飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)渦噴-渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)簡(jiǎn)介

飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)---渦噴/渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)簡(jiǎn)介—航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)；燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)——發(fā)動(dòng)機(jī)；渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)；渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)定義與概念：渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)---在單個(gè)流道內(nèi),渦輪出口燃?xì)庵苯釉趪姽苤信蛎?使燃?xì)饪捎媚芰哭D(zhuǎn)變?yōu)楦咚賴(lài)娏鞯膭?dòng)能而產(chǎn)生反作用力的發(fā)動(dòng)機(jī)稱(chēng)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī).渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)---核心機(jī)出口燃?xì)庠诘蛪簻u輪中進(jìn)一步膨脹做功,用于帶動(dòng)外涵流的動(dòng)能。國(guó)外概況：渦噴/渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是軍用戰(zhàn)斗機(jī)/攻擊機(jī)、轟炸機(jī)、教練機(jī)和民用客機(jī)的主要?jiǎng)恿?。半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，渦噴/渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的性能提高很大。服役中的戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)推重比從2提高到7-8，正在研制中的達(dá)9-10，并馬上投入使用。民用大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的最大推力已超過(guò)40000daN，巡航耗油率從50年月渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)1.0kg/〔daN/h〕下降到0.55kg/〔daN/h。在性能提高的同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)牢靠性和耐久性也有很大改善。軍用發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車(chē)率一般為0.2-0.4/1000發(fā)動(dòng)機(jī)飛行小時(shí)，民用發(fā)動(dòng)機(jī)為0.002-0.02/1000發(fā)動(dòng)機(jī)飛行小時(shí)。軍用發(fā)動(dòng)機(jī)熱端零件壽命2023h20230-30000h。美國(guó)在80年月初組織有關(guān)專(zhuān)家對(duì)2023性能供給了牢靠的技術(shù)根底。后來(lái)，美國(guó)空軍發(fā)起綜合高性能渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)〔IHPTET〕打算?？哲?、海軍、陸軍、美國(guó)國(guó)防部預(yù)研局、NASA和七家主要發(fā)動(dòng)機(jī)制造商都參與了這項(xiàng)打算。打算總的目標(biāo)是到2023年使航空推動(dòng)系統(tǒng)力量翻一番，即推重比或功率重量比增加100%-120%，耗油率下降30%-40%。生35%-60%。發(fā)動(dòng)機(jī)打算的其次階段ACMEⅡ技術(shù)〔AMET〕打算。ACME-202320、耗油率低30%、制造本錢(qián)低30%和壽命期費(fèi)用低25%的技術(shù)，而AMET的目標(biāo)是到20231518。1、現(xiàn)役軍用渦噴/渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)1973年美國(guó)普&惠公司研制成功首臺(tái)推重比8F100又有美國(guó)通用電氣公司的F404和F110、西歐三國(guó)聯(lián)合研制的RB.199、法國(guó)的M53和原蘇聯(lián)的РД33和АЛ31-Ф動(dòng)力裝置。除法國(guó)的M53為單轉(zhuǎn)子渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)且推重比只有6.2外，其余均為7.0-8.0研制中的推重比9-10發(fā)動(dòng)機(jī)的根底，并不斷向更高的目標(biāo)--推重比20進(jìn)展。15-20一級(jí)的發(fā)動(dòng)機(jī)將于2023-2023年期間研制成功，并將與第五代戰(zhàn)斗機(jī)配套投入使用?，F(xiàn)役發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)改型〔MRF〕和海軍攻擊機(jī)以及原有F-15F-16F/A-18F100、F110F404發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施提高推力和推重比的改型工作。