原标题：AE100提供的三种发动机总体咘局设计比较 |陈光谈航发85

20世纪90年代,我国开展了AE100支线客机的研制工作,当时普惠公司、CFMI公司和罗·罗 宝马公司分提出了PW6000,CFM56 9和BR715等三型发动机参与为 AE100提供动力的竞争

图1、图2和图3分别示出这三型发动机简图。本文从结构设计中的几个主要问题对这三型发动机做了分析比铰,为当时选用发動机提供参考

图1、PW6000发动机结构图

三型发动机在总体布局即转子支承方案上,在前3个支点(风扇后滚珠轴承①、滚棒轴承②和高压压气机前滚珠轴承③)完全采用了同样的支承方案,3个支点均支承于中介机匣上,但是在4号(高压涡轮处滚棒轴承)与5号(低压涡轮滚棒轴承)支点的布局即支承方式却采用了两种不同的设计。

CFM56-9和 PW6000是将高压涡轮转子通过中介轴承(4号支点)支承于低压转子上,低压涡轮转子后轴通过5号支点支承于后轴承机匣Φ,参见图1和图2

在PW6000中,两个转子的转向相反,而CFM569中,两个转子同向转动。这种支承方案是GE公司在军用发动机中惯用的设计,从 F101开始,到它的衍生型 F110和 F404均采用这种设计

CFM56由于核心机采用了 F101的技术,因此,也沿用了这一设计。 法国 SNECMA与 GE 公司联合研制了CFM56,掌握了这套技术,因而在它的军用发动机 M88 中以及後来提出的民用发动机 CFM88中,均采用了这一方案在这种布局中、发动机的承力机匣和滑油油腔均可少一个,使发动机零件数目减少,发动机长度縮短,带来的好处较多。

但是刚性较好的高压转子支承于刚性相对而言稍差的低压转子上,对转子动力学、中介轴承的润滑封严等会带来些问題,特别是低压转子工作好坏会直接影响高压转子的工作因此要求在三支点低压转子中采用刚性联轴节,这就要求三支点同心度要求高。

另外,中介轴承工作时,由于外环是支承于高压转子上,会使游隙加大,易出现滑蹭现象,这就需要研制时,经过试验分析,确定其最恰当的装配游隙GE公司由于长期在多型发动机上采用这一方案,对此,它们已有丰富的设计、使用经验,因此不会带来什么问题。

但是普惠公司多年以来一直将4号支點置于高压涡轮与高压压气机间的涡轮轴上轴承外环支承于固定于燃烧室的内机匣上,通过燃烧室头部的带叶栅的扩压器将负荷传至燃烧室外机匣上。

该公司的军用发动机F100、民用发动机JT9D、PW2037、PW4000以及它参与研制的 V2500均采用这种方案这种方案使发动机的承力机匣、油腔各多1个,显然,零件数目要多(仅多1个油腔而言,就需两套石密封件以及供、回油管)。另外,高压涡轮是悬臂支承的,对转子动力学不利,叶尖间隙也要相应大些,对性能起到坏的作用;轴承的 DN值也要大些

但是,这种方案中,两个转子分别支承,互不影响,较前者为好。

图3、BR715发动机结构图

PW6000一反普惠公司的传统设計,改用了GE 公司的设计,显然,是为了减少发动机零件数,简化结构而采取的措施这样的大改,势必在研制初期,会带来一些问题,正像普惠公司指责羅·罗公司在波音777发动机采用 ACC(主动间隙控制)技术时说的那样,“ACC对我们(普惠)是成熟的设计,而你罗·罗公司则是头一遭,没有任何经验,会遇到许哆问题”,估计PW6000会在总体方案中遇到一些问题。

BR710对4,5 号支点布局的处理,采用了另外一种设计,即罗·罗公司的传统设计。在这种设计中,高压涡轮后的4号轴承,低压涡轮2级盘前短轴上装的5号轴承均装在位于低压涡轮1级导向器的承力框架的支座上 这种布局用在 RB21l各系列(22B、535E4和524),遄达800,BR199,EJ200等多型发動机上,它最大的特点是避免了普惠公司的承力机匣、油腔多,高压涡轮悬臂支承与 GE公司两转子会相互影响的缺点。

但是,由于承力框架的承力構件要由导向叶片芯部穿过,导向器叶片要做作弦长大,厚度大(以 535E4为例,低压涡轮1导的弦长约为高压涡轮导向叶片弦长的3.2倍),使发动机长度较长,涡輪气动损失略有上升

综上所述,如我方能参与设计、研制工作,由总体布局看,采用 BR715为好,因为它的发展,遇到的困难相对要少。