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两机动力控制由清华大学,北京航空航天大学,中科院热物理所,中航空天发动机研究院等多位博士后因共同的学术和专业爱好而发起,主要致力于航空发动机和燃气轮机两机动力领域,包括行业动态、技术发展和工程案例。


两机动力控制经过1年多的发展,已经从一个小小的两机动力控制学术兴趣小组,发展成在微信、搜狐和今日头条上数百万阅读量的两机动力资讯平台,经历了各种波折,也留下了很多美好的回忆。感谢各位老师、专家、师兄弟以及热爱航空发动机和燃气轮机朋友带给我们各种即时的信息和资讯,同时也感谢我们各位小编的贡献和汗水,工作和学习如此之忙还坚持了下来,向大家表示衷心的感谢!


最开始的几位创始人大多为航机和燃机控制专业,对于两机动力控制这个行业,大家的感受是:航机控制,设计技术比较公开,基本上有定期学术交流会议,但是产品严格保密;燃机控制,设计技术保密,即使国外巨头也绝对不开燃机控制设计的学术会议,但作为民品,产品和代码是公开的。因此我们交流下来的感觉是:结合航空的设计技术资料,和国外燃机控制的代码,既可以利用航机设计资料,看懂燃机控制的代码,摸清其设计原理;又可以反过来利用燃机控制代码的工程细节,改善航机控制目前比较粗的地方,让它更工程化。当时也就把这个公众平台取名为了两机动力控制,当后来发现航空发动机和燃气轮机的其它部件和专业的情况也较为类似。


就像中科院热物理孔文俊研究员文章中说的一样,燃气轮机与航空发动机的关系是血浓于水与龙生九子的关系:


航空发动机和燃气轮机工作原理基本相同,其核心技术也有相似之处。本质上都是将燃料的化学能转化为燃气的热能和势能,再利用燃气推动透平(航空专业一般叫涡轮)膨胀做功并最终将能量转变为发动机的推力或者对外做功。如何组织空气压缩、燃料燃烧和透平膨胀过程使之满足总性能指标,是两者研发的重点和难点。


航空发动机主要用于航空动力,其整机重要指标:推力型的侧重推重比、耗油率、比功、单位迎风面积推力等;功率型的侧重功重比、耗油率、比功等。燃气轮机主要用于电力、工业、舰船和国防陆用等领域作为动力装置,通常是由航空发动机衍生出来的,而后独立发展的高技术产品。其能量输出方式只有功率输出,整机重要指标:陆用型侧重热效率、比功、使用寿命等;车船型侧重热效率、比功、使用寿命、单位体积功率等。


由于用途不同,两者在工作环境、运行规律、燃料种类、污染排放指标、使用寿命等方面都有重大区别,导致两者关键技术研究侧重点不同。


航空发动机和燃气轮机二者由于组成的部件不同,部件间的匹配关系不同。航空发动机追求先进气动热力设计、高热力循环参数;追求高推重比、高功重比;追求矢量推力技术、隐身技术、高机动下的工作稳定性技术;需要考虑防冰冻、防鸟撞、防雷击等。燃气轮机追求高热效率、低成本、耐久性、高可靠性、长寿命设计技术;追求先进燃气/蒸汽联合循环、间冷、回热、再热等复杂的热力循环技术,提高循环热效率。


航空发动机和燃气轮机中的压气机,功能都是将空气高效稳定地压缩进燃烧室。对于重型燃气轮机和大推力航空发动机,多采用多级轴流压气机;对于轻型燃气轮机和小型涡扇、涡轴发动机,多采用轴流+离心或斜流+离心的布局方式。航空发动机压气机追求的指标是在高效率和高稳定性的前提下尽量降低自重和减小迎风面积(风扇除外),满足非常宽的飞行包络线,而长寿命(即大修时间间隔)以及生产和制造成本是次要因素。燃气轮机的压气机则是追求在高效率和高稳定性的同时,尽量延长压气机的寿命,降低生产和制造成本,而自重则是次要因素。


燃烧室内燃料与空气如何掺混、掺混后油气混合物质的特殊气动特性、耐高温特殊合金材料和燃烧室高效复合冷却技术是航空发动机和重型燃气轮机都需要解决的共性问题。航空发动机追求短环形燃烧室设计,高温升、高热容强度燃烧室设计技术;高空再点火和高空稳定燃烧技术;对民用航空发动机还要求高效低排放燃烧室设计技术。而燃气轮机尤其是重型燃气轮机,其结构多为管-环结合的干式低排放燃烧室。追求油/气互换,合成气、中低热值气多燃料适应性,干式低NOx燃烧技术。新一代重型燃气轮机多采用纯氢和富氢燃料,实现近零排放燃烧室设计技术。


透平必须采用先进的气动设计高效率地转化能量,同时必须能够在极端的工作环境中保证工作的可靠性。航空发动机透平进口温度更高,且叶片截面小,叶片短,采用气冷方式,高、低压透平或动力涡轮设计追求高负荷、高效率的气动设计;追求新型高效冷却透平叶片设计技术,高负荷、高可靠性透平结构设计技术,对转涡轮设计技术和流热固多场耦合分析技术等。燃气轮机尤其是重型燃气轮机,透平进口温度相对较低,透平叶片截面大,叶片长,既可采用空气冷却技术、也可采用蒸汽/空气综合冷却技术,多级透平设计追求高气动效率和长寿命。


工况的变化都反映到控制系统,燃气轮机和航空发动机二者调节规律设计方法相同。二者速度、高度、节流特性不同,导致调节规律不同。


在结构完整性设计技术方面,航空发动机和燃气轮机的压气机、燃烧室和透平都采用顺流式的串装排列,都要求机匣具有很好的包容性等。航空发动机以双转子居多,载荷谱复杂,以致转子动力学特性复杂,追求多、变负荷结构设计,结构可靠性设计分析技术等。燃气轮机工作任务单一,转速相对较低,都是单轴结构配自由涡轮,载荷谱简单。需要考虑蠕变、疲劳等问题,侧重稳定性、长寿命和低成本设计。


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