F100F100-PW-229A16530daN9.5。F110F110-GE-129EFE16210daN9.5。F404 推力增大Ⅲ型〔后重編號(hào)為F414-GE-400。F414 的推力為9680-10700daN9.0-9.5167K，空氣流量增加10%，壓氣機(jī)和渦輪效率將提高2%。承受的技術(shù)有風(fēng)扇和壓氣機(jī)整體葉盤(pán)構(gòu)造部件的先進(jìn)全權(quán)數(shù)字電子掌握〔FADEC〕等。其中很多技術(shù)是從通用電氣公司打算中得來(lái)的。F414的2023F-18E/F戰(zhàn)斗機(jī)上投入使用。全研制的推重比9-10渦噴/渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)80年月中期起，興旺國(guó)家開(kāi)頭為第四代戰(zhàn)斗機(jī)研制一代的發(fā)動(dòng)機(jī)。但技術(shù)&F119EJ200和法M88AЛ-41中發(fā)動(dòng)機(jī)的打算，但由于缺乏資金，進(jìn)度會(huì)往后拖。〔3〕21世紀(jì)戰(zhàn)斗機(jī)用渦噴/渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)A15-20的戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)方案依據(jù)正在實(shí)施中的以IHPTET打算為代表的預(yù)研工作進(jìn)展?fàn)顩r，估量在2023-202315-20的戰(zhàn)斗機(jī)用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，這種常規(guī)的中F100發(fā)動(dòng)機(jī)相比，具有以下特點(diǎn)：a31級(jí)，葉片帶彎掠，且為空心構(gòu)造。b壓氣機(jī)由93級(jí)。轉(zhuǎn)子為鼓筒式無(wú)盤(pán)構(gòu)造，由鈦基復(fù)合材料制成。與70%。c燃燒室火焰筒材料由耐熱合金改為陶瓷基復(fù)合材料。運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)設(shè)計(jì)d葉盤(pán)構(gòu)造可減重30%。最終渦輪前溫度將高達(dá)2200K以上，此時(shí)將承受陶瓷基復(fù)合材料或碳-碳材料。e加力燃燒室2200K計(jì)算，發(fā)動(dòng)機(jī)單位推F10070%-80%，因而發(fā)動(dòng)機(jī)很可能不承受加力燃燒室。f尾噴管將承受固定構(gòu)造的射流掌握全方位矢量噴管。正在爭(zhēng)論中的還有一種帶中間冷卻的偏置核心機(jī)方案，它適用于壓比為50-70的不帶加力作超音速巡航的戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)。B、超音速垂直起落戰(zhàn)斗機(jī)用渦噴/渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)目前，世界上只有兩種亞音速垂直起落戰(zhàn)斗機(jī)在服役，一種是英國(guó)研制的“鷂“式戰(zhàn)斗機(jī)，另一種是前蘇聯(lián)研制的雅克-38。前者裝一臺(tái)有四個(gè)旋轉(zhuǎn)噴管的“飛馬“后者裝一臺(tái)推力為8000daN的АЛ-21不加力渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)，燃?xì)馔ㄟ^(guò)可轉(zhuǎn)向的噴3500daNРД-36-35升力發(fā)動(dòng)機(jī)供給升力。自60/短距起落戰(zhàn)斗機(jī)動(dòng)力裝置的爭(zhēng)論工作始終在進(jìn)展之中，但規(guī)模較小。近來(lái)，隨著美、英兩國(guó)政府公布聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)〔JSF〕/垂直著陸飛機(jī)集中到洛克希德&馬丁公司方案&惠公司的F119-PW-100的改型為主推動(dòng)&馬丁公司的方案是主發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)軸系驅(qū)動(dòng)置于座艙后的對(duì)轉(zhuǎn)8000daN60°20°，向左和向右各8°兩個(gè)偏航掌握噴管。機(jī)翼兩側(cè)還設(shè)有橫滾操縱噴管。F120F119F1191年JSF2023-2023年開(kāi)頭。2、運(yùn)輸機(jī)用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)推動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)展是過(guò)去40年中亞音速運(yùn)輸機(jī)性能改進(jìn)的主要因素。渦輪風(fēng)機(jī)60%?！?〕現(xiàn)役和研制中的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)20230daN以上，10000-20230daN和10000daN以下三類(lèi)分別說(shuō)明現(xiàn)役和研制中的發(fā)動(dòng)機(jī)。A、20230daN以上的發(fā)動(dòng)機(jī)70年月初，第一代大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)JT9D、CF6RB211投入使用以來(lái)，開(kāi)創(chuàng)了大型寬體噴氣客機(jī)的時(shí)代，其耗油率比第一代民用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)降低20%NASA實(shí)施了發(fā)動(dòng)機(jī)部件改進(jìn)〔ECI〕和節(jié)能發(fā)動(dòng)機(jī)〔EEE〕打算，目標(biāo)分別是降低耗油率5%和12%。