RR公司3转子民用发动机技术发展思路徐雪

RR公司3转子民用发动机技术发展思路徐雪 第卷第期?月航空发动机公司转子民用发动机技术发展思?徐雪，张德志，黄爱华（中航工业?阳发动机设计研究所，?阳；成都航空职业技术学院，成都）摘要为了探寻公司在民用航空发动机领域中的技术和产品发展思?，对该公司转子民用发动机产品的发展历程和市场情况以及发展的外部条件进?了简要回顾分析。 介绍了公司转子发动机的总体布局方案，并通过对波音客机所使用的典型转子发动机与双转子发动机的对比，分析了转子布局技术特点。 归纳总结出公司转子民用发动机的技术发展思?的特点大胆尝试、紧扣市场、低压部件与核心机协调发展和应用缩放技术。 关键词转子民用发动机；涡扇发动机；罗罗公司；技术发展思?Introduction andTechnology DevelopmentThought ofTri-rotor CivilTurbofan Enginefor RRCompanyXU Xue1，ZHANG De-zhi2，HUANG Ai-hua2（1.AVIC ShenyangEngine Designand ResearchInstitute，Shenyang110015,China；2.Chengdu AeronauticPolytechnic Academy,Chengdu610100,China）Abstract:To seekthe productand techniqueroute incivil aeroenginefield of RR pany，the developmentprocess,marketsituation andexternal conditionof RR pany tri-rotor civilengine werereviewed.The tri-rotor civilengine arrangementwere introduced.The technologycharacteristics ofRR tri-rotor civilengine wereanalyzed byparing thetri-rotor civilengine ofB787with twin-shaftengine.The characteristicsof technology development ideasofRRpany tri-rotor civilengine aresummarized,which areoutdareattempt,closing tomarket,coordinated developmentof lowpressure ponentand coreengine andscaling technologyapplication.Key words:tri-rotor civilengine;turbofan;RRpany;technologydevelopmentthought引言英国的公司（以下简称公司）作为家百余?历史的跨国公司，在世界航空发动机领域占据着重要席之地。 转子民用大涵道比涡扇发动机（以下简称转子民机）及其衍生产品是该公司的支柱产品，?仅在技术上独树一帜，而且占有巨大市场。 公司也凭借转子布局的独特技术优势，走出了条稳健的技术和产品发展道?，在有限的支持下实现了在该领域内由弱到强的快速发展。 国内对于公司这种发展方式的关注随着系列和系列发动机进入中国市场就已经开始，本文从技术特点和产品发展个角度结合分析，以期?全面了解公司的技术发展思?。 主要产品线和研制历程公司对于转子总体布局的探索始于世纪?代的“”转子技术验证机；在?代初开始研制系列发动机，包括个子系列、和；在?代末开始研制系列发动机，最初是系列的个发展型（开始命名为），后由于改动较大而重新命名，回归到技术验证机的名称，共有个子系列，按照时间顺序为、和。 上述产品的基本情况见表，系列发动机的的主要市场情况见表。 除航空发动机外，公司还利用系列和作者简介徐雪（），男，硕士，工程师，从事航空发动机总体结构设计工作；。 徐雪，张德志，黄爱华公司转子民用发动机技术发展思?航空发动机，（），引用格式，（）航空发动机第卷系列发动机的成熟核心机衍生发展了和等工业燃气轮机以及和等舰船燃气轮机，也达到了很高的技术水平并取得了商业成功，例如燃气轮机目前广泛应用于西方新一代战舰，燃气轮机则是世界上?使用间冷表转子民用涡扇发动机的基本参数和改进子系列服役时间配装机型推?涵道比总压比结构布局主要改进系列基准型。 在基础上增大风扇直径、提高空气流?，提高部件效率。 使用缩小的的风扇，减少级中压压气机。 系列基准型，从后期型深度改进发展而成。 在基础上增加风扇直径、增加空气流?，提高部件效率。 