齿轮驱动的涡扇发动机BPR=12.14OPR=46+T4=2000K起飞减速低速风扇齿轮箱高速LPTLPC10噪声高速LPT齿轮驱动齿轮驱动风扇和低压转子可实现最优转速齿轮驱动的涡扇发动机方案齿轮驱动涡扇发动机的发展和关键技术Ke沈阳发动机设计研究所梁春华高转速下工作的同时,使风扇在气动损失和噪声都小的较低的转速下工作,进而实现“通过增大发动使发动机可靠性提高和耗油率、使用与维护成本、噪声均降低”的目的,并开始研究齿轮动涡扇发动机(如图FiatAvio)造商开始联合研究齿轮驱动涡扇发动机PW8000,验证了一些关键技术。目前MTU公司已经将齿轮驱动涡扇发动机列为2010年后投入到正常的使用中的发动机。着航空发动机技术的飞速发了发动机的质量,使得系统复杂化。显然,通过增大涵道比的方式提高发动机性能的潜力已经不大,因而人们开始探索开发新的方案。20世纪70年代末,普惠公司等航空发动机设计与制造如果在风扇和低压压气机间引入一个减速齿轮箱,就可以在低压转子保持能取得较高效较低的燃油消耗率、较好的环保特性和经济性慢慢的变成了大涵道比涡扇发动机一定要达到研究表明,提高大涵道比涡扇发动机的涵道比可提升发动的推进效率,并且因降低了排气速度与风扇叶尖速度而减小了发一定值会带来了一些棘手的问题。因为增大涵道比增大风扇直径)就要增大短舱的直径,这直接增大了发动机的质量。另外,增大风扇的直径,将使高转速下的风扇叶尖速度增加风扇叶尖马赫数大于1.4)会造成非常大的气动损失。若要降低风扇的气动损失,就必须降低转速,而降低风扇转速就降低了低压转子的转速,相应地也就降低了低压系统的效率。为了保持低压压气机与低压涡轮的效率,要增加低压系统的级数,相应增加14航空科学技术2006摘要:描述了齿轮驱动涡扇发动机的由来和研制发展,综述了该发动机的关键技术(如齿轮箱、高速低压转子和紧凑核心机等)研究进展。关键词:齿轮驱动涡扇发动机减速齿轮箱高速低压转子凑核心机坚固的无TALON凸肩风扇燃烧室级高速对转低压压气机的低压涡轮单级高负荷高压涡轮驱动风扇级高速高压比的齿轮系统高压压气机W8000发动机部件特点内形齿轮输出轴输入轴从低压轴输入9000r/min输出到风扇齿轮机匣3200r/mW8000发动机齿轮箱航空科学技术W8000的设计特点PW8000轮、驱动风扇的齿轮箱和排气喷管等构成(如图所示)。PW8000动机主要技术指标:推力为111～156kN(25000～30000lbf)11;压气机总压比为40;风扇直径1.65m)。其齿轮箱环形齿轮质量为220kg,0.4318m(17in)额定功率为23800kW(32300shp),效率达99%。其污染物排放量较1996年规定的水平至少降低40%,燃油消耗量较传统涡扇发动机的降低了9%。PW8000特点是维护费用低。与传统的涡扇发动机相比,该发动机转子数由原单元体设计、坚固的无凸肩风扇、优化间距的风扇和分流器、低展弦比的低压与高压压气机叶片、先进的高性能且低风险的高压压气机、浮动壁燃烧室、允许减少级数的齿也逐步降低了发动机的维护费用。来自于“齿轮箱中80%的发热实际上都来自涡流的形而不是润滑”这一研究结果。改进设计的新润滑系统将滑油循环出齿滑油只传输到齿轮箱内真正需要润滑的区域,然后尽快循环出齿轮箱,防止热负荷的堆积。对轴承系统来进行了重新设计,实现了真正的自对准。齿轮箱中轴颈轴承取得的最大改进得益于采用电子机械分子涂层工艺,大大加强了轴颈轴承所用的不一样的材料的粘结效果。