罗罗下一代发动机的设计理念

罗罗公司在Advance和Ultra Fan计划中提出了很多新的设计理念，包括改变发动机的三转子结构和应用复合材料风扇系统。     

开式转子发动机面临的竞争

罗罗公司针对下一代150座级飞机发动机的竞争，提出了不同于传统涡扇布局发动机的两种新方案“推进式”和“拉动式”的开式转子。目前，罗罗公司正在为究竟应该采用哪种结构更为合理而开展研究。作为罗罗在开式转子领域的竞争对手，GE和斯奈克玛公司也在紧锣密鼓地推进研制工作。     

罗罗公司的“选项”

在150座级飞机发动机的开发上罗罗公司曾一度让业界感到迷茫。不过在刚结束的2008年范堡罗航展之前，罗罗公司终于在“主场”宣布了他们的“选项15-50”（Option15-50）解决方案。实际上，“选项15—50”是一个以两轴和三轴发动机设计以及开式转子等一系列先进技术为基础的综合研发项目，旨在帮助下一代飞机产品的燃油效率提高15％，甚至50％。     

罗罗齿轮传动开式转子发动机试验进展

本文介绍了罗罗公司齿轮传动开式转子发动机的研制计划和项目进展情况,同时分析了开式转子发动机的优缺点以及市场前景。     

开式转子发动机研制与进展

本文综述了国外开式转子发动机所经历的热一冷一热的研制过程,并详细论述了CFM国际公司、GE、斯奈克玛和罗罗公司开式转子发动机研制的最新进展。     

开式转子发动机齿轮传动系统设计技术研究

等速对转行星齿轮传动系统是对转风扇开式转子发动机的关键技术。与齿轮驱动单级风扇(GTF)发动机的行星齿轮传动系统相比较,该系统的结构更为复杂,工作条件更恶劣。本文以对转风扇开式转子发动机齿轮传动系统概念设计为基础,开展了行星齿轮传动系统初步设计、齿轮疲劳强度分析、行星轴承寿命分析和传动系统润滑设计技术研究,为开式转子发动机的发展提供参考。     

罗罗推出新公务发动机效率提高5%

正据greencarcongress网站5月7日报道,罗罗公司正式推出Pearl10X发动机。罗罗公司表示,该发动机已经过优化,专门为达索公司的新型豪华公务机"猎鹰"10X提供动力。Pearl 10X发动机采用罗罗公司最新的Advance2发动机核心机,这是整个公务航空动力领域中效率最高的核心机,     

基于真实数据反演的风扇转子本机平衡方法

针对风扇转子相位监测困难、振动传递路径复杂、不同机台动力学特性差异性大、动平衡效率低等现象,提出一种基于模型和真实动平衡数据反演的风扇转子本机平衡方法。首先,通过分解风扇转子振动传递路径,构建数据反演模型和确定反演特征参数;其次,利用真实动平衡数据反演出匹配各机台的关键特征参数K_cs(机匣到支点1动刚度);最后,基于反演理论建立多转速下机匣振动响应、特征参数K_cs和转子不平衡量的线性矩阵方程,实现转子不平衡量逆运算。本方法经风扇转子现场动平衡验证,可在给定的转速范围内实现100%振动抑制,抑振比达43%～68%,动平衡效率大大提高。     

前缘侵蚀对风扇转子叶片气动特性的影响机理

以某小型大涵道比涡扇发动机风扇转子作为研究目标,数值模拟了航空发动机风扇转子叶片在航线运行过程中受到侵蚀效应后的气动特性衰变情况,为后续的精细化维修奠定理论基础。风扇转子叶片侵蚀后,叶片前缘将逐步蜕变为钝头叶型并且伴随有明显的表面粗糙度。为了简化研究,假设侵蚀后的转子叶片前缘粗糙度均匀分布,分别计算了前缘粗糙度为120 μm、250 μm两种前缘侵蚀程度下的风扇转子特性。研究结果表明,风扇转子峰值效率相比于原型叶片依次下降了1.63%和2.39%。当前缘粗糙度为250 μm时,风扇转子叶片吸力面前缘近壁面极限流线有分离迹线产生,出口平均马赫数下降2.03%。     

