CFM56-7发动机设计特点概要.doc

风扇叶片改用宽弦无凸肩实心钛合金叶片而发展起来的。图65示出 CFM56 7的主要特点,图66示出CFM56-7与其他型号的异同处。归纳起来与原型CFM56相比,7型有下述几方面特点:(1)采用新的设计。宽弦风扇叶片、FADEC等。(2)维持不变处。基本的CFM56结构、低的性能衰退等。(3)加强处。可靠性、耐久性、维修性和性能等。(4)改进处。涡轮后燃气温度的裕度、外场可换组件的可达性与可靠性,在飞机上的使用寿命、涡轮材料等。图、CFM56-7的主要特点图、CFM56-7与其他CFM 56的异同处为满足下一代波音737性能的要求,CFM567设计的总目标是提高发动机性能与降低使用者的各种费用,也即要求发动机要求有较高的推力(与 3型相比),较低的耗油率,能增大飞机的航程,维修费用要降低15%,燃油耗量减小8%,减少更换发动机的时间,改善各系统的可达性等。表12列出了CFM567系列发动机6种型号的主要参数,为便于比较,表12中还列出了CFM563C 1的数据。图、各类型CFM56-7发动机的主要参数从上图可以看出,CFM56-7的风扇直径较 CFM56-3大25.4mm,使它的涵道比由 -3C-1型的5.0增加到5.35.5(7B26为5.1),另外,总压比由- 3C-1型的30.6增加-到32.8,加上各部件进行一些改进,使部件效率均有提高，因此,使发动机的耗油率降低,达到了降低耗油量8%的目标。5.4 各部件设计特点图67示出CFM56-7的风扇单元体与 3型的风扇单元体的比较,图68示出CFM56-7的核心机单元体与-3型的核心机单元体的比较。图69示出CFM56-7的低压涡轮单元体的特点。图6769中,均用文字指出CFM56-7与-3型的不同之处,除个别零部件外,在此不再阐述。图、CFM56-7 风扇设计特点图、CFM56-7核心机设计特点图、CFM56-7 低压涡轮设计特点核心机CFM56-7核心机的零件与目前在 A319、A320、A321上使用的CFM56-5B的核心机所用的相同,也即两者间可以互换。5.4.2 风扇叶片CFM56-7是CFM56系列发动机中唯一采用宽弦风扇叶片的。由于此系列发动机是在90年代衍生发展的,因而在风扇叶片设计中与其他系列相比(参考图22,CFM56-3风扇叶片),有了较大改进,图70示出风扇叶片与轮盘的结构图。从图70可见,CFM56-7的风扇叶片有三处较大改进,即:叶片采用了宽弦无中间凸肩的设计,这是新一代发动机中广泛采用的设计,它不仅性能好、效率高,而且从加工、强度方面看均有较大改进。但由于弦长加大,叶片厚度相应加大,作用于轮盘上的离心负荷加大使轮盘承受不了,因此,在大多数采用宽弦风扇叶片的发动机例如 V2500、遄达、PW4084、F119和 GE90等中,均采用了减少叶片重量的措施,如叶片做成空心的、带芯的空心或采用复合材料制造等。原度),轮盘仍能承受实心宽弦风扇叶片的负荷,但却能降低发动机生产成本,因此,7型的风扇叶片采用了实心宽弦无中间凸肩的设计。由于高涵道比涡轮风扇发动机的风扇增压比较高(约1.7),由轴向看,气流在风扇叶片中收敛较大,即叶片底座倾斜较大,在- 3型中(见图22),底座与叶身作为一体,不仅使加工困难,且增大了叶片重量。在-7型中,叶身上不带底座,即叶身从尖部到根部全部做成叶型剖面的,在两片叶片间夹持一件称为叶片平台的堵块,组成气流的通道,这种设计不仅给制造上带来较多的方便,且使叶片重量减轻,已为新研制的发动机中广泛采用。由图70上还可看到,CFM56-7风扇的榫根及轮盘上的榫槽不是做成直线的而呈弧形。通常风扇叶片榫根均做成直线形,以便在轮盘上用拉刀拉削出榫槽。