设计W8000的关键技术由于齿轮箱、高速低压转子和核心机部件采用轻质材料和先的气动设计技术,PW8000发动机具有结构紧密相连、效率高、燃油消耗率低、噪声小、质量轻等特点。减速齿轮箱减速齿轮箱的质量、可靠性是齿轮驱动的涡扇发动机研制的关键。PW8000发动机齿轮箱由菲亚研制采用了普惠公司多年来涡轮螺桨、涡轮轴和较小涡扇发动机的主齿轮箱研究成果,继承了ADP计划的先进的技术,吸收了菲亚特公司多年的设计、试验和研制经验。PW8000发动机的齿轮箱(所示)是一个行星系统,具有结构紧密相连、质量轻、热负荷较低(预计的低50%个小行星齿轮,行星齿轮在轴颈轴承上转动,并驱动环形齿轮,环形齿轮再驱动风扇轴。PW8000齿轮箱的挠曲等方面(而不是在齿轮箱本身的机械方面)进行了设计革新。润滑和冷却系统的改进主要个特殊的真空膜盒(波纹管)将齿轮箱与发动机其余部分隔开,使齿轮箱不受发动机工作时产的挠曲损伤。减速齿轮箱采用了“自定中心”的技术,消除了齿轮错位和应力。高速低压转子高速低压压气机和低压PW8000发动机核心部件之一。目前,直接驱动的涡扇发动机的低压转子因为工作在亚声速流动区,所以效率很高。而齿轮驱动涡扇发动机的高速低压转子工速流动区,效率提高只能逐现。由于增加了齿轮箱,且风扇与发动机短舱直径更大,发动机的质量更重,故要求高速低压转子的级数与部件数要明显减少,低压部件的负荷要降低,叶片数量要逐步减少,进而降造和维护成本。压气机和涡轮转子叶片数减少了52%,进而使维护费用和使用费分别降低了30%和10%。另先进的诊断与健康监控技术、航空科学技术200615学科发展航空科学技术高速低压压气机由于高速低压压气机工比传统涡轮风扇发动机高得多转速和马赫数下,所以PW8000动机的低压压气机能取得较的性能。其总的设计目标是:级数减少50%长度缩短50%制造和维护成本降低;质量减轻。尽管高速低压压气机设计面临气动性能和结构完整性该高速低压压气机还是确定了高的设计指标:较高的级压比;高的多变效率(89%)400m/s)。在气动方面,尽管高速低压压气机工作在与高压压气机的负荷相当、且雷诺数相比来说较低的不理想的跨声速流场条件下,几何形状又可能受齿轮箱的限制和粗大支杆的干扰,但是,工作范围和部件效率必须等于或超过当今最好的传统低压压气机;构方面,由于轮缘负荷要比传统低试验中,进口安装了用于测量声压剧增加和处于跨声速流利的工作条件下,还是给PW8000发动机高速低压涡轮确定了较高的设计指标:效率大于93%的级压比下总压比为7～11;叶尖1300K;部件寿命不小于20000现代传统低压涡轮的主要得益于适中的亚声速流动赫数。而高速低压涡轮较高的切线速度导致了几乎所有的导向叶片和转子叶片排都处于跨声速流动状态,因而,其静子和转子叶部流场包含了局部埋置的激波前锋。这些激波前锋同边界层相互作并产生附加损失,趋向于降低高速低压涡轮的效率。低压涡轮较高的切线 极高的离心负荷对转子叶片的设计也有重大影响。例如, 在轮毂 截面处, 该叶片根部型面的横截面 和厚度较之传 统低压涡 轮明显加 致在吸力边轮廓处出现更大 值马赫数,引起更强的激波前锋及 更大的效率损失。高的机械负荷通 常是由附加的热应力施加的, 用单级高压涡轮的发动机 的低压 分布的 16 个扩声器, 以弄清其噪 声形成机理及降低噪声的潜力; DLR)Koin 紧密合作开发的先进三维 CFD 计方法,用适当的紊流模型研究紊 流影响, 利用附加的、扩展的 计算 码模拟静子叶片 和转子叶片 高度非稳交互作用,估算出在转子 叶片上出现的并冲 击到上游导