国外风扇／压气机掠形叶片技术的发展

介绍了GE、PW、RR和CFMI等公司风扇/压气机掠形叶片技术的开发和最新进展,论述和比较了前掠叶片和后掠叶片在效率和失速裕度方面的特点。     

边界层吸入跨声速复合掠型风扇气动性能研究

针对边界层吸入条件下的跨声速风扇设计问题,提出了一种掠型叶片的设计方法,分析了三种前缘掠角分布对风扇气动性能的影响,并在边界层吸入情况下对比了复合掠型风扇和原型风扇的气动性能和流动特征,探讨了叶片通过低压畸变区过程中的流场变化。研究结果表明,均匀来流时复合掠型风扇没有改变原型风扇堵塞流量,但稳定裕度提高了7.1%;边界层吸入20%进口高度时,复合掠型风扇峰值效率比均匀来流时降低了1.8%;比Rotor67风扇能够在更低的流量工况下承受同等的来流参数畸变流场。在叶片通过畸变区域过程中,退出畸变流场时更容易触发旋转失速。     

IHPTET计划中第三阶段JTDE的技术进展

美国IHPTET(高性能涡轮发动机综合技术 )计划中第三阶段JTDE(联合技术验证发动机 )的技术进展主要如下 :1　GE公司 /AADC公司将通过XTE77验证机验证先进风扇、低压涡轮以及加力燃烧室技术 ,以便给用于F 35JSF的F136发动机提供更大的工作裕度、更高的安全性和未来的增长能力。2　先进风扇、低压涡轮和加力燃烧室技术已用在P&W公司的XTE6 7验证机上。XTC6 7核心机利用这些低压转子技术 ,将有助于第三阶段目标的验证 ,给F135发动机提供更大的工作裕度、更高的安全性和未来能力的增长。3　中等展弦比风扇具有线性摩擦焊、前掠叶片…     

GE公司准备试验增强型F414

GE公司准备研制增强型F414发动机,并正在为该发动机研究新技术,包括新的2级前掠整体叶盘风扇、6级高压压气机和高压涡轮,这些新的部件技术将使发动机的推力提高20%     

GE公司分三阶段改进F110和F414发动机

GE公司计划试验一种改进性能的风扇,该风扇能使F110-100发动机的耐久性提高30%.这种新的3级整体式叶盘结构的风扇是以为F118发动机研究的提高效率的宽弦风扇技术为基础的.新风扇于9月份安装在F110-129改进性能发动机上在GE公司位于埃文代尔的设备上进行试验.如果试验获得成功,则新风扇将在1998年开始装到现有F110-129发动机上.据F110项目经理格里斯沃尔德说,当F110的风扇部件即将达到它的循环寿命时,它将由新的风扇     

某高负荷前掠双级风扇设计与掠形机理研究

介绍了某高负荷双级前掠风扇的设计方法和设计结果.为改善风扇性能, 采用了转子叶尖和静子叶根适度前掠的设计方法.在此设计基础上对前掠和后掠两个单级的三维数值解进行对比研究, 认为前掠、后掠所得风扇效率的差别很小, 转子通道在三维相对运动中不存在旋向相反的流动形态;前掠明显提高失速裕度的主要原因是转子通道激波曲面按其自身结构的需要而展向发展, 它的展向构形和流向平衡位置不完全随叶片前缘形状改变, 因此前掠增大了激波与前缘的相对距离.      

掠形叶片

据报道,R·R公司最近设计了一台“复合”掠形叶片的风扇。该风扇叶片设计与美国GE公司和P&W公司的有些不同。它采用形同短弯刀曲率(先后掠,叶尖处再前掠)的前缘设计,使进入发动机的气流沿叶片展向平稳地减速,而不是突然地减速,在叶尖处转变为超音速。激波是分级的,不会对准叶尖,从而减少叶片损失,提高了效率。该叶片采用R·R公司成熟的超塑成形/扩散焊接的宽弦空心叶片结构,大大减轻了重量,同时增强了抗鸟撞能力。预计该     

小展弦比带掠风扇转子叶片的耦合颤振

从结构力学出发,对某发动机整体叶盘进行了盘片耦合振动特性分析,通过分析小展弦比带掠风扇转子叶片的共振转速、耦合颤振和失速颤振,发现了该小展弦比带掠风扇转子叶片存在2阶与3阶动频与静频振型发生变化的特殊现象,揭示了该小展弦比带掠风扇转子叶片为另一种耦合颤振的问题.通过对该小展弦比带掠风扇转子叶片的结构调整,找出了叶片前掠是该叶片发生此类特殊现象的重要影响因素,适当压缩该叶片的前掠后,从设计上避免了发生颤振的可能,提出叶片各阶频率的分离度需满足10％的设计要求.      

