大風扇小“心臟”的羅羅遄達900,風扇直徑達2.95米

大風扇小“心臟”的羅羅遄達900,風扇直徑達2.95米

1996年波音公司和空客公司先後提出研製下一代、將於2000 年後投入運營的超大型、可乘坐800~900人 (全經濟艙佈局)的大型四發客機,即波音747-500X/600X空客A3XX-100/200的發展計劃。

這些飛機所需的發動機,要求推力範圍比用於波音747-400的高,比波音777的低,且使用經濟性要好許多,以便降低飛機的直接使用成本10%左右,當時尚無能滿足這些要求的發動機。


為此,羅羅公司推出了遄達900高涵道比渦扇發動機,它是在用於波音777飛機的遄達800基礎上衍生發展的。與此同時,GE公司與普惠公司按1:1投資比例組成的發動機聯合公司推出了GP7200發動機是一種全新設計的發動機。

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後來波音公司取消了波音747-500X/600X計劃,空客公司則於2000年12月19 日宣佈將A3XX改稱為A380。初期A380有兩個型號,即A380-100和A

380-200,它們的起飛總重分別為560噸和583噸。


根據統計,四發客機發動機推力與飛機起飛總重之比約為0.25,則用於A380飛機的發動機推力範圍將是330~370kN。為此,羅羅公司定出遄達900基本型的推力為324kN(77000lbf),命名為遄達977。另外還有推力稍大型與推力稍小型,分別為遄達980(推力356kN,即80000lbf)、遄達969(推力307kN,即69000lbf)。


為了降低發動機的耗油率和噪音,遄達900採用了羅羅公司從未用過的大於8.0的涵道比,為此採用了比遄達800風扇直徑大的風扇(大152.4毫米)與比遄達800小的核心機(按遄達800核心機0.9比例縮小)而達成的。因此,遄達900發動機是遄達家族發動機中的大風扇小 “心臟”發動機。

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遄達900目前有以下二級序列發動機:

遄達970推力為311kN(70000lbf);

遄達977推力為340kN(76500lbf)。

遄達900是最先應用於A380飛機的航空發動機。於2004年10月取證,於2007年投入商業運營。

遄達900的技術特點概述:遄達900是羅羅公司遄達系列發動機的第四個成員 是A380飛機的啟動發動機遄達900用於驅動空中客車的A380和A380F 飛機。

遄達900 (如圖1所示)是一款環境友好的發動機 其比所有正在營運的航空發動機更安靜、 更清潔。

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圖1、遄達900航空發動機剖視圖

發動機的風扇葉片採用的是新型彎曲前緣後掠式鈦合金葉片,風扇葉片為擴散連接、超塑性成形的中空帶加強桁條和半月形前緣,該設計降低了發動機噪聲、 提高了氣動性能、增強了抗外物損傷能力。


高壓轉子與中壓轉子反向旋轉設計提高了核心機的效率,使氣流更 “直”地穿過發動機,帶來了氣動性能上的優勢。遄達900的渦輪進口燃氣溫度比遄達800要低,有利於熱端部件的可靠性和使用壽命。

遄達900具有更大的涵道比 (達8.5~8.7)風扇直徑達到破紀錄的116in(2946.4haomi ) 具有1級風扇、8級中壓壓氣機、6級高壓壓氣機、1級高壓渦輪、1級中壓渦輪和5級低壓渦輪.

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遄達900發動機的設計特點:

(1)三轉子結構:遄達900和遄達700、遄達800及遄達500相同,也是三轉子結構設計。

(2) 風扇系統:遄達900的風扇直徑為295米,採用三維氣動技術設計,並在遄達8104發動機上證明成功;使用鈦合金部件保證了耐久性,而且也減輕了重量;

風扇葉片為擴散連接、超塑性成形的中空帶加強桁條、帶半月形前緣的寬弦後掠葉片、風扇葉片通過了吸鳥試驗,包括在發動機上進行的試驗史無前例的2.5千克群鳥的吸入試驗。

大尺寸的後掠風扇葉片 (如圖2所示)有很多優勢,如可設計較低風扇的轉速,降低噪聲和減輕重量,改進氣動特性,以及增強抗外物損傷能力。

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圖2、遄達900航空發動機的大尺寸的後掠風扇葉片

(3) 壓氣機

遄達900的壓氣機由8級中壓和6級高壓壓氣機構成,這是直接從遄達,800按0.9的比例縮小而成,以減少核心機的空氣流量,同時提高涵道比並滿足推力的要求。8級中壓壓氣機的壓比為5.81平均級壓比為1.25,6級高壓壓氣機壓比為4.37,平均級壓比為1.28。這樣級數雖然較多,但是工作較為平穩。