由于叶片截面形状的轮廓线呈弧形,叶根平台为了将叶身下部截面全部包容,只得做成宽度较大的平行四边形,这时,轮盘直径只能做得较大,才能容纳下所有叶片。如果将叶根平台做成与叶根截面形状基本一致,即其轮廓线也呈弧形,平台的最大宽度处就较窄,如要装同样数目的叶片,轮盘直径可以小些,也即降低了轮毂比,在同样的空气流量下,发动机进口直径可以小,显然能带来较多的好处。叶片根部平台做成弧形,同时考虑到叶片能方便地装进轮盘,叶片的榫根只能做成圆弧形,显然采用这种结构后,叶片的榫根与轮盘上的榫槽加工都较难。图71示出了 CFM567、3风扇轮盘榫槽形式的比较。弧形榫根榫槽的设计原来用于罗罗公司的发动机例如RB211 535E4、遄达等发动机中,相信今后的高涵道比涡轮风扇发动机中将得到广泛的应用。图、CFM56-7、-3风扇盘榫槽形状的比较5.4.25.4.2 寿命有限制的零件LLP在CFM56-7上,寿命有限制的零件只规定循环数的限制值,而不给小时的极限值,几种主要零件的限制值为:风扇轮盘、增压压气机鼓筒30000循环,压气机转子20000循环,高压涡轮转子20000循环,低压涡轮及低压轴25000循环。5.4.4 材料CFM56-7CFM56-3两型发动机中各种叶片所用材料的比较,在-7型中,热端部件中的叶片材料改用得较多,这主要是为了获得较长的耐久性。图、CFM56-7、CFM56-3各种叶片的材料维修性设计特点为了使CFM56-7获得较好的维修性,在研制阶段,进行了计算机辅助装配设计的研究,即利用CATIA程序(计算机辅助三维交互式应用软件)对发动机外部管线及各种附件进行布局设计,并对各附件做出三维实体模型进行配装,以保证各附件间以及与发动机机匣间,各导管间以及与机匣间有合适的间隙,最小的外场可换组件的拆卸包线,拆卸孔探仪座并安装孔探仪时不需拆卸其他设备。由于在CFM56-7设计中,采用了较高的燃气温度裕度(见图72),采用了已被验证过的部件使发动机将具有较高的可靠性,以及高压涡轮转子进口温度采用了比 -3型低很多的温度(见表12),因此可以达到降低维修费15%的设计目标。图72、几型CFM56- 3、CFM56- 7的排气温度裕度在CFM56 -7上改善了对低压转子进行微调平衡的工作,就是 7型上的减少维修时间,简化维护工作的一个例子。在CFM56-3上,可以在装机(装在飞机上)的条件下对低压转子进行微调平衡(动平衡),但需发动机开车24次,以获取有关平衡的数据,经过计算分析后,可以确定不平衡量的大小与不平衡处的相位,这比以前需将发动机分解后,将转子装在动平衡机上进行平衡已有很大的进步(参见“CFM5-6发动机的本机平衡措施”)。在-7型上,利用机载的维护计算机系统在飞行中收集各次飞行时发动机的振动值与不平衡的相位,在维护中,当需要微调平衡时,只要在主菜单中选用“转子平衡”,显示屏幕即可指示需安装的配重大小与安装位置,换装配重后,不需开车进行复核。这样,不仅可大大提高平衡精度,而且费时极少。这种技术首先用于波音777飞机上。噪声与排放污染下一代波音737研制目的之一就是要满足21世纪对噪声、排放物的限制值。对于降低噪声,CFMI与波音公司一道,在发动机短舱,发动机本体设计中,采取了一些措施(见图73),使装CFM56-7的波音737-600、-700、-800飞机在三种条件下的噪声值均大大低于 FAR36部第3阶段或国际民航组织附件1第3章的限制值。图74示出了在三种条件(起飞、侧边、进近)下的这三型飞机的噪声值与规定值的比较。对于排放污染物,CFM56-7现有的单环腔头部的燃烧室已能满足目前国际民航组织的要求,根据统计,CFM56发动机在典型的930km航程中,除下降及滑行中,排放中CO占主导外,起飞、爬升、巡航时,排放污染物中主要是 NOX,因此,可以以 NOX的含量来