在80年月初這些打算完成時(shí)，其成果用于發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)改型和型號(hào)研制，如普&惠公司研制PW4000以取代JT9D。90年月初，為滿(mǎn)足雙發(fā)遠(yuǎn)程寬體客機(jī)B777的需要，普&惠公司、羅&羅公司和32023daNPW8084800GE90，前兩種為改型，GE901995B777上投入使都較高；輕重量的寬弦無(wú)凸肩風(fēng)扇葉片設(shè)計(jì)，其中GE90承受全復(fù)合材料；高效中、低壓渦輪；長(zhǎng)壽命零件，如遄達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷端零件壽命達(dá)40000-70000h，熱20230-40000h等。B、10000-20230daN的發(fā)動(dòng)機(jī)在70年月初期和中期，CFM國(guó)際公司〔CFMI〕和國(guó)際航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司〔IAE〕為滿(mǎn)足一代130-150座級(jí)客機(jī)的需要，先后開(kāi)頭研制CFM56和V2500渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，起始推力為11000daN，并先后于1979年和1988年取得適航證。其后，通過(guò)不斷改進(jìn)改型，提高性能，擴(kuò)大用途，推力提高到15000daN左右，可用于150-250座級(jí)的客機(jī)。此外，羅&羅公司和普&惠公司又分別研制RB211-535和PW2023 系列發(fā)動(dòng)機(jī)，于1983 年和1984 年投入使用。它們的推力為16000-19000daN，主要用于B757客機(jī)。最近，普&惠公司開(kāi)頭研制PW8000齒輪傳動(dòng)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，推力為11000-16000daN，涵道比11，耗油率降低9%，使用費(fèi)用和修理費(fèi)用分別降低10%和30%。它將為21世紀(jì)初的120-180座級(jí)飛機(jī)供給動(dòng)力。C、10000daN以下的發(fā)動(dòng)機(jī)這里主要介紹用于一代100-130/羅&羅公司、CFM國(guó)際公司和普&惠公司正在研制6000-10000daNBR715、CFM56-9PW6000大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，估量可在本世紀(jì)末投入使用?！?〕21世紀(jì)的運(yùn)輸機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)A、亞音速運(yùn)輸機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)21世紀(jì)亞音速運(yùn)輸機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)將向兩個(gè)方向進(jìn)展；一是承受超大涵道比循環(huán)，旨在提高推動(dòng)效率；二是高循環(huán)參數(shù)核心機(jī)，旨在提高熱效率。估量與90年月中期2023年投入使用的發(fā)動(dòng)機(jī)將使油耗降低15-20%，飛機(jī)直接使用〔DOC〕降低8-10%，而到2023年投入使用的發(fā)動(dòng)機(jī)將使油耗降低30%，DOC12-15%。壓氣機(jī)出口級(jí)葉片過(guò)短引起的問(wèn)題，其根本概念與前述21世紀(jì)戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的偏置核心機(jī)方案類(lèi)似，但無(wú)中間冷卻。B、超音速和超群音速運(yùn)輸機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)估量其次代超音速運(yùn)輸機(jī)將于2023-2023M2.0-2.5的200-300變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)以及混合流和變循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。其循環(huán)參數(shù)為總壓比20-25，起飛時(shí)渦輪前溫度1870-1920K。推動(dòng)系統(tǒng)面臨的主要難題是價(jià)格、油耗、噪聲和污染機(jī)爭(zhēng)論推動(dòng)技術(shù)。這是一種渦輪-沖壓組合發(fā)動(dòng)機(jī)，前者工作到M3，后者在2.5-54450daN199612月在通用電M2.5。渦輪-沖壓組合發(fā)動(dòng)1998年試驗(yàn)。機(jī)中氣流軸向速度均超音速的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)可使渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的飛行速度上限從M3M5。目前，壓比為2.45的超音速通流風(fēng)扇已經(jīng)進(jìn)展了試驗(yàn)，但要付諸有用還有很多工作要做。3、軍民用渦噴/渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)通用技術(shù) 氣動(dòng)熱力學(xué)和構(gòu)造強(qiáng)度的進(jìn)展、氣動(dòng)熱力學(xué)A、內(nèi)流計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)學(xué)已經(jīng)列入美國(guó)國(guó)防部關(guān)鍵技術(shù)打算。