罗罗公司原有的发展计划,初期的遄达家族有三个系列:遄达600、 遄达700和遄达800三个系列的核心机部分基本相同遄达600、 遄达700 和遄达800分别是为用于麦道MD-11、 波音767-400ER、空客A330和波音777等客机要求而研制,每个型号中又有若干个推力级别不同的二级序列发动机,例如遄达600中有665、668遄达700中有768、772遄达800中有871、882等。
二级序列发动机的编号中的第一位表示其所属的系列,如“6”为遄达600,“7”为遄达700等;编号中的后两为数字表示其推力为该两位数 ×103lbf(磅力)如遄达665,其推力为65000lbf。
遄达700是遄达家族系列中的最初三个系列之一,是罗罗公司遄达发动机家族中的第二个成员,在遄达600系列发动机项目终止后成为遄达发动机家族中投入商业运营的第一个成员,是罗罗公司产出的高效低噪航空发动机。
遄达700于1992年7月第一次台架试车于1994年1月取证1995年3月投入商业运营遄达700目前有以下二级序列发动机:
遄达768推力为300kN(67500lbf);
遄达772推力为316kN(71100lbf);
遄达772B推力为316kN(71100lbf);
遄达700用于驱动空中客车的A300-200和A330-300飞机;并占有超过40%的A330市场。推力为300.6~316kN(67200~71100lbf)。
遄达700的技术特点概述:遄达700也是在RB211-524G基础上发展而来,与RB211-524G/H相比,遄达700的涵道比由4.78增大到5.24,提高了推进效率, 使耗油率降低1.3%;总压比由27.8 提高到32.9,提高了热效率,也使耗油率降低13%;加上部件效率的提高,最终,使遄达700的耗油率比RB211-524G/H的低4.8%左右。
遄达700引入了第三代宽弦风扇、发动机全权限数字式电子控制 (FADEC)系统、三维气动设计和其他众多创新设计。
新的单元体化设计高压系统使发动机的性能更加优越,寿命更长。
遄达700的涵道比达5.0,具有1级风扇、8级中压压气机、6级高压压气机、1级高压涡轮、1级中压涡轮和4级低压涡轮(1)。
目前遄达700系列发动机中有4个型号,即遄达768遄达,770遄达,,772与遄达775,它们的结构完全一样,只是推力稍有不同而已。
图1:遄达700航空发动机剖视图
遄达700发动机的设计特点
(1) 三转子结构同遄达600
另外,转子长度相对短,刚性好,有利于性能保持。
(2) 风扇叶片
RB211-535E4与RB211-524G/H发动机的风扇叶片采用了无凸肩、宽弦与带蜂窝芯部的夹层结构设计,具有气动损失小、效率高、流通能力大、重量轻、 抗外物打击能力强、外来物进入核心机少、以及抗振和抗颤振性能高等特点。
遄达700发动机的风扇叶片继承了这种叶片的结构设计思想,并做了较大的改进,其芯部从叶尖到叶根采用了钛合金板料做的整体的三角形框架结构,取代了原来采用的钛合金蜂窝结构。
遄达700发动机风扇叶片的叶根与遄达600发动机相同,采用了圆弧形榫根。
(3) 凯芙拉 (Kevlar) 包容环
遄达700发动机风扇的包容环采用了类似RB211-535E4的结构,但做了改进。在铝合金的环形壳体上缠绕多层用凯芙拉材料织成的条带,然后用环氧树脂包覆。
为了减轻铝合金壳体的重量而又使其具有一定的刚性,壳体上纵横交错地铣出多道凹槽,形成具有格栅的薄机匣,称之为 “等格栅铝环”。这种新的包容环既有较好的刚性,又具有足够的韧性,其重量比RB211-535E4的包容环要轻35% 比RB211-22B用钢做的包容环要轻55%。
(4) 中压压气机
与RB211-524G/H相比,遄达700发动机中压压气机做了以下修改:
(a) 加大了气流量;
(b) 增加了1级以减小级载荷,提高效率;
(c) 采用了三排可调静子叶片。
整个中压压气机转子用钛合金焊为一体;后2级工作叶片采用了正交设计,即叶片做成与气流方向垂直,但与轮盘间有一夹角,以提高效率 。
