LEAP发动机的研制与设计方案特点.docVIP

LEAP发动机的研制与设计特点 下属公司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机基本设计技术，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。89kN-146.3kN。 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）的风扇叶片不仅重量轻，耐久性好，抗振动性好，而且能够成型复杂型面的叶片风扇叶片采用了宽弦全三维气动设计，使叶片数少，仅18片（CFM56-5中为36片CFM56-7B中为片）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 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TAPS、贫油燃烧与低污染的燃烧室；高压涡轮中，叶片釆用第三代三维气动设计的叶型，具有先进的气体动力学特性，采用了高性能的材料与先进冷却技术。 先进的第2代双环预混旋流器燃烧室（TAPS II） TAPS II)，将使LEAP氮氧化物（NOX）排放量比CAEP/6的标准低50%。在结构特点上，TAPS燃烧室主燃级燃油喷嘴是气动雾化式 主混合器空气旋流器的高压空气气流与主燃级燃油的射流垂直，使主燃级燃油的雾化更充分，混合度更高可在燃烧室内形成稳定的主燃级燃烧回流区以便实现贫油燃烧，从而达到低污染排放的目的。预燃级燃烧回流区和主燃级燃烧回流区可形成一定的交叠，从而形成预燃/主燃旋流交叠区。这样TAPS燃烧室可以仅用一套喷嘴系统实现发动机不同工况燃烧的要求可实现发动机全工况的贫油燃烧。 TAPS燃烧室的燃油燃烧效率更高，火焰温度更低，燃烧室出口温度场也更均匀，污染物排放更低。CMC），这种CMC材料由碳化硅纤维和陶瓷基体组成，再溶入树脂并加以涂层强化，密度只有镍合金的三分之一。GE 公司在F136 的第三级低压涡轮导向器上首次使用了CMC ，并于2010年F136发动机开始飞行试验后将其应用于LEAP发动机。由于这种材料在耐高温（试验显示这种材料能够承受1204℃的高温）的同时还能减轻重量（其重量仅为传统材料的1/2甚至更轻），且无需冷却，同时易于加工，因此，不仅可提高发动机效率，而且使发动机重量减轻较多（估计约80kg）。 可变面积风扇外涵喷管（VAFN )。现有高涵道比涡轮风扇发动机的外涵排气喷管面积都是不可变的，这使发动机在起飞和进场时气流出口速度过大，导致发动机噪声较高；在巡航状态下气流出口速度较低，风扇载荷加大，推力下降且油耗上升。VAFN 是通过改变喷管的出口面积来控制出口气流的排气速度，使发动机在不同的工况与风速和大气环境下始终处于最优工作状态，同时有效降低噪声。2005年，波音公司在B777一300ER的锯齿型外涵喷管的每个锯齿处，安装了3个由形状记忆合金( SMA）材料制成的联锁片并通过一个控制器改变喷管的出口面积，在不同的出口流量下保持喷口面积的连续改变。结果证实，发动机在起飞和进场时的噪声大大降低。因此，CFMI也将在LEAP发动机上采用这种可变面积风扇外涵喷管。 发动机和短舱设计成一体化推进