ALL ABOUT BLADES PART 1

噴氣渦輪

發(fā)動機

JET TURBINE ENGINES

在我們詳細介紹噴氣發(fā)動機渦輪葉片的發(fā)展之前仲器，我們必須先看看這一切是從哪里開始的煤率，又是如何開始的？

2021年全球噴氣發(fā)動機是當今噴氣式飛機的動力裝置乏冀，它不僅產(chǎn)生推動飛機的推力蝶糯，還為飛機的許多其他系統(tǒng)提供燃料的動力。噴氣發(fā)動機根據(jù)牛頓第三運動定律運行辆沦，該定律指出昼捍，作用在身體上的每一個力都會產(chǎn)生一個相等且相反的力。噴氣發(fā)動機的工作原理是吸入飛機運動所穿過的部分空氣并壓縮丛滋，然后將其與燃料結(jié)合并加熱央匀，最后以巨大的力量噴射出產(chǎn)生的氣體，使飛機向前推進技窝，帶您前往您最喜歡的度假目的地或計劃的商務(wù)旅行试著。

我們將回顧噴氣發(fā)動機的歷史，了解它的起源以及噴氣發(fā)動機渦輪葉片的發(fā)展歷程

噴氣發(fā)動機渦輪葉片的歷史

您可以追溯到公元前 150 年由英雄亞歷山大發(fā)明的埃及汽轉(zhuǎn)球叙冕。1230年代的中國火箭技術(shù)橱柒，達芬奇的旋轉(zhuǎn)式烤肉機（Chimney Jack），意大利工程師 Giovanni Branca 為沖壓廠設(shè)計的脈沖渦輪機鹉某。不要忘了伯努利定律也可以直接從牛頓第二運動定律衍生出來主靡，盡管所有這些確實對噴氣渦輪機產(chǎn)生了影響，但直到第一次世界大戰(zhàn)仲峡，它才在戰(zhàn)火的洗禮中被提升到一個新的水平聂袱，它加速了航空業(yè)的興起和與葉片發(fā)展直接相關(guān)的噴氣渦輪機的發(fā)展。

噴氣發(fā)動機的突破和歷史締造者

瑞士工程師 Alfred Buchi 于 1910 年申請了渦輪增壓機專利酵逾，但該設(shè)備在法國的飛行測試中失敗了。當時的通用電氣 (GE) 主要專注于為發(fā)電廠制造渦輪機及其他設(shè)備，但在 1917 年 11 月尝盼，美國政府希望開發(fā)自己的渦輪增壓機吞滞，并邀請該公司幫助開發(fā)該設(shè)備以供美國軍隊使用。

GE 燃氣輪機工程師 Sanford Moss 負責(zé)了這項秘密任務(wù)盾沫。

Moss制造了一個渦輪增壓機裁赠，利用發(fā)動機排出的熱廢氣慣性沖力來推動他設(shè)計的渦輪室內(nèi)的渦輪，并擠壓進入引擎的空氣赴精，使其密度與接近地面的空氣一樣佩捞，并幫助飛機恢復(fù)失去的動力。

這一突破發(fā)生在 1930 年蕾哟，當時英國皇家空軍中尉爵士 Frank Whittle 提交了一項噴氣式推進燃氣輪機專利一忱。他的發(fā)動機將單級離心式壓縮機與單級渦輪相連，并于 1937 年 4 月成功進行了臺架測試谭确，這為現(xiàn)代噴氣渦輪發(fā)動機奠定了基礎(chǔ)帘营。

與此同時，在德國還未分裂時逐哈，Hans von Ohain 在哥廷根大學(xué)攻讀博士學(xué)位期間芬迄，于 1933 年制定了他的噴氣推進理論。Von Ohain 和 Max Hahn 博士分別于 1936 年和 1939 年 8 月 27 日獲得了噴氣推進發(fā)動機的專利蒙玩，這是德國歷史上第一次完全由噴氣式發(fā)動機驅(qū)動的飛行瘤贷。

