LEAP发动机的研制和设计特点.docVIP

PAGE \* MERGEFORMAT6 LEAP发动机的研制与设计特点 发展综述 LEAP发动机以前称LEAP-X发动机，是GE公司与SNECMA公司（法国赛峰集团下属公司）合资组成的CFM国际公司（CFMI）作为CFM56系列发动机的后继发动机，为下一代先进的双发单通道旅客机研制的、能满足21世纪“绿色航空”要求的先进发动机。 早在2004年，CFMI公司决定发展CFM56系列发动机的后继发动机，为此，在2005年，启动了一项“LEAP（Leading Edge Aviation Propulsion）56先进研究与技术”计划，要求新研制的发动机与CFM56-7B相比，燃油效率提高15%、噪声水平降低75%、NOX排放值比CAEP/6标准低50%以及维修费用与CFM56相当。该项目开发和验证的技术包括：铝、钛和复合材料风扇机匣等轻质结构，先进的复合材料风扇叶片，高效率与高增压比的高压压气机，双环预混旋流器TAPS低排放燃烧室，三维气动设计的涡轮，革新的发电装置设计等发动???基本设计技术，低使用成本的外部硬件，先进轻质齿轮箱，下一代控制装置等发动机系统部件设计技术。 2008年7月正式启动了LEAP发动机的研制工作。LEAP发动机由1级风扇、3级增压压气机、10级高压压气机、第二代TAPS贫油燃烧室、2级高压涡轮与7级低压涡轮组成，涵道比为10，总压比为50①，这两个循环参数几乎是CFM56系列发动机的一倍多。罗.罗公司用于B787的遄达1000总压比为52.1，是当今总压比最高的发动机，LEAP的总压比仅比遄达1000的低一点，高于GEnx的45，是当今总压比次高的发动机。 发动机的推力为89kN-146.3kN。 2.设计技术特点 LEAP发动机中釆用了大量创新的技术： 先进三维编织树脂模传递成型（3-D WRTM）的风扇叶片。这种风扇叶片是三维碳纤维编织物，碳纤维并不是简单层叠在一起，而是采用三维技术编织形成网状结构，使其更加坚固，随后注入树脂并在高压容器内固化。不仅重量轻，耐久性好，抗外物打伤能力强，抗振动性好，而且能够成型复杂型面的叶片。 为了考核RTM风扇叶片抗鸟击能力，CFMI在叶片投鸟试验中，大鸟的重量按GE90投大鸟试验时的重量即1.1kg，GE90是当今推力最大的发机，用GE90的标准来考核LEAP抗鸟击的能力，说明CFMI对RTM风扇叶片有足够的信心。 风扇叶片采用了宽弦全三维气动设计，使效率高，叶片数目少，仅18片（CFM56-5中为36片，CFM56-7B中为24片）。风扇叶片直径为1.8m，整个风扇重76kg，而直径为1.5m的CFM56-7B 24片叶片总重高达118kg。 风扇叶片釆用了当前普遍采用的宽弦弯掠式结构，这也是经过斯奈克玛公司采用必威体育精装版的三维气动设计方法得出的优化结果。越靠近叶尖部分，叶片的弯掠程度越大，大大降低了风扇叶片的流动损失，同时叶片间距减少了25 ％。从气动性能上看，宽弦叶片可以增大风扇稠度，降低叶片的负荷，从而使工作切线速度得以降低，也就降低了风扇进口相对马赫数；宽弦叶片的流通能力强，风扇流量也会增大，可提高发动机推力。从结构强度上看，宽弦叶片具有抗外物损伤能力，减少叶片数和减轻重量等优点。 LEAP性能优良复合材料制作的风扇叶片技术进步来源于SNECMA 公司20世纪90年代进行的“高效、静音复合材料风扇叶片”(MASCOT) 研究项目提供的技术储备，当时研究了大直径复合材料风扇叶片的空气动力学、声学、力学原理，以提高发动机性能，降低燃油消耗，减少噪声和污染排放等。结果表明，应用该技术制作的叶片不仅重量轻，而且结构牢固，抗大体积鸟撞击能力强，制造成本却相对较低。 风扇机匣采用了复合材料制造，这是继GEnx后笫2种釆用复合材料的GE发动机。由于在风扇部件中采用了复合材料的叶片与机匣创新技术，使装LEAP发动机的飞机每架可减重约450 kg。 图1为在航展上展出的LEAP发动机，很清晣地可以看到复合材料的风扇机匣外表面。 图1 航展上展出的LEAP发动机可以看到复合材料的风扇机匣 高性能的核心机。LEAP的核心机是通过CFMI的eCore（e表示高效率低污染）计划发展而来，eCore是集GE90、GP7200与GEnx等发动机的使用经验再加上CFMI的TECH56计划的先进技术发展而来的，它设计成到目前为止是最先进的、效率最好与寿命最长的核心机。LEAP的核心机的特点有：由2级高压涡轮驱动的10级特高增压比的高压压气机；第二代TAP