基于叶尖定时技术的非接触式叶片叶尖扭转角测试及应用

为了验证风扇转子叶片反扭设计的准确性及获取不同气动状态、不同转速条件下叶片扭转变形情况,建立叶片扭转应用理论模型,开发了基于叶尖定时技术的非接触式叶片叶尖扭转角测试技术,在发动机风扇转子叶片上开展了旋转状态下的叶片叶尖扭转角测试和仿真计算。结果表明：叶片叶尖扭转角变形理论计算值为1.5°,实测值为1.4°;采用统计分析方法计算稳态转速风扇转子叶片所有叶片叶尖扭转角最大标准偏差为0.1°,是因加工误差、装配误差、气流扰动和振动因素导致的;单个叶片叶尖扭转角最大标准偏差为0.01°,是因气流扰动和振动因素影响所导致的。该项测试技术成功地验证了叶型反扭设计,稳态转速风扇转子单个叶片叶尖扭转角小于所有叶片叶尖扭转角的离散度。     

齿轮传动风扇发动机将用于宽体飞机

齿轮传动风扇（GTF）可提高发动机的涵道比,降低油耗并减少污染排放,普惠公司和罗罗公司均已将其列入未来民机发动机的发展路线图。预计到2025年,采用GTF发动机的民用宽体客机有可能问世。     

航空发动机转子静、偶不平衡量控制方法研究

针对航空发动机转子静、偶不平衡量控制方法开展研究,基于坐标变换原理,以转子不同心度满足设计要求为约束条件,以转子静、偶不平衡量线性加权和最小为优化目标,提出了一种转子不同心度与不平衡量的计算方法,应用该方法对某型发动机的风扇转子进行了分析,表明该工艺方法能够明显改善转子不平衡量,达到控制转子静、偶不平衡量的目的。     

试配平法在发动机风扇转子配平中的应用

一些早期飞机没有装载配平软件，发动机现场配平困难，通过采取在发动机现场用试配平法的基本原理、操作步骤，配重大小和方向的计算方法，及在发动机风扇转子配平中的具体应用，证明了试配平法在发动机风扇转子配平中的应用是可行的、有效的，保证了发动机的正常使用和飞机的飞行安全。     

预应力对风扇转子叶片振动特性的影响

为研究离心载荷和气动载荷作用对风扇转子叶片振动特性的影响,在考虑预应力的状态下对大尺寸航空发动机风扇转子叶片的振动特性进行了研究。分别考虑几何小变形和大变形条件对预应力的影响,计算并对比分析了不同转速下风扇转子叶片的频率和振型。与叶片实测频率对比表明,考虑大变形条件计算的叶片频率更接近实测频率(仅相差1.82%),小变形条件计算的叶片频率与实测值最大相差6.88%,扭转振型所对应的频率值差别尤其明显。说明小变形条件分析大尺寸风扇叶片所产生的误差不可忽略,大变形条件下的模态分析更精确。     

风扇转子动特性试验与分析

转子不平衡是引起发动机振动的主要原因。针对风扇转子工艺状态平衡良好,但工作状态不平衡量较大所引起振动偏大的现象,对其变化规律及影响因素开展转子动特性试验。采用卧式转子试验器测量风扇转子在工作转速范围内各截面的振动响应,利用三圆法测算出转子动不平衡量在高、低转速间存在的明显差异,主要是套齿连接结构刚度变化及叶片工作状态差异引起。通过窄带跟踪滤波提取出转子在各典型转速下基波弹性线,发现风扇转子本身未发生较大挠曲变形,为准刚体状态。其相位测试结果表明:风扇转子与多功能轴间存在明显的非同步振动规律。     

