从汽车发明到飞机、火箭升空,燃烧的力量推动人类文明向前大步跨越。
在工业文明时代,如何提高发动机的燃烧效率,如何高效征服和使用动力,始终是工程师们不断探索的领域。
中国首台 50 兆瓦重型燃气轮机点火试验成功重型燃气轮机被誉为"工业制造皇冠上的明珠",全世界只有极少数国家能够自主研制。
经过十多年时间,研发人员完成了中国首台 50 兆瓦重型燃气轮机的研制,并顺利完成了点火和空负荷试验。
接下来的带负荷试验。
一旦通过测试,将是中国装备制造业的又一项重大突破。
在目前国内最大的重型燃气轮机整机试验台上,科研人员严阵以待。
燃烧室点火,相当于在 10 级的飓风中点燃一根蜡烛,并且要保持稳定的燃烧,这就对燃烧室的设计和点火装置有着极高的要求。
随着温度和压力的提升,负荷已经增加到预期的 90%,机器依然稳定运行。
这一刻,艾松和研发团队多年来的梦想,终于实现。
精铸车间,带着满负荷点火试验收集到的最新数据和分析结果,艾松决定,铸造一组新的高温叶片,用作新一台重型燃气轮机的制造。
重型燃气轮机可分为 E 级、F 级和 H 级,温度越高,技术等级越高。
F 级重型燃气轮机工作温度可达 1300 摄氏度以上,要保障高温透平叶片在金属熔点以上安全稳定工作是一项研发难题。
为了解决这个难题,高温透平叶片被设计成空心结构,当叶片高速旋转时,空气进入叶片内部,可以形成对流冷却。
其关键工艺部件陶瓷型芯是由特殊陶瓷材料制成,耐受温度超过 2000 摄氏度,又可以在特殊的碱性溶液里溶解。
重型燃气轮机的透平叶片,每隔八到十年就需要更换,更换和服务费用相当于购买一台新的燃气轮机。
长期以来,这些高温部件只能花费大量资金从国外购买。
今天,中国已经具备了从制芯到浇铸成型的一整套核心技术。
不仅如此,以 50 兆瓦重型燃气轮机为起点,中国已经基本具备重型燃气轮机的自主研发能力,对于中国工业制造来说,坚持自主化的道路,才是未来发展的保障。
红旗礼宾轿车搭载最强动力发动机,都是中国造带你△央视财经《经济半小时》栏目视频吉林长春,环形试车跑道上,代表着中国汽车工业制造的最高水平的红旗 L5 礼宾轿车正在测试发动机在整车上的表现。
连续三次测试,这辆车的百公里加速都保持在 9 秒以内——对于重量超过四吨的大型轿车来说,这已经是一个惊人的数字。
这辆红旗车搭载的,是世界上动力最强悍的汽车引擎之一—— V 型 12 缸发动机。
呈 60 度夹角排列的 12 个气缸,每一个都可以产生超过七吨的强大推力,能承受高达 130 个大气压的燃烧压力。
极致的燃烧,为整台发动机带来超过 300 千瓦功率和 550 牛米扭矩的超级动力输出,这样的动力,足以驱动一辆重型卡车。
作为从业超过 30 年的汽车发动机工程师,李金成希望,在保证节能高效的同时,把 V12 发动机的动力性能再提升 15%。
然而,这样的目标极具挑战。
因为强大的动力来自高效的燃烧,仅仅是提高 1% 的热效率,就需要对进气、喷油、燃烧室形状等一系列设计进行精细优化与创新。
汽车发动机属于往复活塞式内燃机,空气与汽油以一定的比例混合,经点火燃烧而产生热能,对外输出动力。
在这个过程里,气道就像发动机的咽喉,控制着进气气缸内气流的大小、方向和运动强度,是影响发动机动力、油耗、排放的重要组件。
在研发人员的努力下,改进后的进气道可以实现发动机动力性提升 15%、热效率提升 10% 的开发目标。
300 多种零部件,3000 多个装配步骤,V 型 12 缸发动机代表了汽车发动机制造的最高水平。
由于工艺的特殊性,全世界所有的 V12 发动机都是手工打造。
改进后的 V12 发动机,可以在 5000 转以上的高转速以及 40 度的翻转角度下正常运行,这相当于在时速 100 公里以上的极速行驶状态下,紧急制动并转弯,发动机的燃烧和润滑系统,仍然可以保持稳定。
不仅如此,即使在最容易产生抖动的怠速工况下,一枚 1 元硬币,可以稳稳立于运转的发动机上。
凭借于稳定的燃烧,V12 发动机整车噪声控制十分优异。
在时速 60 公里的车速下,车内语音清晰度高达 98% 以上。
依托于对 V 型 12 缸发动机的研发,许多新的技术,被用在 4 缸和 6 缸发动机的开发上。
红旗第三代发动机热效率可以做到 39%,这带来了更低的排放和油耗。
中国 500 吨级液氧煤油发动机全工况半系统试车成功,护航登月计划4 台助推器—— 8 台 120 吨级液氧煤油发动机,再加上芯一级两台 50 吨级氢氧发动机,构成了中国运载火箭的最强动力。
长征五号火箭的地面推力超过 1000 吨,近地轨道运载能力达到 25 吨——能够将一辆重型卡车轻松送入太空。
2030 年前后,中国将实现首次航天员登月,并开始建立月球基地。
这就需要运载能力更强的重型火箭。
500 吨级液氧煤油发动机的最大推力,是现役 120 吨级发动机的四倍还要多。
这将是世界上推力最大的双喷管液氧煤油发动机。
这台发动机采用双推力室设计,涡轮泵转速可以达到每分钟 16000 转,形成 75 兆帕的强大压力,每秒钟输送的燃料就多达 1.6 吨。
仅用三秒钟,就可以形成最大推力。
500 吨级火箭发动机无论是涡轮泵的功率,还是发动机的体积,都相应地增加。
在不影响推力和运载能力的情况下,减轻火箭发动机自身的重量,就显得十分重要。
航天科技集团六院重型火箭发动机的研发副总师陈晖,带领团队,大量运用了数字拓扑技术,使得 500 吨级重型火箭发动机的自身重量,减少了 30%,在推力和载荷之间找到了平衡。
500 吨级发动机涡轮泵输出功率高达 12 万千瓦,相当于一个小型水电站的功率。
重型运载火箭发动机,代表着世界航天动力的最高水平。
2021 年 3 月 5 日,中国自主研制的 500 吨级液氧煤油火箭发动机,全工况半系统试车,取得圆满成功。
中国航天科技集团六院党委书记 刘志让半小时观察:装备强国,动力先行。
今天的中国,有足够的信心和实力,向着更远的太空探索。
从能源到交通,从工厂到城市,从空天到海洋,这些性能强悍的动力巨兽,驱动着这个国家一路向前。
迈向装备强国,中国正发动引擎,全速前进。