文|航空之家
环形燕尾槽
用环形燕尾槽固定高压压气机后几级的短的转子叶片,是 GE公司最早在 TF39和 CF6等发动机上采用的一种简单结构。
该公司在以后的军用发动机如F101,F404和F110上均采用了这种结构。普惠公司的早期产品一直采用轴向燕尾槽,到20世纪80年代中期才在民用发动机上采用环形燕尾槽,后来在F100的最新型号F100-PW-229上也采用这种结构。
法国的 M88从设计一开始就采用这种结构。罗·罗公司参加研制的 RB199未采用这种结构,但EJ200却采用了。苏联研制的AL-31F和 RD-33发动机高压压气机后几级中,也采用了环形燕尾槽。
从上述情况可以看出环形燕尾槽是一种很有吸引力的结构,采用这种结构时,只需要打开压气机机匣即可更换工作叶片。这种结构将在今后的军、民用发动机上得到广泛采用。
4.2 焊接转子
除F100和 RB199的高压压气机转子外,其余四种发动机的高压压气机转子均采用同种材料的转子焊为一体的结构。RB199的每个轮盘上均焊有一鼓筒,但鼓筒与另一轮盘采用了螺栓连接的可拆式结构。这是为了锁紧叶片方便而采用的措施。
普惠公司的F100-PW-100发展得较早,当时该公司的JT9D转子采用短螺栓连接,因而F100的研制工作一开始就继承了JT9D的短螺栓连接结构。但它的衍生型F100 PW 229的风扇与高压压气机改用了焊接转子。
转子焊接方式有惯性摩擦焊与电子束焊,GE公司采用前者,罗·罗公司采用后者。
风扇转子中,除EJ200和 RB199外,均采用螺栓连接的可拆卸方式,这是为便于叶片装拆与锁紧。值得注意的是在F100 PW 229中,风扇转子采用了电子束焊接结构,高压压气机转子采用了摩擦焊结构。
同一发动机的转子采用了两种焊接方法,而该公司的 PW2037和PW4000的高压压气机转子采用的是电子束焊,在F100 PW 229中却改用该公司从未用过的摩擦焊。这说明摩擦焊对焊接高强度的IN100合金材料具有较好的性能。
4.3 整体叶盘、涡轮转子
EJ200的第3级风扇和第2级高压压气机转子采用了整体叶盘结构。这是将叶片用电子束焊接方法焊到轮盘上的一种结构。
由于叶片盘上的叶片是不可拆卸的,当时认为,为避免叶片因外物损伤后使整个转子报废,整体叶盘不能与其他盘焊接为一体。
EJ200的这两个整体叶盘,均用螺栓与转子其他盘相连。整体叶盘在20世纪90年代得到大力发展,在发动机改型设计及新发动机设计中,得到广泛应用。
例如在F110的衍生型F110-GE-129R中,3级风扇全部采用了宽弦的整体叶盘结构;在F100的衍生型F100-PW-229A中,2级和3级风扇采用了整体叶盘结构。
上述发动机的所有高、低压涡轮盘与盘之间和盘与轴之间的连接均用向前或向后伸的安装突缘作为连接处,避免了像某些发动机那样要在轮盘腹板上开安装螺栓孔的做法,使轮盘不会因开孔而削弱强度。
4.4 单晶材料
单晶铸造的工作叶片已在高压涡轮中广泛采用。为延长发动机寿命和提高可靠性,F100-PW-229的第1级低压涡轮也采用了高压涡轮中所采用的单晶材料PW1482。
229 的涡轮前温度比 220高,为使两级低压涡轮工作叶片的温度保持 220的水平,燃气在两级中的膨胀功不是按 220那样平均分配的,而是按70%和30%的比例分配。虽然功量分配不均匀,但由于采用了先进的三元流设计方法,不仅性能未降低,而且还加大了流通量。
5 其他结构与系统
5.1 刷式封严装置
刷式封严装置具有结构简单和漏气量少的优点。V2500发动机只两处采用了这种封严装置,而EJ200的所有油和气封严处均采用这种结构。后来,在普惠公司、GE公司的发动机上也得到广泛采用。
5.2 低压涡轮出口导向叶片
低压涡轮出口一般均不设出口导向叶片,但在 EJ200上采用了,即在低压涡轮出口后,专门装一排按三元流设计的出口导向叶片(24片),可起1/2级涡轮的作用。这是第一种采用这种结构的军用发动机。
5.3 燃油调节器
新研制的发动机,如 M88、EJ200等都采用全权限数字式电子控制系统(FADEC);而早期的F100、F404和F110等主要采用液压机械式或加数字式电控系统。
由于全权限数字式电子控制系统能使发动机性能得到充分发挥,加速性好,喘振和超温等不正常工作状态易于控制,因此,早期研制的一些发动机的改型也已向全权限数字式电子控制系统过渡。
如F100-PW-100采用了液压机械式控制系统,F110 PW 220采用了数字式发动机控制系统(DEEC),到 F100 PW 229时,就采用了全权限数字式电子控制系统。
5.4 监测系统
F100 PW 220采用了带计算机的监测系统。它由 DEEC的故障探测线路、发动机诊断仪(EDU)、数字收集仪(DCU)和发动机分析仪(EAU)组成。
发动机工作时,EDU自动记录工作参数与循环数、故障与性能参数。飞机着陆后即转录到DCU中,随后传送到基地的 EAU中进行分析处理,以便快速、准确的诊断发动机状况,判断并孤立出发动机故障。
采用这套系统后,可提高发动机可靠性、减少维护工时与费用,同时还可减少发动机在地面的运转时间。
