航空發動機幾級轉子轉向是否一致?

現代航空發動機主要分為雙轉子和三轉子發動機兩種,其中三轉子發動機的代表是英國的羅爾斯·羅伊斯公司,其研製的RB211系列發動機,堪稱三轉子發動機的典型代表。而目前其他大多數先進發動機,都是雙轉子發動機。轉子透過軸承連線,然後形成一個從後向前的動力傳動系統,帶動轉子轉動。

在雙轉子或三轉子發動機中,在以往的發動機中,基本上兩個或三個轉子的轉向是一致的。但是在八、九十年代,開始將兩個轉子的轉向做成不同即轉向相反,這樣做使渦輪的效能有所改善,甚至可以取消低壓渦輪導向器。

航空發動機幾級轉子轉向是否一致?

圖注:法國斯奈克瑪公司研究設計的對轉渦扇發動機的樣機

其中的典型代表,是GE通用電氣公司為F-22和F-35研製的F120和F136第四代先進渦扇發動機。它們的高壓渦輪和低壓渦輪均為一級,且互相反轉。一般傳統發動機的高壓渦輪和低壓渦輪之間,都要安裝一個導向器葉片,保證高、低壓渦輪正常運轉,而F120和F136發動機則大大簡化了結構,徹底取消了這個導向器。取消掉導向器葉片有什麼好處?第一個好處是減輕結構重量,導向器葉片一般是用來對高低壓渦輪進行冷卻的,取消了導向器葉片,相當於將原有的冷卻結構大幅簡化了。為此F136還採用了新的冷卻技術,即採用新的澆鑄ICE冷卻技術,將高低壓渦輪葉片的工作耐受溫度比現在提升10攝氏度。第二個好處,取消導向器葉片後,還能縮短髮動機軸承之間的距離、增加渦輪之間的剛性和改進渦輪的效能保持,所以F136的發動機長度僅有5。6米,比F135要短一些。發動機短了,自然也就輕了,在推重比上的優勢就更明顯了。雖然推力指標相當,但F136零部件更少,在生產和維護上也是一個優勢。

航空發動機幾級轉子轉向是否一致?

而在F120等對轉渦輪技術的啟發下,發動機研究人員們進一步深入研究,近些年提出了一種很火的新概念發動機,這就是“對轉渦扇發動機”,它可以說是轉子對轉技術的進一步發展。對轉渦扇發動機的原理很簡單,是在常規風扇發動機的風扇中增加了一級對轉的風扇,兩級對轉的風扇透過兩個套在一起對轉的軸分別與兩組對轉的低壓渦輪組相連。在不帶減速齒輪箱的前提下,降低風扇葉尖速度,從而提高風扇葉片的效率和可靠性。

值得強調的是,對轉渦扇發動機也是一種三轉子發動機,但這種三轉子結構與目前所用的常規三轉子發動機機構有所不同,整個低壓渦輪設計成兩組對轉的低壓渦輪組,兩組對轉的低壓渦葉片可以互為導向葉片,消除了常規發動機低壓渦輪的靜子,為發動機低壓渦輪的設計帶來革命性創新的機會。

航空發動機幾級轉子轉向是否一致?

由於兩組風扇對轉,第二級風扇的壓比可以保持在相當高的水平之上,其壓比約為1。4~1。6。與常規同向旋轉多級風扇相比,在風扇尺寸相同和達到相同壓比的條件下可使風扇的轉速大為降低。風扇轉速的降低不但可以降低噪聲,還可以實現風扇效率的最最佳化,從而降低燃油消耗。為此,用雙級對轉風扇替代傳統風扇是一個解決風扇直徑限制的良好解決方案。