中壓壓氣機前三排靜葉可調節,高壓則沒有可調靜葉,整個壓氣機全部按三維氣動技術設計葉片。三排可調靜葉後的壓氣機機匣全部做成了雙層,外層機匣作為承力構件傳遞負荷,內層機匣僅作為氣流通道的外壁。

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(4) 燃燒室

遄達900的燃燒室繼承了羅羅公司低氮氧化物 (NOx)和簡單易維護的單環浮壁式燃燒室的特點,採用20個環狀燃燒室噴嘴霧化噴油。火焰筒的頭部採用C1023鎳基合金鑄造而成,火焰筒壁上的冷卻孔是激光鑽成的斜孔,孔深較長,加強了對流冷卻效果;


斜孔又使冷卻空氣進入火焰筒時,沿火焰筒壁面上形成冷卻用的空氣膜,再用激光鑽孔提高了孔位置與孔徑的精確度,因而能精確地在火焰筒各個孔中分配冷卻空氣流量,以提高冷卻效果。另外,在火焰筒內壁面上還採用了隔熱塗層,以進一步降低火焰筒壁的溫度。

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(5) 高壓、中壓渦輪

遄達900的高、 中壓渦輪和遄達800的幾何尺寸基本相同,但是由於對應的壓氣機的直徑減少,為維持相同的葉尖切線速度,中、高壓渦輪的轉速比遄達800的要高,減少了氣動負荷,因而可提高渦輪的效率。高壓渦輪導向葉片、工作葉片、中壓渦輪導向葉片均用羅羅公司的第三代單晶材料製造。高、中壓渦輪的工作葉片均帶冠,可提高效率,也可使性能惡化減緩。


(6) 低壓渦輪

遄達900的低壓渦輪仍然採用遄達800的5級低壓結構,機匣內徑也與遄達,800一樣,但是由於流量減少了,葉片高度也隨之降低,這樣葉片的平均高度距中心線的距離加大,減少了葉片的氣動負荷,從而也使效率略有提高。另外,所有渦輪葉片也都使用三維氣動技術設計。渦輪葉片的加工採用羅羅公司專利發明的端壁靠模技術,該技術進一步使流過發動機的氣流變得平滑。這些都有助於提高功率供給效率。


(7) 燃油調節器

遄達900的全權限數字式控制 (FADEC)系統和遄達800的相同,正常情況下,發動機的起動是利用FADEC的自動起動程序來完成的,此外還具有人工控制的功能,可由飛行員控制起動過程。

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(8) 涵道比

遄達900的涵道比高達8.5~8.7,這是遄達系列從未使用過的 (遄達800的涵道比為6左右,遄達,700則不到5)。遄達900的總壓比為37~39。其幾何尺寸:長度為4.55米,風扇直徑為2.95米,基本發動機重量為6442千克。

(9) 高、中壓轉子反向旋轉結構

遄達900採用了高、中壓轉子反向旋轉結構 這是遄達系列前幾款發動機所沒有采用的 但在 “飛馬”、RB199和EJ200等發動機上已積累了超過600萬小時的經驗,這樣的系統有利於提高效率減輕重量;高壓壓氣機級數少,減少了起動功率,起動後加速性好;在總增壓比和渦輪進口溫度一定的情況下,高壓渦輪工作轉速較高,使進入葉片的空氣相對溫度較低,一般比雙轉子結構低27~55℃,此外,還可降低進場著陸的噪聲。


遄達900是一款環境友好航空發動機,其噪聲水平將符合倫敦QC1(飛機降落噪聲要求)和QC2 (飛機起飛噪聲要求)而排氣汙染則滿足ICAO(國際民航組織)CAEP/6 (第6階段標準)規定的裕度;已驗證遄達900的耗油率低於公司設定1%的目標。

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遄達900發動機是國際合作的結晶:

來自亞洲、歐洲和美國的多家公司作為風險共擔、利潤共享的合作伙伴 (RSP)參與了遄達900項目的發展,主要包括:

意大利菲亞特公司負責主齒輪箱;

西班牙ITP公司負責低壓渦輪部件;

美國古德里奇公司負責後掠風扇和內部傳感器美國漢勝公司負責FADEC系統;

美國霍尼韋爾公司負責空氣動力附件、防冰加熱閥、渦輪冷卻系統、空中起動裝置;

瑞典沃爾沃公司負責中壓壓氣機部件日本丸紅公司也是其成員之一。

還有負責燃燒室的韓國三星航空公司、生產渦輪葉片和發動機軸的日本石川島播磨重工業公司、生產製造附件和渦輪組件的川崎重工業公司也加入了遄達900的 “項目同盟”。


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