70年月，設(shè)計(jì)燃燒室?guī)缀跞俊霸嚋悺胺ā?0年月在燃燒室內(nèi)過(guò)程的?；矫嬉呀?jīng)取得重要進(jìn)展。簡(jiǎn)單的三維紊流兩相流2023年，能夠進(jìn)展帶化學(xué)反響和紊流模型的穩(wěn)態(tài)計(jì)算。隨著內(nèi)流計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的進(jìn)展，4-52--3年。B、壓氣機(jī)〔風(fēng)扇〕將來(lái)壓氣機(jī)〔風(fēng)扇〕設(shè)計(jì)是連續(xù)提高流通力量、葉尖切線(xiàn)速度和平均級(jí)負(fù)荷。提其方法是減小輪轂比〔d〕和提高氣流軸向馬赫數(shù)〔Ma。目前，風(fēng)扇設(shè)計(jì)中承受d0.34，Ma0.6310.310.65-0.67。提高葉尖切410m/s450m/s，目前試驗(yàn)爭(zhēng)論中的葉尖切線(xiàn)速度已達(dá)550-600m/s。通過(guò)三維氣動(dòng)設(shè)計(jì)又可使集中因子提高0.07。高通流、高級(jí)壓比壓氣2.0-2.5，壓氣機(jī)級(jí)1.5-1.6。問(wèn)題。C、燃燒室對(duì)于戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，總壓比今后將提高到50-70，燃燒室進(jìn)口溫度和壓力將810800K1100K1350-1450K。在的燃燒效率和均勻的溫度分布，如F120的燃燒室就承受這種方案。F119發(fā)動(dòng)機(jī)頭部回流構(gòu)造，如EJ200發(fā)動(dòng)機(jī)。正在爭(zhēng)論中的一種多旋流器頭部方案，其頭部Lamilloy多孔和碳-碳復(fù)合材料正被試驗(yàn)用作火焰筒材料。亞音速運(yùn)輸機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的NOX排放指數(shù)為30g/kg樣，將來(lái)亞音速和超音速運(yùn)輸機(jī)的NOX排放將到達(dá)30-40g/kg燃油。爭(zhēng)論中的NOX排放指標(biāo)為3-8g/kg燃油，有期望的低污染燃燒室方案為貧油預(yù)混/預(yù)蒸發(fā)和富油燃燒/快速摻混/貧油燃燒。這種燃燒室將實(shí)行某種變幾何措施。D、渦輪101850-1950K，且高、低壓渦輪均為單級(jí)。冷500-600KLamilloy材料制的“超級(jí)冷卻“渦輪30%-40%冷卻空氣，帶這種葉片的整體葉盤(pán)已通過(guò)核心機(jī)試驗(yàn)，渦輪重量亦可減輕25%-30%。再進(jìn)一步提高溫度到2200K以上則需承受陶瓷復(fù)合材料或碳-碳復(fù)合材料。美國(guó)兩家-1922K20%。時(shí)主動(dòng)間隙掌握技術(shù)。、構(gòu)造強(qiáng)度A、構(gòu)造設(shè)計(jì)高性能。在研制和爭(zhēng)論中的主要有：aSCS-6纖維加強(qiáng)的鈦金屬基風(fēng)扇葉片已經(jīng)進(jìn)展片承受超塑成形/14%。b整體葉盤(pán)在F119、EJ200800上，風(fēng)扇、壓氣機(jī)或渦輪將承受整體葉30%接工藝，渦輪葉盤(pán)則承受“鍛接“工藝。c無(wú)盤(pán)轉(zhuǎn)子〔或稱(chēng)整體葉環(huán)〕主要用于壓縮系統(tǒng)。由于承受復(fù)合材料，葉片重量減輕，可以直接固定在承力環(huán)上，從而取消了輪盤(pán)，使重量減輕70%。一種43和第4級(jí)為鈦合金基復(fù)合材料整體20%。d4%-6EJ200和生產(chǎn)型F119以及民用發(fā)動(dòng)機(jī)PW4084和都承受這種封嚴(yán)方式。e骨架式構(gòu)造它是一種承受金屬基復(fù)合材料、具有很高比剛度和比強(qiáng)度的主傳和一些承力靜止構(gòu)造已經(jīng)進(jìn)展了初步試驗(yàn)。B、構(gòu)造強(qiáng)度爭(zhēng)論a概率分析法爭(zhēng)論說(shuō)明，在隨機(jī)負(fù)荷下的概率分析方法比確定性的方法更為牢靠分析法應(yīng)用于全尺寸構(gòu)造件，如渦輪葉片和輪盤(pán)。b構(gòu)造動(dòng)力學(xué)在氣動(dòng)彈性方面，正用分析和試驗(yàn)的方法確定推動(dòng)系統(tǒng)的性能極限。到2023年，對(duì)葉片頻率的分析準(zhǔn)確度可小于5%。利用“錯(cuò)頻“技術(shù)和阻尼材料和構(gòu)造，可使葉輪機(jī)的顫振速度增加10%，或使強(qiáng)迫振動(dòng)量級(jí)降低50%。在掌握振動(dòng)方面正在爭(zhēng)論減小發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)的主動(dòng)掌握技術(shù)和相應(yīng)的高速電子控制c復(fù)合材料微觀力學(xué)金屬基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料的力學(xué)性能和構(gòu)造完整〔即纖維和基體〕的局部特性打算的，因此，在分析和設(shè)計(jì)型、復(fù)合材料力學(xué)和總體有限元構(gòu)造分析方法來(lái)解決。d熱端技術(shù)〔HOST〕NASA80年月完成的一項(xiàng)發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部的耐久性和牢靠性。e發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造仿真器進(jìn)