這架飛機產(chǎn)生了 1100 磅的推力，并推動 HE-178 噴氣式試驗機達到 400 英里/小時（643 公里/小時）的速度绅刨，該發(fā)動機使用離心式壓縮機灼鞋。發(fā)動機開發(fā)后不久，就產(chǎn)生了更先進的渦輪發(fā)動機凡盔，該發(fā)動機采用了軸流式壓縮機孙悦，可將速度提高到 500 英里/小時（805 公里/小時）。1942 年幅瑞，德國科學(xué)家 Franz Anslem 博士開發(fā)了軸流式渦輪噴氣發(fā)動機疤巩，即Junkers JUMO 004，并用于著名的梅塞施密特Me262（Messerschmitt ME 262）蒙便，這是世界上第一架投入實戰(zhàn)的噴氣式戰(zhàn)斗機狮屏。

德國歷史上第一次完全采用噴氣動力飛行

1939 年，航空部授予 Power Jets Ltd.（惠特爾與之關(guān)聯(lián)的公司）一份設(shè)計飛行發(fā)動機的合同仓陆。1941 年 5 月 15 日瞎嬉，惠特爾 W1 發(fā)動機在Gloster Model E28/39 型飛機上進行了首次飛行。這架飛機在水平飛行中以 1,000 磅的推力達到了 370 英里/小時（595 公里/小時）的速度厚柳。在使用惠特爾引擎取得成功后氧枣，英國人迅速將原型機運到了在美國的盟友手中沐兵，隨后，GE公司立即開始生產(chǎn)仿制品便监。在此期間扎谎，一組名為 Hush-Hush Boys 的 GE 工程師為發(fā)動機設(shè)計了新零件、進行了重新設(shè)計烧董、測試了發(fā)動機毁靶，并交付了一架名為 I-A 的絕密工作原型機，其推力為 1,300 磅逊移！

1942 年 10 月 1 日预吆，第一架美國噴氣式飛機貝爾 XP-59A 從加利福尼亞的莫洛克干湖起飛。

美國和歐洲的噴氣機時代正在全面展開

一切都與葉片有關(guān)

噴氣式發(fā)動機和許多技術(shù)創(chuàng)新一樣胳泉，從概念到設(shè)計再到執(zhí)行都需要時間拐叉，但兩次世界大戰(zhàn)使航空技術(shù)得到了發(fā)展。到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時胶背，引入了現(xiàn)代渦輪發(fā)動機的功能扳辆，包括葉片冷卻、防冰和可變面積的排氣噴嘴爹蒋。

1930 年雷镀，弗蘭克?惠特爾爵士（Sir Frank Whittle）的原型機完全由鋼制成。鋼的強度和表面硬度都很好遵非，但當你需要耐高溫性能時兆剃，你需要尋找別的材料，因為鋼的極限溫度是450–500℃华媳。

弗蘭克?惠特爾爵士（Sir Frank Whittle）

早期噴氣發(fā)動機的一個關(guān)鍵限制因素是發(fā)動機熱段（燃燒室和渦輪）可用材料的性能被核。對更好材料的需求激發(fā)了合金和制造技術(shù)領(lǐng)域的大量研究，該研究產(chǎn)生了眾多新材料和新方法娇紊，這使現(xiàn)代燃氣輪機成為可能勃提。

除了材料和合金的改進外，一個突破是定向凝固（DS）和單晶（SC）生產(chǎn)方法的發(fā)展以及熱障涂層的發(fā)展触茎。下期的 Jet Turbine Blades Part 2 文章將深入討論在葉片開發(fā)中追求高性能材料凹尺、創(chuàng)新設(shè)計和改進的生產(chǎn)方法。多年的發(fā)展和持續(xù)改進離不開測量希俩。

制造和計量

建造和組裝噴氣發(fā)動機的部件大約需要兩年時間吊宋，每個型號的設(shè)計和測試期可能需要長達五年的時間。在制造發(fā)動機的整個過程中颜武，部件與裝配件需接受尺寸精度璃搜、工藝可靠性和材料完整性方面的檢測。

自 1968 年以來鳞上，溫澤一直致力在計量方面的創(chuàng)新并為制造業(yè)提供更好的測量解決方案这吻。我們熱衷于提供具有最新測量技術(shù)的解決方案吊档，不同尺寸的渦輪葉片也不例外。它們復(fù)雜的曲線具有關(guān)鍵的尺寸橘原，所以必須在葉片的多個位置進行測量籍铁，這限制了傳統(tǒng)的接觸式測量系統(tǒng)的觸及范圍涡上。典型的測量包括多個位置的葉片橫截面趾断，這也具有非常特殊的挑戰(zhàn)。這尤其影響前緣半徑吩愧、后緣半徑芋酌、根部形狀以及冷卻孔位置和尺寸的測量。（*在下期的文章中了解有關(guān)渦輪機和葉片功能的更多信息慎瓮。）

