年波音公司就波音“梦幻飞机”的动力装置给GE和罗罗两大航空发动机制造商(普惠被排除在外)提出了四道题目:
(1)在技术方面,要求发动机能提供更多的电力,以一种尺寸适用于三种不同类型的波音飞机,采用最新的技术和实现最佳的可靠性;
(2)在经济性方面,能在波音飞机寿命期内,在~海里的航段上提供最佳的经济性;
(3)在环境方面,在波音飞机寿命期内满足所有的环保要求;
(4)在服务方面,能够达到并支持波音公司提出的综合服务解决方案。
罗罗公司将遄达发动机应答波音“梦幻飞机”的考试,并按要求对波音性能的改进目标做出了自己的贡献。
罗罗公司在遄达发动机的发展中应用了“风险合作”模式,在遄达项目上罗罗公司有多个风险合作伙伴;
日本三菱重工负责燃烧室和低压涡轮叶片;
日本川崎重工负责中压压气机单元体;
日本住友株式会社负责发动机热管理系统;
美国古德里奇公司负责发动机控制系统;
美国汉胜公司负责变速箱;
西班牙ITP公司负责低压涡轮单元体。
遄达仍为三转子航空发动机。遄达于年取证,年投入运营,用于驱动波音“梦幻飞机”。
推力为~kN(~70lbf)。
从RB-G-T经过遄达、遄达、遄达、遄达,发展到遄达,耗油率降低12%(比遄达低4%)。
遄达的技术特点:
遄达发动机是罗罗公司为应对波音的各项要求而研发的遄达系列发动机中投入商业运营的第五个成员。
遄达(如图1所示)发动机的中压压气机、高压压气机、瓦片式燃烧室和涡轮都是由遄达所用的相应部件按比例缩放而来。发动机的结构亦相同是罗罗公司标准的三转子结构,与遄达一样,高压转子与低压和中压转子对转。对转将减少高压涡轮和中压涡轮之间的损失,使效率提高1%~2%。
图1、遄达航空发动机剖视图
遄达发动机继承了遄达家族其他成员,特别是遄达发动机上的优点,如:遄达继承了遄达发动机上采用的新型弯曲前缘后掠式钛合机风扇叶片,其风扇直径达2.84米,并减少了风扇叶片的数量,相比遄达的24个叶片,遄达仅有20个叶片且转速比遄达低10%,使得发动机的运转更为宁静。这一设计不但降低了噪声,提高了气动性能,还增强了抗外物损伤的能力。
为了满足附加的电力需求,罗罗公司决定改变传统的从高压压气机提取功率的途径,改为从中压转子提取功率。这种改变减小了不利影响,包括从高压压气机引气造成的失速裕度降低。
据罗罗公司的官员称,从中压压气机提取功率实际上改善了中压压气机的适用性。原因是压缩系统更稳定,发动机在低功率状态下和特别在短航线上工作更有效。在典型的短程航线上,用户可比用从高压压气机提取功率的传统发动机少耗燃油5%~6%。在长航程航线上省油要少,但仍可省1%左右。
遄达的涵道比更大(达10~11)具有1级风扇、8级中压压气机、6级高压压气机、1级高压涡轮、1级中压涡轮和6级低压涡轮。
图2、遄达航空发动机风扇系统
遄达发动机的设计特点:
(1)三转子结构
遄达和遄达、遄达及遄达等相同,也是三转子结构设计。
(2)风扇系统
遄达风扇系统(如图2所示)的风扇叶片(Ti6/4材料)结构采用了罗罗公司第三代设计(3所示)即DB/SPF(扩散连接/超塑成形)工艺。采用带掠形的叶片(称为弯刀形叶片),共20片,叶片榫根设计成圆弧形,使风扇的轮毂比小/涵道比大。
图3、罗罗公司第三代风扇叶片设计
两叶片根部处装有铝制垫块形成气流通道,进气锥由复合材料作,包容环由Ti6/4做成带筋环的金属机匣,未用凯芙拉材料,斜置的出口导叶与工作叶片间距大以降低噪声,风扇宽弦叶片及尾缘与分流环间有较大的间距,外物不易进入核心机(如图4所示)。
图4、遄达航空发动机风扇系统外物流道
罗罗公司风扇叶片设计改进如图4所示,可以看出遄达风扇系统的效率已远远大于遄达。
(3)中压压气机
遄达的中压压气机结构沿用遄达的设计(如图6所示),工作叶片用三维气动技术设计,前缘形状作了改进,风扇出口到中压压气机进口通道较陡,2~6级工作叶片锁紧改成整圈的卡环(如图7所示)。
图6、遄达的中压压气机结构
图7、叶片锁紧整圈卡环
(4)高压压气机
遄达的中压压气机结构(如图8)也是由遄达的高压压气机衍生而成,所有叶片均用全三维气动技术设计,轮盘与机匣热匹配较好以得到较小的叶尖间隙,未采用整体叶盘,第1级叶片用环形卡环锁紧,2~6级叶片采用环形燕尾槽,无可调静叶。
图8、遄达的高压压气机结构
(5)燃烧室
遄达燃烧室依然属于罗罗公司的5阶段的可拆换瓦片(18块)的浮动壁火焰筒,先缓扩后突扩的双级扩压器机匣采用锻件机械加工而成,无焊接处,气动雾化喷嘴。(如图9和图10所示)
图9、遄达燃烧室与扩压器
图10、遄达燃烧室实物
(6)遄达的涡轮
遄达的高压涡轮(如图11所示)为单级,工作叶片带冠,单晶材料,采用全三维气动技术设计,工作叶片(66片)比遄达(92片)少,复合倾斜的导向叶片采用主动间隙控制设计,后短轴用惯性摩擦焊与轮盘连接,其转向与中压涡轮相反(遄达采用)。
图11、遄达的高压涡轮
遄达的中压涡轮(如图12所示)为单级,带冠冷却空心工作叶片,单晶材料,全三维气动设计,空心导向叶片中通过轴承座的承力构件采用主动间隙控制设计,工作叶片数(片)比遄达(片)的少12片,导向叶片数比同向转动的少。遄达的高、中压涡轮转向是相反的(如图13和图14所示)。
图12、遄达的中压涡轮
图13、高、中压涡轮转向相反
图14、高、中压转子反向相旋转示意图
遄达的低压涡轮(如图15所示)为6级,工作叶片为大展弦比、高升力实心工作叶片和带冠、实心工作叶片,减少端壁损失设计、镍合金加工的机匣,机匣外围绕冷却用的导管,整环机匣。
图15、遄达的低压涡轮结构
(7)遄达的中压转子传动附件在罗罗公司的三转子发动机第1次采用了中压转子传动附件(如图16和图17所示)适应波音“全电飞机”用电量大的要求,起动机仍与高压转子连接,为此需一套传动转换的离合器,起动时起动机带动高压转子,慢车及大于慢车时中压转子驱动附件包括发电机能提高高压压气机、中压压气机的喘振裕度,航程大于公里可至少节省燃油6%,发动机易于起动。
图16、遄达中压转子传动附件
图17、遄达中压转子传动附件结构