大涵道比涡扇发动机风扇_压气机气动设计技术分(8)

52　0　

航　空　学　报第29卷

由于风扇压比的明显降低,会损失较大的起飞推力,这一方面需要在发动机的循环参数选择上进行平衡;另一方面需要加大风扇的通流能力,通过提高其来流马赫数以增大起飞推力,其设计点来流马赫数会增加到0160以上。因此,除了低噪声之外,高通流、高负荷和高效率是高涵道比低叶尖切线速度风扇气动设计的目标和挑战。

(2)对转风扇与PW公司致力于发展的齿轮驱动风扇不同,GE公司为应对未来高涵道比涡扇发动机的挑战,提出了低压系统对转的发动机概念,如图13所示。低压系统对转发动机采用了两级对转风扇,辅助增压级与转速更高一些的第2级风扇连在一起,为了实现这样的工作方式,发动机必须采用三转子技术,通过使低压涡轮对转,实现风扇的对转,这与常规三转子发动机相比,结构和支撑形式更为复杂一些,因此其技术挑战也是相当大的。

由于同样采用低叶尖切线速度,对转风扇各自的转速并不高,但是通过对转,它可以加大涡轮的做功能力,从而减少低压涡轮的级数,达到减轻重量、降低成本的目的。与齿轮驱动风扇相比,对转风扇有一个优势,其每一级转子的压比并不高,但是两级的总压比则接近当前较高切线速度风扇的增压比,从而能够获得更大的推力。

从气动设计上两级对转风扇若要获得比现有风扇更高的效率,其关键在于第2级转子的设计,因为它的速度三角形可能不利于实现高效率。此外,由于对转风扇转子之间,以及第2级转子与出口导叶之间的轴向间距不能拉大到单级风扇时的距离,因此其转子相互作用形成的噪声,以及转子与出口导叶相互作用形成的噪声将有所增加,需要其他降噪措施加以弥补。

与齿轮驱动风扇相比,。

图13　对转风扇发动机及其优势[9]

Fig113　Counterrotatingengineanditsadvantages[9]

2　压气机先进设计技术与发展趋势

在当代大涵道比涡扇发动机中,风扇/压气机

部件仍占到发动机总长度的50%～60%,重量的40%～50%,制造成本的35%～40%,维修成本的30%[13]。在压气机气动力学、计算流体力学(CFD)和计算结构力学都取得了很大进展的今天,高压压气机的研制依然是高风险、高难度的工

作,高压压气机的设计至今依然是发动机研制中的技术瓶颈之一。

现阶段,乃至未来相当长的一段时间内,对高压压气机的要求分别体现在以下3个方面:

(1)性能

在宽的转速范围内有高的效率;级压比高;轴向长度短(更少的级数);重量轻;长期使用的性能衰减慢。