Varför har turbofan-motorer inte en kontrarotiserande andra fläkt?

7

Varför används inte planetväxlar till en fläkt framför fläkten i en turbofläktsmotor. Skulle detta inte sänka energiförbrukningen etc?

    
uppsättning SRawes 03.04.2017 18:56

2 svar

9

Kraften att driva en fläkt genom en växellåda är inte längre än den nuvarande tekniska möjligheten. Pratt & Whitney har utvecklat den utrustade turbofanen, PW1000G som först sprang 2008 och kom kommersiellt i 2016 och flyger på 4 olika flygplan, inklusive Airbus A320neo. Detta gör det möjligt för fläkten att snurra långsammare än lågtrycksturbin, så att turbinen snurrar med en högre hastighet som är effektivare för kraftuttag från massflödet med relativt hög hastighet medan fläkten snurrar med en lägre hastighet som undviker bladtipset förlorar effektiviteten eller skapar ljud vid start, på grund av nära sonisk flöde.

Motordesignen innebär avvägningar. Komplexiteten och vikten av en motvroterande tvåstegsväxlare måste balanseras mot det uppnådda tryckförhållandet med en enstegsfläkt, och den extra fördelen som en tvåstegsfläkt skulle ge. Några designarbeten har funnit motvroterande kompressorer till exempel denna avhandling. eller till och med tidigare arbete i 1992 . Gassturbinindustrin kan vara ganska konservativ - det kostar enorma mängder pengar och tid att utveckla en ny motordesign, och radikala steg är mycket mindre vanliga än utvecklingen. Pratt tog en chans, som tycks ha betalat, även om de fortfarande har några problem. Men det tog dem årtionden och cirka 10 miljarder dollar. Rolls Royce överväger en liknande design (UltraFan), men GE är mer försiktig. De har valt att använda nya material eftersom de tyckte att tillägget av den extra komponenten skulle öka tillförlitlighet, vikt och hållbarhetsutmaningar som de kunde undvika genom att använda materiella förbättringar istället. Till exempel användningen av keramiska matris kompositer i den heta delen av CFM56 LEAP. De hävdar att detta ger 15% bränslebesparingar, men har tagit 25 år att utvecklas. I jämförelse hävdar P & W att GTF är 16% mer bränsleeffektiv än nuvarande generationsmotorer. Så varje tillverkare väljer rutten de är bekväma i, och kan komma till samma slutpunkt.

Generellt har önskan varit att öka by-pass-förhållandet, eftersom detta sänker den specifika bränsleförbrukningen. Emellertid resulterar ökande BPR i fläktar med större diameter och högre spetshastigheter, närmar sig sonisk hastighet om turbinen körs vid optimal rpm. Följaktligen är den inställda fläkten tillvägagångssätt. Klart, Pratt & Whitney gjorde avvägningsanalysen och bestämde sig för att detta var det bästa sättet för en växlad fläkt, att balansera tekniskt risk, tillförlitlighet, prestanda, service och vikt.

    
svaret ges 01.08.2017 21:14
6

Strömmen som krävs för att driva en stor fläkt är för närvarande bortom vad som är tekniskt möjligt i växellådsteknik. Vridningsförlusterna hos en enstegsfläkt kan hämtas något genom att luta strängarna som håller fläktmässan, så en motroterande fläkt är inte till stor hjälp, men en enorm engineering utmaning .

EDIT: Förtydligande: Småväxlade fläktar finns redan för några decennier redan ( Lycoming ALF502 ) och den maximala storleken på växelfläktar ökar, men storleken på de största motorerna är fortfarande långt ifrån dagens tekniska möjligheter. största inriktad fläkt idag har en tredjedel av stödet på stora turbofans .

    
svaret ges 03.04.2017 20:49