为满足AXWB三种型号的需求,遄达XWB有三种推力级的型号,即用于AXWB-的遄达XWB-75(及-79)型,用于AXWB-的遄达XWB-84型与用于AXWB-的遄达XWB-97型,型号后的数字表示发动机的推力值如“-97”表示该发动机的推力为lbf。
遄达XWB(如图1所示)是由1级风扇、8级中压压气机、6级高压压气机、低污染环形燃烧室、1级空气冷却的高压涡轮、2级空气冷却的中压涡轮与6级低压涡轮组成的三转子高涵道比涡扇发动机。
遄达XWB是遄达家族中第一种在高压压气机(1~3级)中采用整体叶盘的型号,不过其他方面呈现的则是由遄达发展而来。核心机的改进是基于罗罗公司领导的环境友好发动机研究计划中已验证的新技术,该计划耗资14亿美元,旨在减少污染排放、提高效率。改良的涡轮叶片设计、冷却、涂层和可循环材料的利用均可以提高涡轮前温度和热力效率,给遄达XWB发动机带来直接的经济效益。这些技术还有可能使最终推力超出.9kN的预期。
图1、遄达XWB三转子高涵道比涡扇发动机结构图
遄达XWB的先进技术包括:使用先进的压气机叶盘技术,降低了组件重量,使气动效率提高15%;优化的内部系统,降低了气量需求和燃油消耗;采用新材料,在不降低可靠性的前提下达到更高的工作温度和燃烧效率;可靠性更高的燃烧室,燃烧更清洁;最新的风扇系统技术,降低了噪声;
遄达系列中效率最高的涡轮系统,拥有两级中压涡轮,提高了第二级中压涡轮的性能;新的轴承系统,利用更大的轴承来提高载荷能力,进而减少燃油消耗;并且拥有先进的发动机状态监控系统。遄达XWB是否采用了中压转子传动附件还没明确的相关报道,但遄达XWB具有遄达系列中效率最高的涡轮系统,增加了1级中压涡轮,使得中压涡轮成为2级并提高了中压涡轮的性能,为从中压转子取功创造了更加有力的条件,由此推测,遄达XWB应与遄达一样,采用了中压转子传动附件结构。图2展示了遄达XWB发动机集成的部分创新性技术。
图2、遄达XWB发动机集成的部分创新性技术示意图
遄达XWB风扇叶片结合了遄达的弯曲前缘后掠式风扇技术和遄达的2.94米直径风扇的低速和低尖毂比的设计。遄达XWB发动机拥有直径为3米的风扇,使它成为罗罗公司所有生产过的发动机中最大的发动机。
AXWB系列包括3款机型,分别是标准型A-缩短型A-和加长型A-原计划分别在、和年进入市场。遄达XWB是遄达与各项先进技术结合的产物,面临的最大挑战是同一款发动机要同时满足这3种不同型号客机的要求,因此要求它拥有一个大的推力范围,并将其作为一款单一类型发动机进行研制A-的发动机(是3个发动机序列中推力最大的)的核心技术在投入使用之后,还会逐渐融入早期型号之中,用于升级A-和A-飞机的发动机。最后,由于其机翼具有高度的共通性,3款不同型号的A将达到大致相同的巡航推力。
随着年空客对AXWB系列空机重量和最大起飞重量的提高,遄达XWB的
额定推力再次被调高,这是该发动机研制过程中的第二次调整。AXWB的-、-、-三款机型的发动机的额定推力均增加4.54kN分别至.2kN、.0kN、.9kN。
遄达XWB是目前燃油效率最高、对环境影响最小的一款大型发动机。相比于之前推出的遄达系列发动机,其耗油率降低了28%。遄达XWB目前订单已超过台,有望成为遄达系列产品历史上最畅销的一款发动机之一。遄达XWB发动机的成功是航空动力发展一个意义重大的里程碑,再次彰显了罗罗公司致力于发展和实
践最尖端的科技项目。遄达XWB在质量、效率和环境表现上均领先于民航工业领域。
遄达XWB发动机与传统的RB遄达发动机的主要不同处:
年装在L“三星”宽体客机的RB-22B三转子高涵道比涡扇发动机投入使用后,罗罗公司在此基础上,在其后的近40年时间中,发展了RB-C、RB-E4、RB-C/D、RB-G/H与RB-G/H-T等RB
系列发动机,随后在RB-G/H的基础上发展了遄达系列发动机:遄达、遄达、遄达、遄达与遄达。在所有这些发动机的结构设计中,风扇后的支点(N1)处采用滚棒轴承、中压涡轮为单级与高压涡轮工作叶片带冠是一贯的。