所有工作叶片和前3排可调静子叶片用钛合金制造,3~7级静子叶片用钢制造,第8级静子叶片用Incol718镍基高温合金制造。
图2、遄达700中压压气机后2级正交叶片
(5) 高压压气机
高压压气机转子用IMI834高温合金焊接成一整体,成为全钛转子,这是遄达700发动机中很有特色的设计。全钛转子是指盘和鼓环采用钛合金,但装在上面的工作叶片并非全是钛合金的。如在遄达700发动机高压压气机转子上,1~3级工作叶片用钛合金制成,4~6 级工作叶片用Incol718镍基高温合金制成。
高压压气机转子采用全钛转子可减轻发动机的重量。遄达700发动机高压压气机转子后3级的外环采用了低膨胀系数的Incol718钛合金制成。在静子叶片与外环间嵌有热容量较大的隔热材料衬环,以控制机匣温度,提高被动间隙控制能力,使叶尖间隙在工况瞬变中变化不大。这种被动间隙控制技术在所有遄达系列发动机中得到了应用。
(6) 燃烧室
遄达700发动机的燃烧室为低排污设计,属于罗罗公司研发的第五阶段燃烧室
(Phase 5 Combustor)如图3所示。所采用的主要减排措施为:减小火焰筒总的面积30%,而加大头部主燃烧区容积32%。前者可降低氮氧化物 (NOx)排放量 后者可提高在10000米高空中的重新点火性能。
采用了24个简单的气动雾化喷嘴以改进油/气的混合效果并降低发烟量.
(7) 高压涡轮
遄达700发动机的高压涡轮的导向器叶片与工作叶片基本形式与RB211-524G/H的相同,但做了较大改进:
图3、罗罗公司研发的第五阶段燃烧室
(a) 工作叶片的材料由定向结晶的MAR M002改为单晶的CMSX-4,提高了抗蠕变的性能,且抗腐蚀性与抗氧化性的能力均有提高,材料承受高温的能力约提高80℃
(b) 叶片冷却通道做了进一步改进提高了冷却效果 (如图4所示),如以RB211-524G/H涡轮工作叶片的冷却效果为基数,RB211-524G/H的提高了75℃ 遄达700的则提高了120℃。
(c) 叶片的表面渗以铂铝涂层。
采用上述改进后,可减小冷却空气量,耗油率可降低0.3%,同时可以延长其使用寿命。
在涡轮前燃气温度的选择上,遄达系列发动机继承了RB211系列发动机的传统,即留有较大的裕度,使涡轮工作于较低的温度下,可为下游部件的选材和设计带来了更大的裕度和选择余地,并可大大提高所有下游部件的使用寿命 ,从而延长了发动机的寿命、降低了维护费用。
(8) 中、低压涡轮
遄达700发动机的中压涡轮为单级,工作叶片是按可控涡变功量设计,效率较高;与RB211-524G/H不同的是,流道内径未变,但外径向外扩张得较大。工作叶片采用了CMSX-4单晶材料铸成,无冷却。导向器叶片是按三维气动复合倾斜设计,用MAR M002定向结晶材料铸成空心,通以冷却空气进行冷却。
遄达700发动机的4级低压涡轮均按三维气动设计以提高效率,叶片也采用正交设计。由于气流通道是向内、外扩张的,因此叶片沿叶高有明显的弯曲外形。
图4、 遄达700 高压涡轮工作叶片
(9) 整体式喷管
与其他高涵道比大推力涡扇发动机不同,遄达700发动机采用了整体式喷管 ,即外涵气流通过掺混器流入内涵,与内涵气流混合后再喷出发动机。采用这种喷管后,能降低发动机的耗油率与噪声,并可增大开反推器时的反推推力。
(10) 燃油调节器与噪声
遄达700发动机的燃油调节器是在RB211-524G/H的基础上,吸收了军用发动机的经验和V2500可调静叶作动筒及放气阀操纵等的使用经验而发展的,为罗罗公司的第三代FADEC系统。
遄达700发动机在设计中采取了多种在其他发动机中应用有效的降噪措施,同时,采用了整体式喷管,在全长的外涵管道内装有吸声衬套等,使其噪声值比FAR (美国联邦航空条例)36部第3 阶段要求的极限值低10~12dB装遄达700的A330飞机能满足伦敦机场夜间宵禁条款的要求。
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