大涵道比渦扇發動機

大涵道比渦扇發動機是指涵道比4以上的渦扇發動機。由於大涵道比渦扇發動機的耗油率低、噪聲小，被廣泛用於大型民用和軍用運輸機以及其他大型亞聲速飛機如加油機、預警機、反潛機等。

2013年11月12日，在第九屆中國國際航空展的航空發動機展區，中航工業展出了國產大涵道比渦扇發動機的金屬同比例模型。

基本介紹

• 中文名：大涵道比渦扇發動機
• 特色：耗油率低、噪聲小
• 套用：大型民用和軍用運輸機
• 分類：加油機、預警機、反潛機

關鍵技術

大尺寸風扇

大尺寸風扇是大涵道比渦扇發動機的特有技術。隨著發動機涵道比的增加，風扇向著大直徑、低壓比方向發展，其設計要求是效率高、噪聲低、重量輕、抗外物損傷能力強。在三維黏性CFD設計方法的基礎上發展起來的掠形葉片可以降低葉片進口氣流相對馬赫數，減少激波損失，進步風扇效率和流量。掠形葉片使風扇葉片效率進步3%~5%，空氣流量增加3%~10%。由於前掠葉片的失速裕度比後掠葉片的大，因此前掠葉片更受人們的重視。 在材料、結構和工藝方面有無凸台寬弦空心鈦合金葉片和樹脂基複合材料葉片。前者用超塑性成型/擴散連線（SPF/DB）工藝製成，後者由增韌環氧樹脂/石墨纖維預浸帶纏繞，然後用模壓成型。此外，Kevlar複合材料纏繞的多層包容環和葉片圓弧形榫根等也值得引起重視。

高壓壓氣機

高壓比多級高壓壓氣機是大涵道比渦扇發動機的關鍵技術。由於民用發動機的總壓比不斷進步的趨勢，將進一步進步到50以上。軍用發動機的高壓壓氣機壓比一般為6~8，還沒有超過10的，但是民用發動機的一般為12~20，GE90的10級（在後來的GE90-115B中減為9級）高壓壓氣機的壓比更達到23，均勻級壓比為1.37，都是所有實用中發動機的高壓壓氣機之最。正在研製中的PW6000發動機的高壓壓氣機以6級達到11的壓比，均勻級壓比近1.5。研究中的均勻級壓比為1.4~2.1。所涉及的技術包括全三維黏性CFD分析技術、先進（型掠形葉片、串列葉片、彎曲葉片和傾斜葉片）、吸附式葉片和主動穩定性控制。其他有關高壓壓氣機的關鍵技術有葉尖間隙控制、機匣處理、整體葉盤和整體葉環等。

低污染燃燒室

當前對環境排放的憂慮集中在空港四周的社區,而且,假如污染題目得不到解決,就會影響到空運的未來發展。歐盟和美國的環境保護局對ICAO施加壓力，要求制定進一步降低飛機排放NOx 條例。飛機的排放標準陸續有1986年、1996年、2004年和2008年生效的ICAO的CAEP1、2、4和6，相對前一個標準後者分別降低20%、16.5%和12%。大多數的民用飛機滿足現行1996年ICAO的LTO NOx 標準還有餘，而關於巡航NOX排放對臭氧層破壞和全球大氣變熱的憂慮卻在增加。所涉及的關鍵技術技術有徑向和軸向分級燃燒、貧油直接噴射（LDI）、富油/快速摻混/貧油（RQL）燃燒燃燒和能減少冷卻空氣的新的高溫陶瓷基複合材料。減低排放的主動燃燒控制技術也在研究中。

低壓渦輪

在大涵道比渦扇發動機中，低壓渦輪的效率對耗油率有重要影響，其重量和本錢分別占全台發動機的25%和15%左右。因此高效多級低壓渦輪的設計對發動機性能、重量和本錢十分重要。在低壓渦輪設計中已普遍三維黏性CFD設計技術。由於低壓渦輪通道有較大的擴張度，採用正交設計後，葉片的尖部和根部彎曲，形成所謂的彎曲葉片。主動葉尖間隙控制已經得到普遍的套用，通過對機匣噴射冷卻空氣可以在不同的工作狀態下都保持最佳的間隙。