高性能前掠三级轴流风扇的设计与试验研究

本文介绍了一台高性能前掠叶型三级轴流风扇的设计与试验研究.该风扇以某涡扇发动机为验证平台,全新设计一台三级风扇代替该发动机原四级风扇,并提高性能.新设计的输入条件为:保持原四级风扇的进出口几何尺寸、总压比、转速和喘振裕度,效率不低于原四级风扇试验值.设计中采用了叶片掠型设计、叶片三维成型技术和三维气动设计分析等先进技术.试验结果表明,新设计的三级风扇流量增加了8%,效率提高了3.5%,超过了设计指标.该新三级风扇串装于某发动机顺利完成地面试车,其不加力最大推力增加464daN,超过了原计划增加200daN的指标.     

旋转畸变条件下新型机匣处理扩稳效果试验

开展了一种新型机匣处理扩大轴流风扇/压气机稳定裕度的试验研究。在低速风扇试验台上模拟旋转进气畸变,分析此种畸变进气条件对压气机工作性能造成的影响,并且考察一种新型机匣处理的扩稳效果。旋转进气畸变下,压升-流量特性曲线失速边界向右下偏移,压气机失速裕度明显降低。新型机匣处理在旋转进气畸变条件下对风扇/压气机有显著的扩稳效果,较小畸变转速(200,500r/min)情况下,新型机匣处理能提高压气机稳定裕度10%~20%,同时并没有带来明显的效率损失;畸变转速为800r/min情况下,机匣处理的扩稳效果相比并不明显,但可以提高压气机工作效率1%~2%。较大畸变转速情况下,畸变方向不同,机匣处理扩稳效果有所差别:正向畸变时机匣处理提高压气机失速裕度3%~10%,提高效率1%左右;而反向畸变时,失速裕度均提高10%以上,甚至达到20%,但压气机效率损失在1%左右。     

畸变条件下航空发动机喘振/失速适航符合性方法

为研究畸变条件下航空发动机对喘振/失速特性适航条款的符合性验证方法,将用于发动机稳定性评定的畸变试验方法应用于适航领域。以某型大涵道比涡扇发动机为研究对象,采用数值模拟方法研究了其在0°～30°迎角条件下的部件特性,并依据所得畸变图谱设计了不同结构的畸变发生器。结果表明:所设计的畸变发生器可以在一定程度上较好地模拟出不同迎角工况的畸变图谱、风扇的气动特性及流场特征,喘振裕度最大偏差4.32%。总结出发动机喘振裕度与不同迎角和畸变发生器之间的变化关系,用以确定适航条款要求的稳定工作范围。依据中国民用航空规章,发展了一种进气畸变条件下航空发动机喘振/失速特性符合性验证方法,并明确了其在型号合格审定过程的任务阶段。      

涡扇发动机整机环境下风扇部件气动稳定性评定方法

将基于部件匹配技术的涡扇发动机非设计点性能计算模型和基于李亚普诺夫稳定性理论的压缩部件气动稳定性评定模型有机的耦合, 实现了发动机整机环境下的压缩部件气动稳定性评定, 使得该模型成为一种实用的涡扇发动机压缩部件气动稳定性分析模型.以某型涡扇发动机为例, 计算比较了均匀进气和畸变进气时发动机整机环境和单独部件评定时风扇部件稳定工作边界的异同, 从计算结果可以看到, 均匀进气条件下, 在发动机环境下和单独部件环境下所得到的风扇部件稳定工作边界变化不大;而畸变进气条件下, 同样的进口畸变度, 发动机环境下风扇的稳定裕度损失比单独部件下风扇的稳定裕度损失都小, 即在发动机环境下评定风扇稳定性时, 风扇对进气温度畸变不敏感, 而在单独部件环境下评定时, 风扇对进气畸变比较敏感.      

某高负荷跨声双级风扇气动设计与数值模拟

介绍了某变循环发动机的高负荷跨声双级风扇的设计过程和设计结果,详细讨论了设计过程中关键参数的选取,采用基于Szm流面的流线曲率方法和任意叶片造型方法进行了通流设计和叶片造型.为了提高风扇的效率和失速裕度,转子和静子的设计采用了掠形技术.三维数值模拟结果表明,双级风扇的性能参数除绝热效率外,均达到了设计指标的要求,并且在...     