葉片測量

由于測針直徑的限制菜臣，形狀偏差和細小特征的缺陷是無法檢測到的。接觸式測頭在測量中具有機械過濾器的作用捧法，可以使結(jié)果看起來比實際情況更好或更差萄天。

可以使用光學(xué)測量系統(tǒng)作為替代方案。在很多情況下裹五，必須準備在反射面上涂上特殊粉末卦须。此過程會為零件添加額外的材料，并導(dǎo)致評估細小特征的結(jié)果不準確捅县。此外摊壳，并非每種方法都能夠檢測小半徑，甚至測量難以查看的特征猪晰。

溫澤開發(fā)了 CORE 作為滿足所有這些要求的光學(xué)測量系統(tǒng)粒颂。由于它采用了創(chuàng)新的測頭系統(tǒng)，因此無需為反射和拋光的表面做其它處理状寨。測量點是用一個直徑為35μm的小光點捕捉的仑萧。使用該測量系統(tǒng)，甚至可以通過大量點云詳細測量細小半徑的部件枷遂，并且可以分析形狀偏差和缺陷樱衷。

看看我們走了多遠！

噴氣式渦輪葉片的發(fā)展登淘，始于追求更快的決心箫老，在接下來的兩周內(nèi)，我們將研究噴氣渦輪葉片的技術(shù)和結(jié)構(gòu)黔州∷ｗ蓿看看我們在過去 6 年里走了多遠。從1939年第一架1100磅推力的噴氣式飛機流妻，到20世紀50年代5,000磅推力(22,000 牛頓)（德哈維蘭幽靈渦輪噴氣發(fā)動機）的典型噴氣式飛機發(fā)動機牲蜀，再到90年代的115,000磅推力(510,000 牛頓)(通用電氣GE90渦扇發(fā)動機)笆制，更不用說以發(fā)動機每飛行100,000小時發(fā)生的故障率來判定的可靠性方面的提升了。

再加上燃油消耗量大大降低涣达，到本世紀初在辆，雙引擎客機（ETOPS）可以進行常規(guī)的跨大西洋飛行，而以前類似的飛行需要多次加油度苔。

今天匆篓，燃氣輪機技術(shù)不斷發(fā)展，新型發(fā)動機提供更高的燃油效率和更低的噪音余窖。有史以來最大的兩臺燃氣渦輪發(fā)動機在空客 A380 上投入使用——勞斯萊斯Trent900航空發(fā)動機和發(fā)動機聯(lián)盟（GE 和普惠合資的公司）GP 7200猾妖。這些巨大的引擎每個能產(chǎn)生70,000 磅的推力。

未來森片，看看燃氣輪機發(fā)動機開發(fā)的下一階段啼脑，這將是一件有趣的事情

在您最喜歡的平臺上關(guān)注我們并加入我們的 All About Blades 系列，一段不容錯過的旅程毯炊！我們的團隊和外部專家將分享更多關(guān)于噴氣渦輪葉片令袒、生產(chǎn)中的幾何形狀和挑戰(zhàn)以及質(zhì)量保證的信息。我們期待與您分享有關(guān)葉片的所有信息态素，尤其是有關(guān)葉片功能討論程蠕！

關(guān)于溫澤

德國溫澤集團是計量領(lǐng)域創(chuàng)新的先驅(qū)。溫澤多樣化的產(chǎn)品提供了三維測量壁万、計算機斷層掃描鳍彪、光學(xué)高速掃描等多個行業(yè)的獨特解決方案。溫澤集團的技術(shù)解決方案在汽車荔鸵、航空航天刊愚、發(fā)電及醫(yī)療等眾多行業(yè)中有大量應(yīng)用。溫澤在全球范圍內(nèi)已交付安裝超過10,000臺測量設(shè)備踩验。其子公司和業(yè)務(wù)伙伴在超過50個國家銷售產(chǎn)品鸥诽，并提供售后服務(wù)以滿足客戶需求。

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（溫澤測量）

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