，冷却燃油流速越快。燃油从叶片出来流进转子中部（此处离心力最小）汇总，然后往前流进喷嘴燃烧，加热后的燃油更容易汽化，燃烧更充分，效率也越高，就像煤油喷灯一样，使用前先加热煤油，使之产生压力，当它喷出时，尽管空气是静止的，仍能产生巨大的热量。
用燃油冷却的隐患一是积碳问题，二是燃油泄漏问题，这些都能引起发动机起火，酿成事故。
积碳问题我和网友聊过加力燃烧室燃气温度可达摄氏2000度，涡轮后温度也在六七百度以上，从未听说过供油管路积碳问题（加力燃烧室是没有冷却系统的，不知是不是和管路里的煤油有冷却作用有关），而用燃油冷却的话，由于燃油的消耗是很大的，燃油的受热时间应很短，应不至于产生积碳。
燃油泄漏问题，由于管路中没用泵，接口少，燃油泄漏最可能在叶片处断裂时发生，而叶片断裂一是强度不够，二是外力撞击，三是热应力不均，这些在气冷发动机里也是存在的，只不过燃油泄漏更危险，通过对相关部件加强强度，应能防治。
]]
积炭的问题应该说是不存在的吧,发动机的燃料是喷出来的吧?可能加热都来不及,二战后美国研究高能燃料,是把铝或镁粉未掺到油里面,导致流动性不好,太绸了,结果是存在着烧结现象,到最后能把燃烧喷咀给堵塞了,如果能解决这个问题,飞机的航程就能增加一半还要多!
你说的现象在我这里也发生了,因此有同感,只要是对这方面关注时间长了,英雄所见的情况是经常发生的,
下面这个方案也想过,但只是在头脑中过了一下,总觉得这是减少叶片与壁面间缝隙的最好办法,但轴承支撑问题就让自己否定了,没想到后来看到外国在搞这个东西.所谓的外支撑发动机!
]]