降噪技術

採用或在研究中的降噪措檀越要有：
（1）儘量進步涵道比，降低發動機均勻排氣速度，但受到風扇和發動機尺寸的限制。
（2）在對氣動性能不造成大的損失的條件下，降低風扇葉尖切線速度；採用掠形葉片和傾斜葉片；鋸齒形風扇出口導向葉片後緣和吹氣式尾跡治理；公道選擇葉輪機轉子葉片和靜子葉片的數目比例；加大轉子和靜子的軸向間隔；減小葉尖間隙；低損失空腔設計。
（3）採用對轉風扇 在歐洲航空第6框架內的環境友好航空發動機計畫下正在研究對轉風扇，並將在俄羅斯中心航空發動機研究院的試驗台上進行氣動聲學試驗。希看能降低噪聲5分貝。
（4）在減少噴氣噪聲方面，正研究各種加快內外流氣流之間和噴流與大氣混合的噴管，具體的方案有非軸對稱風扇噴管、中心線偏置的風扇和核心噴管以及鋸齒形核心和風扇噴管。
（5）採用向上傾斜的進氣口(scarf inlet)和噴口，使噪聲向上傳布。
（6）採用加長外涵道，廣泛敷設利用赫姆霍茨效應原理的消聲襯墊，包括頻率自適應襯墊，甚至噪聲主動控制技術。

減速器

在齒輪傳動渦扇發動機中，高效、長壽命大功率減速器是不可或缺的重要部件。減速器的作用是保證兩個不同轉速的部件相互匹配和高效傳遞功率，因此它的技術要求很高。正在研究的一種功率近30000kW的減速器也已經做了100h的發動機試驗。在減速器的發展中，除了要設計輕重量的齒輪外，還必須採用新的滑油和冷卻技術。

發動機技術

間冷回熱循環可以降低壓氣機加壓所需的功、進進燃燒室的氣流溫度和回收排氣中的熱，因而有利於進步發動機熱效率和減少NOx排放。與常規渦扇發動機相比，間冷回熱循環發動機可降低NOx排放80%，減少燃料消耗和CO2排放18%。這是一項比較遠期的技術。在歐洲的環境友好發動機技術驗證（CLEAN）計畫中，正在驗證一種帶齒輪傳動風扇的間冷回熱循環發動機技術。在這種三轉子方案中，涵道比可以達到15左右，風扇葉尖速度也有相應的降低。風扇通過齒輪箱由高速的低壓壓渦輪驅動。超大涵道比發動機對高總壓比的要求由高壓和低壓壓氣機之間的中間冷卻器和採用雙級燃燒室的回熱核心機來滿足。間冷器用外涵空氣作為冷源。在CLEAN計畫中的關鍵技術包括齒輪傳動風扇系統、高壓壓氣機主動喘振控制系統、間冷器、貧油預混預蒸發燃燒室、高速多級低壓渦輪、渦輪中心框架和輕重量高效回熱器。

產品特色

高效率，低燃油消耗；高可靠性，長使用壽命；低排放，低噪音；低維護成本，維修性佳。

發展歷史

世界上第一種大涵道比渦扇發動機是1969年10月定型的美國通用電氣公司TF39-GE-1A，涵道比為8，騰飛推力近20000daN，用於C-5A軍用遠程戰略運輸機。大推力的大涵道比渦扇發動機的出現推動了巨型寬體客機的誕生，1970年1月，涵道比為5.2的普惠公司JT9D-3渦扇發動機裝備波音747-100寬體客機投進使用。從此，大涵道比渦扇發動機開始在民用領域獲得大量使用，成為民用發動機市場的主角，其技術也迅速發展。一些新研製的或老型號軍用運輸機的升級也紛紛採用民用大涵道比渦扇發動機改型。