Boeing公司为7E7飞机选定发动机

Boening公司正在研制更高性能、更高效的 7E7飞机。 2 0 0 4年 4月 6日 ,Boeing公司宣布选定美国GE公司的GENX发动机和英国RR公司的TRENT1 0 0 0发动机 ,如图 1 ,2所示 ,而美国PW公司的PW -EXX发动机落选。图 1　GENX发动机图 2　TRENT1 0 0 0发动机　　GE公司的GENX发动机是以GE90 - 1 1 5B发动机为基础 ,并采用减载风扇脱开装置、高抗扭能力的GE1 0 1 4风扇中轴材料和基于GE90 - 1 1 5B的高流量弯掠复合材料风扇 ,推力为 31 1kN ,总压比为4 2 ,涵道比为 9 6。直径为 2 82m的风扇采用先进气动设计的有机物基复合材料的…     

一种基于发动机喘振实时模型的主动稳定性控制方法

提出了涡扇发动机喘振实时模型建立方法,该模型考虑了发动机容腔的容积动力学效应,风扇、压气机的失速区特性,燃烧室的熄火特性,同时建立了发动机进口总温畸变、总压畸变及组合畸变模型;提出了一种基于压力相关度测量的发动机主动稳定性控制技术,通过测量压气机转子叶片尖端区域的压力相关度,得到相关度值穿越阈值的次数,根据穿越阈值次数与喘振裕度值固有的特性关系,得到压气机的喘振裕度,进而通过鲁棒控制方法设计了主动稳定性控制律,并进行了仿真研究,结果表明:相比于常规控制,基于压力相关度测量主动稳定性控制可以实现发动机过渡态过程中压缩系统不进喘,明显提高了发动机过渡态的动态性能.      

进气畸变下航空发动机失速/喘振适航审定方法

航空发动机失速/喘振问题是适航审定的重要内容之一,针对失速/喘振适航审定方法开展研究具有重要的工程价值。根据中国民用航空规章(CCAR)《航空发动机适航规定》中关于航空发动机失速/喘振的基本要求,从进气畸变对发动机失速/喘振裕度的影响角度出发,以平行压气机模型为基础对某型航空发动机通用特性及失速裕度进行预估,计算结果与实验值仅相差不到1.5%;然后采用三维数值方法计算了进气迎角以及畸变范围变化下多种工况的进口畸变流场,对比分析后总结出航空发动机喘振裕度-进气畸变-飞行状态(迎角)三者之间的变化规律,发展了极限飞行姿态的判定方法;最后,结合中国民用航空规章的相关文件,制订了针对航空发动机失速/喘振的适航审定流程。     

GE和普惠再次为A3XX确定GP7267发动机的设计

GE/普惠合资公司正在研究各种易碎的轴承机匣,以作为为研究中的A3XX运输机发动机减轻重量和降低费用的一种方法.支撑该发动机风扇的第一和第二号轴承是这种机匣的可选用的轴承.该轴承机匣将用于当风扇叶片脱开时隔离风扇与发动机的其他结构.     

畸变进气时涡扇发动机整机环境下压缩部件气动稳定性评定

将基于部件匹配技术的涡扇发动机非设计点性能计算模型和基于李亚普诺夫稳定性理论的压缩部件气动稳定性评定模型有机地耦合,实现了发动机整机环境下的压缩部件气动稳定性评定,使得该模型成为一种实用的涡扇发动机压缩部件气动稳定性分析模型。以某型涡扇发动机为例,计算比较了畸变进气时发动机整机环境和单独部件评定时风扇和压气机稳定工作边界的异同,从计算结果可以看到,对于风扇,畸变进气条件下,无论在高转速,还是低转速时,同样的进口畸变度,发动机环境下风扇的稳定裕度损失比单独部件下风扇的稳定裕度损失都小,即在发动机环境下评定风扇稳定性时,风扇对进气温度畸变不敏感,而在单独部件环境下评定时,风扇对进气畸变比较敏感。对于压气机,进口气流存在压力畸变时,采用高压涡轮导向器变化对压气机逼喘过程中,风扇的共同工作线向喘振边界靠近,而进口气流存在温度畸变时,逼喘过程中,风扇的共同工作线基本不变。     

GE90发动机的新压气机

GE公司计划到今年末为GE90发动机完成提高效率的压气机的研究、试飞和取证工作.新压气机将保持原来的气流流路,但采用了三元气动力程序,以便对前10级转子和静子叶片重新构形.GE公司认为他们能够提高压气机效率1.5%～2%和增加排气温度裕度约20℃.这种信心来自A32O客机上所用的CFM56-5BP发动机的经验,因为该发动机设计也采用了三元气动力程序.虽然还没有航空公司要求这些改进,但     

动态信息

某单级后掠风扇性能实验取得良好结果由北京航空航天大学航空发动机国防科技重点实验室与中航总燃气涡轮研究院联合开展的课题—某单级后掠风扇性能实验于1999年5月30日通过验收。验收专家组由中科院工程热物理所徐建中院士任组长,由空军、中航总科技委、发动机局、北航、624所等单位13位专家组成。专家们听取了联合研究组的汇报,并考察了风扇试件的现场高速旋转试验过程。实测的试验结果按航空工业标准对雷诺数效应进行了修正,结果证明,级增压比、级扭矩效率、失速裕度都达到并超过了设计指标。在试验过程中,缩型风扇试件未出现强度故障,振…