风扇转子箍环与机匣间容腔的全三维数值模拟

转子箍环结构能减小风扇尖部振动,但引入箍环结构后形成的尖部泄漏流会影响高负荷风扇的气动性能。首次利用全三维数值模拟方法,研究了转子箍环结构对风扇性能的影响。模拟过程中,采用多块网格技术,生成转子箍环与机匣间容腔复杂几何结构的网格。结果显示:泄漏流对转子尖部流动及总性能参数影响很大;优化的转子机匣容腔结构可有效减少泄漏流,改善转子尖部流动,提高总性能参数。     

跨声速风扇转子叶尖小翼设计与扩稳机理研究

为了揭示叶尖小翼对跨声速风扇转子气动性能的影响机理,采用数值模拟方法研究了跨声速风扇转子NASA Rotor 67附加不同叶尖小翼的气动特性,并在分析不同叶顶间隙时风扇转子失稳机制的基础上探究了叶尖小翼的扩稳机理。研究结果表明:最大宽度的压力面小翼在小间隙、设计间隙和大间隙情况下分别使风扇转子失速裕度提高32%,33.6%和70.6%。小间隙时,转子叶尖泄漏涡和叶片吸力面附面层分离是影响风扇转子失稳的关键因素,设计间隙和大间隙时,叶尖泄漏涡导致的大面积阻塞区是影响风扇转子失稳的关键。三种不同叶顶间隙情况下,压力面小翼的扩稳机制均在于有效降低了转子叶尖泄漏涡强度,减弱了叶尖泄漏涡导致的低轴向速度区流体的阻塞程度。     

提高跨声速风扇转子气动负荷系数途径

回顾了跨声速风扇/压气机转子气动负荷的研究历程,并对基准风扇转子和两个方案转子进行了三维流场分析。通过对195个研究方案的对比研究,目前阶段数值模拟的结果中风扇转子气动负荷系数达到0.65。在来流条件相同的情况下:合理组织激波结构可以大幅提高叶尖气动负荷;叶根大转角设计是提高根区气动负荷的可行途径;静子跨声速来流是高气动负荷跨声速风扇/压气机的必然结果。     

宽弦空心风扇转子叶片鸟撞损伤数值仿真

为解决航空发动机宽弦空心风扇转子叶片抗鸟撞设计问题,对宽弦空心风扇转子叶片鸟撞损伤进行了数值仿真。采用光滑质点流体动力学（SPH）算法建立鸟体模型,采用J-C本构模型和失效模型定义材料冲击下动态性能,建立旋转状态下叶片鸟撞数值仿真方法,经过试验验证能够较准确预测叶片损伤。开展相同条件下鸟撞击宽弦空心和实心风扇转子叶片仿真,对比鸟撞击叶片过程、撞击时叶片叶尖最大轴向和径向变形、撞击后叶片永久变形,研究被鸟撞击后空心叶片相比实心叶片的损伤特征。结果表明：空心和实心叶片鸟撞击过程相同;空心叶片被鸟撞击后叶尖轴向和径向变形更小;空心叶片被鸟撞击后前缘卷边变形更严重,对风扇气动性能和稳定性影响更大;在结构设计时应适当增加前缘空心区域局部刚度,或者适当增大前缘实心区域范围,用于提高空心叶片的抗鸟撞能力。     

风扇/增压级转子平衡转速计算模型的构建与应用

针对航空发动机风扇/增压级转子平衡工艺规划过程中平衡转速设定的问题,通过考虑叶片榫槽间隙、平衡设备性能和 转子气动扭矩等因素,构建风扇/增压级转子平衡转速计算模型。将某型发动机风扇/增压级转子的结构及性能参数带入模型,计 算得到转子的平衡转速,并与国外相似型号转子的平衡转速进行了比较。结果表明：通过模型计算得到的转子平衡转速为685 r/ min,与国外相似型号转子的平衡转速基本一致,并且满足该型风扇/增压级转子的实际平衡需求。该平衡转速计算模型已经成功 应用到风扇/增压级转子平衡的设计和工艺文件中,提升了风扇/增压级转子平衡工艺的正向设计能力。