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360彩票网登陆-硬核航空 遄达XWB发动机中、高压气机和风扇设计特点解析

2020-01-11 09:13:35    

360彩票网登陆-硬核航空 遄达XWB发动机中、高压气机和风扇设计特点解析

360彩票网登陆,陈光/文

在传统的rb211/遄达发动机中,中压涡轮一直采用单级设计,但在遄达xwb中,中压涡轮改成了双级,这是因为发动机的总压比高达52.0,中压涡轮采用双级后,可降低涡轮级负荷,以提高效率。但在遄达1000中,总压比还稍高于遄达xwb的,为52.1,其中压涡轮仍采用了单级。

高压涡轮工作叶片不带冠

在罗罗公司研制的发动机中,包括斯贝、rb199以及传统的rb211/遄达等发动机,高压涡轮工作叶片无一例外带冠,而在普惠与ge公司的发动机中,高压涡轮工作叶片均不带冠。

图5、遄达xwb风扇盘后攺用滚珠轴承

由提高涡轮效率看,由于高压涡轮工作叶片短,帯冠后减少叶尖相对漏气损失的作用更为显著,从而可提高效率。但高压涡轮工作叶片处在高转速、高燃气温度的工作条件下,带冠后对叶片榫根的强度带來较大问题,罗罗发动机的高压涡轮工作叶片做成带冠的,说明它的涡轮工作叶片的材料较好。

但是,在遄达xwb推力最大的型号即遄达xwb-97中,高压涡轮工作叶片没有采用带冠结构,这是由于为了增大推力,提高了涡轮前燃气温度,此时如再帯冠叶片榫根的強度承受不了。遄达xwb的另二型号即 -75与 -84中,高压涡轮工作叶片仍然带冠。

凤扇(图6)直径在遄达系列发动机中最大,为2.997m,比genx还大0.178m,仅比ge90的小,空气流量约为1440 kg/s。风扇采用了小的轮毂比(约0.25),在空气流量一定时,可降低风扇直径,加大涵道比,减轻重量。但轮盘直径较小,为了能安装所需的叶片数,叶片榫根采用了圆弧形。

图6、遄达xwb风扇

风扇叶片叶尖采用小的切线速度,以降低噪声。叶片后掠,称为弯刀形叶片(图7),采用最新的三维气动方法设计,以提高效率。ti6/4合金风扇叶片结构采用了罗罗公司的第3代设计,即db/spf(扩散连接/超塑性成形)作成的带中间桁条的空心叶片。

风扇叶片后缘与分流环前缘间留有较大的间距,以便将随流入发动机气流的细小砂石、雨水等甩向外涵道。斜置的出口导向叶片与风扇叶片间留有很大的间距,以降低噪声,这是先进发动机中经常采用的设计。斜置的出口导向叶片还起到风扇与中压压气机间中介机匣的传力构件。

风扇包容机匣采用了遄达900与遄达1000上的结构,即做成由ti6/4锻制的带加强环的环形机匣。罗罗公司称,这种设计不仅具有足够的包容能力,而且重量还轻。风扇后机匣由复合材料做成,这是遄达系列发动机第一次在风扇后机匣上采用复合材料。

图7、风扇叶片前视图

风扇轮盘作成与遄达1000的轮盘一样,即相当为带3个轮盘的混合式转子

风扇后的分流环前缘通有热空气进行防冰,如图8所示,对分流环前缘加温后的热空气由前缘缝隙中流出,并随内涵气流流入中压压气机中。对分流环进行防冰的设计,在其它发动机包括遄达系列前几种型号中均未采用过。

图8 分流环用热空气防冰

中、高压压气机

与遄达1000一样,遄达xwb中压压气机为8级,高压压气机为6级,参见图9。中压压气机中前4排静子叶片做成可调节的(遄达1000中为前3排)。

中压压气机和高压压气机的主要特征为采用新近发展的子午流道抬高(‘risingline’)气动设计技术,以改善速度分布,并在设计中采用全三维分析手段。

在中、高压压气机转子中,笫1次采用了整体叶盘结构。2005年前后,罗.罗来华宣传用于b787的遄达1000时,针对genx(用于b787的另一型发动机)高压压气机中采用了三级整体叶盘结构,特别强调在遄达1000中沒有采用整体叶盘结构,似乎整体叶盘不适用于民用大涵道比涡扇发动机,但事隔几年后,在遄达xwb中,中、高压压气机中不仅采用了整体叶盘,而且还用较多篇幅宣传采用整体叶盘给发动机带来的众所周知的各种好处。显然,今后整体叶盘将在民用大涵道比涡扇发动机中广泛采用。

图9 遄达xwb中、高压压气机

由于遄达xwb总压比高达52,高压压气机(图10)轮盘均由镍基合金做成,前三级为整体叶盘结构,且焊成一整件,后2级与后轴焊为一体,在单体的第4级盘处用短螺栓将整个转子连接成一件。后三级的工作叶片用环形燕尾榫头与轮盘连接。与遄达1000一样,压气机中采用了双层机匣的结构,且对应工作叶片叶尖的机匣作成整环,以保证工作中,各级叶片叶尖有较均匀的间隙。

遄达xwb沿用了遄达900与遄达1000的高、中压压气机转子反转设计。

图10 高压压气机前三级为镍基合金整体叶盘且焊成一体

2.4 燃烧室

遄达xwb燃烧室采用了遄达系列发动机所用的罗.罗笫5阶段燃烧室设计,火焰筒采用了可拆换瓦片的浮壁式结构,如图11所示。瓦片采用了强制冷却的设计,可减少冷却空气量,有较合适的出口温度场,提高了效率并减少 nox 排放。

虽然罗.罗公司在几个技术验证技术计划如antle, efe, alexsys等中采用贫油燃烧室,这种贫油燃烧室虽然具有改善nox排放的特点,但结构较复杂,维护费用高,以及对耗油率与co2略有影响,因此,在遄达xwb中仍然采用了遄达系列发动机中采用的笫5阶段燃烧室,即富油燃烧室设计。

罗.罗的第5阶段燃烧室实际上是串联燃烧的分级燃烧室,图10中示出了燃烧室中的燃烧情况,即前面是富油燃烧级(r),中间为快速猝熄级(q),后面为贫油燃烧级(l)。燃油与空气没有预先混合,燃油由气动雾化喷咀喷出后,全部燃油和部分空气进行富油燃烧,通过降低燃烧温度来减少富油燃烧区的nox,然后富油燃气快速与二股气流混合形成快速猝熄,然后在燃烧室后段进行贫油燃烧。在这种燃烧室中,形成了两个明显的燃烧区:富油燃烧区以及混合和降温贫油燃烧区。

图11 遄达xwb燃烧室

遄达xwb采用了先缓扩后突扩的双级扩压器,高压压气机出口导向叶片与缓扩扩压器鋳成一体。燃烧室机匣采用waspaloy锻制成一体,再經机械加工而成,一改传统设计中的由板料焊接而成的作法,这种设计己在一些最新发展的发动机中采用。

遄达xwb燃烧室能使燃油充分燃烧,排污低,发动机的耗油率低,据罗.罗的分析,遄达xwb-84 的耗油率比ge90-115b低10%。

遄达系列的燃烧室具有巡航效率高以及高空再点火好的能力,排污低且重量轻、成本低。





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