Udoskonalone układy chłodzenia silników lotniczych w przyszłości
Sprawność paliwowa silnika odrzutowego zależy od wydajności turbiny. Konstrukcje systemu chłodzenia turbiny wciąż stanowią jedną z najtrudniejszych części budowy silnika, a projektanci — tworząc nowe konstrukcje — w dużym stopniu polegają na narzędziach empirycznych. W ramach finansowanego ze środków UE projektu ERICKA (Engine representative internal cooling knowledge and applications) przeprowadzono kilka badań na stacjonarnych i obrotowych stanowiskach testowych w celu zaprojektowania optymalnego układu chłodzeniu łopat turbin. Doświadczenia uzupełniono danymi z analizy obliczeniowej i obliczeń na modelach. Nowoczesna technologia chłodzenia stanowi krytyczny obszar dla ulepszenia konstrukcji układów chłodzenia łopat turbin gazowych. Działania skierowano przede wszystkim na optymalizację właściwości chłodzących układów zamrażania uderzeniowego. Przetestowano różne położenia, kąty i kształty otworów strumieniowych, aby ocenić wydajność chłodzenia łopaty. Dla uzyskania lepszych rezultatów przesunięto także pozycje otworów strumieniowych i żeber. Partnerzy projektu starannie zbadali statyczne i obrotowe geometrie chłodzenia typowe dla dzisiejszych silników i silników przyszłości. Eksperymenty pozwoliły opracować, wyprodukować i przetestować szereg nowych geometrii. W ramach projektu ERICKA pozyskano światowej klasy dane pomiarowe dotyczące współczynnika przenikania ciepła oraz opracowano metody obliczeniowe umożliwiające wykorzystanie obrotów do poprawy konstrukcji układu chłodzenia i zwiększenia wydajności turbin. Analiza obliczeniowej dynamiki płynów pomogła w przewidywaniu prędkości przepływów wewnętrznych. Projekt wspierał rozwój oprogramowania projektowego przeznaczonego specjalnie do projektowania układów chłodzenia. Na podstawie pomiarów współczynnika HTC partnerzy projektu opracowali kod umożliwiający znalezienie optymalnej konstrukcji kanałów chłodzących dla turbin wysoko- i niskociśnieniowych. Bazę danych zawierającą dane dotyczące przejmowania ciepła oraz pomiary utraty ciśnienia ze stanowiska badań statycznych o zoptymalizowanej geometrii można pobrać ze strony internetowej projektu. Zespół projektu ERICKA zamierzał obniżyć poziom emisji dwutlenku węgla o 1% w porównaniu do silników wytwarzanych w 2000 r. Projekt przyczynił się do znacznego zwiększenia wiedzy na temat ciepła i chłodzenia, potrzebnej do rozwoju nowych układów chłodzenia. Wyniki projektu rozpowszechniano w ramach prezentacji i na plakacie zaprezentowanym podczas warsztatów, a także na stronie internetowej projektu.
Słowa kluczowe
Silniki turbinowe, układ chłodzenia, łopaty turbin, wymiana ciepła
