Лаборатория Уиттла
Лаборатория Уиттла [1] работает над снижением воздействия самолетов и выработки электроэнергии на климат. Она расположена на территории Западного Кембриджа в Кембридже, Великобритания . Она является частью инженерного факультета Кембриджского университета . Лаборатория Уиттла берет свое начало от сэра Фрэнка Уиттла и нескольких членов его первоначальной команды из Кембриджа, которые в 1937 году изобрели реактивный двигатель . [2] При открытии лаборатории в 1973 году целью было разработать технологию, которая легла бы в основу нарождающейся эпохи массовых авиаперевозок. Сегодня лаборатория Уиттла является одной из ведущих в мире исследовательских лабораторий по реактивным двигателям и выработке электроэнергии. [3] Она сотрудничает с Rolls-Royce , Mitsubishi Heavy Industries и Siemens уже более 50 лет; с Dyson в течение 10 лет; [4] а в последние несколько лет — со многими новыми участниками авиационного сектора. Лаборатория Уиттла успешно воплотила сотни идей первичных исследований в промышленные продукты, а ее исследования были удостоены высшей награды Американского общества инженеров-механиков «Премия за газовые турбины» 15 раз, больше, чем у любого другого учреждения или компании. [5] В настоящее время лаборатория сосредоточена на ускорении декарбонизации полетов [6] и энергии.
Источник
Первоначально лаборатория Уиттла была создана на средства гранта Научно-исследовательского совета сэром Джоном Хорлоком , который стал первым директором лаборатории, и сэром Уильямом Хоторном , который был главой инженерного факультета Кембриджского университета и разработал камеру сгорания в реактивном двигателе сэра Фрэнка Уиттла, использовавшемся в первом британском реактивном самолете .
Разработка вычислительных методов
Профессор Джон Дентон [7] был одним из первых, кто разработал численные методы расчета потока в турбомашинах с использованием методов временного марша. Вскоре к нему присоединился профессор Билл Доус [8] , и вместе разработанные им численные методы, включая TBLOCK и MULTALL, [9] стали широко использоваться во всем мире, получив множество международных наград за свою работу. Появление вычислительной гидродинамики было новаторским не только потому, что впервые исследователи и проектировщики смогли рассчитать правильные механизмы потерь в турбомашинах (вместо того, чтобы полагаться на эмпирические корреляции ), но и потому, что численные методы также могли использоваться в качестве инструментов проектирования для повышения эффективности компонентов. Код Дентона TBLOCK, решатель Навье-Стокса на базе ЦП для турбомашин, с тех пор был преобразован в код под названием Turbostream [10], разработанный для использования графических процессоров NVIDIA для массивно- параллельных вычислений , что привело к более чем 20-кратному ускорению тех же вычислений. Turbostream был выделен в отдельную компанию, а последняя версия (TS4) теперь представляет собой неструктурированный код с возможностями мультифизики . [11]
Другие вычислительные методы, разработанные в лаборатории, включают 3DNS [12] — высокоточный решатель потоков и dbslice [13] — библиотеку JavaScript для веб-исследования данных.
Экспериментальные установки
В лаборатории Уиттла расположено множество экспериментальных установок, используемых для изучения терможидкостной механики в турбомашиностроении, двигателестроении, энергетике и авиации. [14] К ним относятся:
- 5 низкоскоростных ( М < 0,3) аэродинамических труб.
- Контур переменной плотности для независимого управления числами Маха и Рейнольдса .
- 13 испытательных стендов для компрессоров , вентиляторов и турбин , включая возможности для засасывания пограничного слоя, засасывания воды, отбора вторичного воздуха и трансзвукового потока.
Также есть много небольших установок, используемых для обучения, калибровки зондов, реальной газовой динамики, исследований ветровых и приливных турбин , измерения теплопередачи , тестирования производительности движителей и многих других приложений. Есть производственные мощности, включая 3D-печать и обработку на станках с ЧПУ для поддержки экспериментальной работы.
Отраслевые партнерства
С момента своего основания главной целью лаборатории Уиттла было построить мост через «Долину смерти» — место, где блестящие первичные исследования не воплощаются в продукт. [15] Исследовательское партнерство с Rolls-Royce, Mitsubishi Heavy Industries и Siemens насчитывает более 50 лет. [4] Совсем недавно лаборатория Уиттла сотрудничала с Dyson, Reaction Engines , Lilium и Green Jets. [16] Лаборатория также сотрудничала с British Cycling и ECB по спортивной аэродинамике в велоспорте и крикете .
Новая лаборатория Уиттла
Радикально изменив как культуру, так и инструменты, используемые в разработке технологий, New Whittle Laboratory [17] нацелена на резкое сокращение времени, необходимого для достижения чистого нулевого полета. Недавние пионерские испытания в Whittle Laboratory в сотрудничестве с Rolls-Royce и финансируемые Институтом аэрокосмических технологий, продемонстрировали возможность сокращения времени, необходимого для проектирования, создания и тестирования технологий, в 10-100 раз, с лет до месяцев или недель. [18] Это позволяет исследовательским группам работать в среде с большим количеством оборудования, быстро теряя способность быстро учиться. New Whittle Laboratory предназначена для масштабирования этого процесса, выступая в качестве ускорителя технологии нулевого выброса углерода. Она будет выступать в качестве демонстратора этого процесса разработки технологий, меняющего правила игры, позволяя тиражировать его в других секторах и по всему миру. [19]
В новой лаборатории Уиттла разместится Национальный центр движения и энергетики, который предоставит новый туннель переменной плотности и вращающийся испытательный стенд, а также существующие экспериментальные объекты, новые производственные помещения и новые офисные помещения, предназначенные для улучшения сотрудничества между исследователями, правительством и промышленностью. Король Карл III заложил фундамент объекта стоимостью 58 млн фунтов стерлингов в мае 2023 года [20] , а строительные работы, как ожидается, будут завершены к октябрю 2025 года.