但是,遄达XWB在这三点上却有别于传统的RB遄达发动机设计,除此之外,还第一次在中/高压压气机中采用整体叶盘,在风扇部件中第一次采用复合材料的风扇后机匣,低压涡轮工作叶片不仅首次采用了TiAI金属间化合物的轻质合金,且局部做成空心的,等等。
(1)风扇后支点处采用大直径滚珠轴承
以往,出于安全考虑,普惠公司与GE公司的高涵道比涡扇发动机中,风扇后支点即1号支点(N1)均采用能承受轴向载荷的滚珠轴承,一旦风扇轴折断,使风扇盘能保持在发动机内而不会在风扇叶片气动轴向力作用下甩离发动机。但是罗罗公司从RB-22B开始直到遄达均在风扇后1号支点处采用滚棒,轴承将承受低压转子轴向力的滚珠轴承设在中压压气机后,且该滚珠轴承外环固定在中压压气机后轴内孔上,内环固定在风扇后轴上,成为中介轴承,如图3所示。
图3、遄达XWB与传统的RB/遄达发动机在风扇转子支承上的不同处
在传统的RB/遄达发动机中,为解决当风扇轴折断后风扇盘甩离发动机的问题在风扇转子内1、3号支点间设有一特别的保持轴(如图4所示),保持轴前端紧紧压在风扇盘端面上,后端向内伸的挡边扣在低压涡轮轴前端套齿联轴器压紧螺帽后端,两者间留有间隙A,正常工作时,始终保持间隙A,保持轴不起作用。
一旦风扇轴折断,风扇转子在风扇的气动轴向力作用下前移,此时,保持轴前移压到螺帽上,转子即被滚珠轴承所拉住而不会甩出。但是,在实际使用中,曾出现过几次(例如年5月、年8月、年9月与年12月)风扇轴折断后,保持轴未将风扇盘保持在发动机内的事件。风扇盘多次甩离发动机,在航空发动机发展史上也属罕见,说明RB系列发动机的风扇保持系统仍不够完善。由图4能看出此轴承内径大于中压压气机后滚珠轴承的外径。
图4、传统的RB遄达发动机风扇转子中的保持轴
在遄达XWB中,将紧靠风扇盘后的轴承(N1)改为大直径的滚珠轴承(如图5所示)。另由图4可见,传统的RB遄达系列中,风扇转子滚珠轴承内径不仅比风扇盘后滚棒轴承内径小,而且比中压压气机后滚珠轴承内径小,由此可见,遄达XWB风扇转子的滚珠轴承尺寸比传统RB遄达系列发动机的要大得多,不仅使承载轴向负荷的能力提高4倍,而且取消了保持轴,使结构变得简单,重量减轻。
图5、遄达XWB风扇盘后改用滚珠轴承
(2)中压涡轮改为双级
在传统的RB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。
(3)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、RB以及传统的RB遄达等发动机,无一例外地在高压涡轮工作叶片中带冠,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。由提高涡轮效率看,由于高压涡轮工作叶片短,带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来较大问题,罗罗公司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,这是由于为了提高推力,提高了涡轮前燃气温度,此时如再带冠叶片榫根的强度承受不了。
罗罗公司在研发遄达XWB发动机时特别注重国际合作,提高研制效率。在集成应用新技术的同时,罗罗公司还应用先进的生产模式提高效率:引入“精益生产”(LEAN)管理、及时制造,减少故障,杜绝浪费,保障产品零缺陷、零库存。
遄达XWB发动机包括10多个核心零件,来自罗罗公司的16个制造工厂、12个风险共担合作伙伴和88个外部供应商。罗罗公司利用12家风险共担合作伙伴的力量形成优势团队。
在罗罗公司以往的发动机项目中,最大的组件外包量是30%,而且仅限于附件和外部系统。但由于遄达XWB发动机合作协议的广泛性,外包组件高达40%。