德国DLR和罗罗德国公司合作研发带叶尖小翼的高性能涡轮

德国航空航天中心（DLR）与罗罗德国公司合作，在开发高效和环境友好的飞机发动机涡轮方面取得了重大进展。研究人员运用了从许多现代飞机机翼上沿袭下来的技巧:在涡轮叶片顶端安装小翼，以提高发动机效率。小翼和其他技术已经应用于最新的罗罗珍珠系列发动机，并显著降低了油耗。

德国DLR推进技术研究所和罗罗德国公司的研究人员研究一种新型的双级高压涡轮，利用下一代涡轮测试设施(NG-Turb)对罗罗公司的涡轮仿真进行验证。在涡轮喷气发动机中，涡轮位于燃烧室之后，从燃烧室排出的气体使涡轮叶片旋转。NG-Turb试验台可模拟真实发动机工作环境进行涡轮测试。

作为德国政府航空研究计划(LuFo HittTurb项目)的一部分，在NG-Turb测试台上进行的初步测量，最初侧重于涡轮效率。由于涡轮的工作点在起飞、巡航飞行和着陆期间会发生变化，因此确定效率与涡轮速度和压力比之间的关系至关重要。德国DLR推进技术研究所项目经理表示，该车台可对真实发动机的各种涡轮技术进行验证，包括转子叶尖小翼。在叶尖安装小翼可以显著改变叶片的几何形状，从而改变叶片周围的气流，提高涡轮和发动机的整体效率。

推进技术研究所还进行了详细的流场测量，使用研究所内部开发的传感器分析了压力、温度、气流角度和马赫数。这些测试结果被纳入了罗罗公司的珍珠发动机系列的研发中，珍珠发动机为超远程商务飞机提供动力。

除了新涡轮设计外，研究人员还考虑了燃烧室出口气流对空气动力学、效率和温度的影响。考虑到涡轮材料承受的极端工作温度，关键的开发任务是尽早确定热点，并通过向涡轮叶片表面施加冷却空气来冷却这些热点。

作为欧盟"清洁天空2"(欧盟过渡项目)的一部分，在后续项目中科学研究侧重于燃烧室和涡轮之间的相互作用。为此，开发了一个燃烧室模拟器，将其安装在NG-Turb试验台上的涡轮前面。模拟器产生的流场特性可与传统燃料燃烧产生的出口剖面流场特性相媲美。

更好地确定从燃烧室到涡轮过渡段的温度分布是新技术概念的关键，其主要任务是精确测量涡轮的热负荷，以便提高涡轮叶片的冷却效率。使用有针对性的优化冷却可节省冷却空气，并进一步提高发动机的整体效率。

NG-Turb试验台在以干燥空气为流动介质的闭合回路中工作。该试验台包括空气温度和压力调节，允许研究人员独立设置马赫数和雷诺数的关键参数。该系统还有一个空气干燥器和一个单独的空气冷却压缩机，该压缩机将气流从系统中抽出来，并将其提供给涡轮，用于冷却空气模拟。试验台现在还包括热交换器，以降低冷却空气的温度，从而允许另一个参数，即主气流与冷却空气的温度比，尽可能真实地设置。

德国航空航天中心得到了德国联邦经济事务和气候行动部(BMWK)的财政支持，以准备其地面测试设备，包括推进技术研究所的NG-Turb试验台，用于研究航空领域与环境友好的燃料和推进技术(提升项目)。该项目的重点是氢在发动机中的潜在用途，其影响也将成为涡轮机研究中未来的主题。

另一个研究重点是目前的“热条纹跟踪”，研究人员测量温度条纹及其通过涡轮机的流量。