Международные награды
Лаборатория Уиттла — самая академически успешная в мире лаборатория по исследованию двигателей и электростанций. Работы лаборатории завоевали более 100 международных наград, включая премию Gas Turbine Award, высшую награду Американского общества инженеров-механиков в этой области, 15 раз. [5] Премия вручается один раз в год с 1963 года, и работы лаборатории Уиттла завоевали 10 из последних 18 наград.
| Год | Получатель | Тема |
|---|---|---|
| 2019 | Маша Фолк, Роберт Миллер, Джон Кулл | Влияние турбулентности в камере сгорания на механизмы потерь турбины |
| 2016 | Свилен Савов, Николас Аткинс, Сумиу Учида | Сравнение геометрий однокромочных и двухкромочных уплотнений |
| 2015 | Хо-Он То, Роберт Миллер | Влияние соотношения сторон на производительность компрессора |
| 2014 | Роберт Грю, Роберт Миллер, Ховард Ходсон | Влияние вариаций изготовления торцевых стенок на производительность турбины |
| 2012 | Грэм Пуллан, Анна Янг, Айвор Дэй, Эдвард Грейтцер , Золтан Спаковски | Происхождение и структура вращающегося стойла с шипами |
| 2010 | Мартин Гудхэнд, Роберт Миллер | Влияние реальных геометрий на трехмерное разделение в компрессорах |
| 2009 | Будимир Росич, Эрик Кертис, Джон Дентон | Управление потоком утечки через закрытый ротор турбины с помощью воздушной завесы |
| 2006 | Будимир Росич, Джон Дентон | Контроль потерь от утечек через кожух путем уменьшения кругового смешивания |
| 2005 | Айвор Дэй, Кристофер Фримен, Джон Уильямс | Попадание дождя в осевые компрессоры на неполной скорости |
| 2004 | Айвор Дэй, Кристофер Фримен, Томас Скаринчи | Пассивное управление нестабильностью горения в малоэмиссионной авиационной газовой турбине |
| 1997 | Тим Кэмп, Айвор Дэй | Исследование явлений скачков и модального срыва в низкоскоростном осевом компрессоре |
| 1991 | День Айвора | Возникновение срыва потока в осевых компрессорах |
| 1986 | Саймон Галлимор, Николас Кампсти | Смешивание по размаху в многоступенчатых осевых компрессорах |
| 1984 | Говард Ходсон | Пограничный слой и измерения потерь на роторе осевой турбины |
| 1977 | Айвор Дэй, Николас Кампсти, Эдвард Грейтцер | Прогнозирование производительности компрессора в условиях вращающегося срыва потока |
Ссылки
- ^ "Главная". whittle.eng.cam.ac.uk .
- ^ «Хронология».
- ^ Межпартийная парламентская инженерная группа - http://appeg.co.uk/low-carbon-aviation/
- ^ ab "Количество рабочих мест в Кембридже растет, поскольку планы по созданию новой лаборатории Уиттла одобрены". Cambridge Independent . 2020-06-17 . Получено 2023-06-29 .
- ^ abc "Gas Turbine Award". www.asme.org . Получено 29.06.2023 .
- ^ Межпартийная парламентская инженерная группа - http://appeg.co.uk/low-carbon-aviation/
- ^ "Джон Дентон".
- ^ "Профессор Билл Доус". fete.eng.cam.ac.uk . 2017-06-12 . Получено 2023-05-11 .
- ^ "multall-turbomachinery-design". sites.google.com . Получено 2023-05-11 .
- ^ Брандвик, Тобиас; Пуллан, Грэм. «Ускоренный 3D-решатель Навье-Стокса для потоков в турбомашиностроении». ASME Journal of Turbomachinery . Получено 11 мая 2023 г.
- ^ "Turbostream". Turbostream . Получено 2023-05-11 .
- ^ "3DNS". sites.google.com . Получено 2023-05-11 .
- ^ "dbslice". www.dbslice.org . Получено 2023-05-11 .
- ^ "Услуги". whittle.eng.cam.ac.uk . Получено 2023-05-11 .
- ^ Мур, Чарльз (22.01.2021). «Мы не должны допустить, чтобы поглощения глобальными компаниями подрывали британскую науку». The Telegraph . ISSN 0307-1235 . Получено 29.06.2023 .
- ^ "Greenjets сотрудничает с Whittle Laboratory". www.greenjets.co.uk . Получено 13 мая 2023 г.
- ^ "Новая лаборатория Уиттла". whittle.eng.cam.ac.uk . Получено 2023-05-11 .
- ^ Goodyear, Charis (24.11.2020). «Желаю вам зеленого полета!». CAM Digital | Кембриджский университет . Получено 29.06.2023 .
- ^ "RE:storing Ecosystems". www.re-tv.org . Получено 29.06.2023 .
- ^ "Король Карл посещает площадку лаборатории Кембриджского университета по исследованию чистого нулевого выброса стоимостью 58 млн фунтов стерлингов". BBC News . 2023-05-09 . Получено 2023-05-11 .
52°12′44″с.ш. 0°05′35″в.д. / 52,21209°с.ш. 0,09298°в.д. / 52,21209; 0,09298
