三轴自由涡轮式大功率涡轴发动机的压比分配研究.docx

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三轴自由涡轮式大功率涡轴发动机的压比分配研究

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【摘?要】本文阐述了大功率涡轴发动机方案设计中整机布局选择三轴自由涡轮式布局的理由，并对这种布局的高、低压压气机压比分配问题进行了分析研究。完成了不同压比分配对整机性能的影响分析，对其中的两组压比分配方案进行了结构可行性研究。发现低压压比较高的方案虽然具有较显著的耗油率优势，但发动机结构不一定可行。压比分配需要综合权衡耗油率、结构可行性等诸多因素。

【关键词】大功率;三轴自由涡轮式;涡轴发动机;压比分配

StudyonCompressorPressureRatioDistributionofThree-shaftFree-turbineHighPowerTurboshaftEngine

Authors：HuangQingQiuJiangZhongLv

Presidingreviewer：

AECCHunanAviationPowerplantResearchInstitute，Zhuzhou?China412002

Abstract：Thispaperexpoundsthereasonwhythree-shaftfree-turbinelayoutischosenintheschemedesignofhighpowerturboshaftengine，andanalysesthedistributionofHPandLPcompressorpressureratioofthislayout.Theinfluenceofdifferentcompressorpressureratiodistributiononthewholeengineperformancewasanalyzed，andthe?structuralfeasibilityoftwofeasiblecompressorpressureratiodistributionschemewasstudied.ItisfoundthattheschemewithhigherLPcompressorpressureratiohasobviousadvantageoffuelconsumptionrate，butitsstructureisnotalwaysfeasible.CompressorpressureratiodistributionneedstocomprehensiveweighmanyfactorssuchasSFC，structuralfeasibilityandsoon.

Keywords：highpower;three-shaftfree-turbine;turboshaftengine;compressorpressureratiodistribution

重型直升机具有重要而独特的作用，是大国在国防和国民经济建设中的战略性装备，能发挥突出的军事效能并创造巨大的社会效益和经济效益。本文针对大功率涡轴发动机方案设计过程中遇到的发动机结构布局选择问题和由此带来的三轴自由涡轮形式布局发动机的高、低压压气机压比分配问题进行研究分析。

分析表明压比分配的选择不能单纯追求低耗油率，还需考虑材料、强度、技术储备、整机结构可行性等约束条件。在综合权衡发动机性能先进性、结构可行性后，才能最终确定合理的压比分配。

1发动机结构布局形式选择

1.1国外大功率涡轴/涡桨/桨扇发动机发动机常用结构布局形式

目前世界上用于重型直升機的涡轴发动机仅有美国和乌克兰少数几家公司研制的几个型号，即装备CH-47“支奴干”的T55系列发动机、装备CH-53的T64系列发动机、装备V-22的T406发动机以及装备米-26的D-136发动机等。分析现役和在研的大功率涡轴/涡桨/桨扇发动机的结构形式可知，功率量级超过5000kW后，现役大功率涡轴发动机仅有D-136发动机，结构形式为双转子燃气发生器加自由涡轮后输出的三轴自由涡轮式;现役大功率涡桨和桨扇发动机，如TP400-D6和D-27的燃气发生器也采用双转子结构。

1.2单、双转子燃气发生器布局的比较

通常，双转子三轴布局相比单转子双轴布局有以下优点：

（1）起动扭矩更低，起动双转子三轴发动机的扭矩/能量约为同功率级单转子双轴发动机的一半;

（2）在相同的外廓尺寸下，功率增长潜力更大;

（3）高压转子转动惯量低约一半以上，具有更好的加速性。

考虑目前大功率涡轴发动机的研制技术储备，总压比在21～2