的风扇配装倍缩比的的核心机，同时提高核心机部件的效率。 全新设计复合弯掠风扇配装的核心机和低压涡轮。 放大的的风扇配装放大的的核心机，并将高压转子反向旋转，同时提高部件效率。 在基础上缩小设计，进一步提高涵道比，并将功率提取改为中压转子。 将中压涡轮改为级，进一步提高核心机部件效率。 回热改造的航改燃气轮机中功率等级最高的产品。 上述产品的发展历程如图所示。 系列?代系列航空发动机工业级级级推?、图公司基于转子技术的产品线转子布局的技术特点采用个机械上独立转子布局的基本思想是旋转的转子，使发动机中每个叶片机部件均在各自最合适的转速下工作，从而提高效率、充分发挥作功能?。 目前在公司之外采用转子结构布局的厂商还有乌克兰的伊夫琴科进步设计局，其代表产品为系列和系列大涵道比涡扇发动机。 家单位的转子基本布局一致，但具体结构差异很大。 总体布局简介以发动机为例，整个发动机由单级风扇、级中压压气机、级高压压气机、短环形主燃烧室、单级中压涡轮、单级低压涡轮、级低压涡轮以及相应的支承机匣、附件传动系统、传动润滑系统、控制系统和安装结构等组成。 典型的公司转子总体结构布局如图所示。 前机匣低压转子中压转子高中压涡轮后机匣中介机匣承?机匣高压转子31.数据引自简氏航空发动机手册（第27版）注；风扇级数+中压压气机级数+高压压气机级2.结构布局表示为数/高压涡轮级数+中压涡轮级数+低压涡轮级数；3.由于Trent8104并未最终定型取证，所以该推力值为达到的最大推力级。 图典型的公司转子总体结构布局整个发动机由个单元体构成，分别为风扇转子、风扇机匣、中压压气机、中介机匣、高压转子（包括高压压气机、燃烧室和高压涡轮）、中压涡轮（包括高中压涡轮间承?机匣）、低压涡轮（包括涡轮后机匣）、附件机匣的单元体。 典型的公司转子单元体划分如图所示。 由于采用了个独立的转子，转子结构布局的转子支承、载荷传递、联轴器、支点润滑和空气系统等方面都比双转子布局复杂许多。 以和表系列发动机的市场份额发动机型号客机机型空客波音空客波音空客空客市场份额竞争发动机型号独家供应商、独家供应商飞机首飞用发动机飞机首飞用发动机飞机首飞用发动机备注第期公司转子民用发动机技术发展思?徐雪等动机的核心机总级数为级，总压比约为，平均级压比为；而发动机的核心机总级数为级，总压比为，平均级压比。 可见转子布局可以降低核心机压缩部件的气动设计难度，提高其增压和作功能?。 尽管在双转子大涵道比涡扇发动机中，通常设计有由低压转子带动的增压压气机来提高核心气流的流?和压比，但由于受低压转子转速的制约，增压压气机的线速度远低于高压压气机的，限制了增压级的压缩能?，所以转子布局发动机的总压比也有优势。 同时，由于转子的中压和高压压气机的平均线速度相当，中压压气机和高压压气机之间的压比分配就可以根据中压和高压涡轮的负荷情况进?调节二者间的压比分配就可以根据中压和高压涡轮的负荷图典型的公司转子单元体划分号滚棒轴承为中压转子前支点轴承。 号滚棒轴承为低压转子前支点轴承。 号滚棒轴承为低压转子止推轴承，而且为中低压转子中介轴承。 号滚棒轴承为中压转子止推轴承。 号滚棒轴承为高压转子后支点轴承。 号滚棒轴承为中压转子后支点轴承。 号滚棒轴承为低压转子后支点轴承。 号滚棒轴承为高压转子止推轴承。 情况进?调节，这使得高压和中压涡轮设计上具有?大的自由度，使其可以采用?加简单的单级设计同时号滚棒轴承为低压转子止推轴承。 号轴承采用“滚珠滚棒”并列结构，为高压转子止推轴承。 号滚棒轴承为高压转子前支点轴承。 号滚棒轴承为低压转子后支点轴承。 号滚棒轴承为低压转子前支点轴承。 保证高效；相比之下双转子布局受增压级压缩能?的限制，核心机气流的压比?多的分配在高压压气机上核心机气流的压比?多地分配在高压压气机上，导致了高压压气机负荷重设计难度大，同时还必须采用复杂且沉重的双级高压涡轮。 结构布局方面转子总体结构布局比双转子的?加复杂，但是这种复杂并非只有缺点，具体表现在（）转子布局可以使每个大部件都相对简单而紧凑，这?仅使整机质?轻、尺寸?小，也使单个部件的缩放设计和技术升级?为简单；（）由于低压转子?带增压级，使得发动机的低压转子结构较双转子发动机的低压转子?为简单转子发动机的低压转子结构比双转子发动机的?为简单，这也就方?了?于以其为基础的航改燃气轮机）。 的设计（如图、所示（采用相同比例）图与发动机转子支承形式对比二者均配装波音飞机，推发动机为例，?级、外廓尺寸、燃油经济性和寿命等关键指标基本一致，其转子支承形式的对比如图所示。 （）发动机采用个承?机匣和个转子支点，高、中、低压转子的支撑形式分别为、和，而且在中、低压转子之间采用个中介球轴承传递轴向载荷；）（。 发动机采用个承?机匣和个转子支点，高、低压转子的支撑形式分别为和转子布局的技术优势迥然?同的结构为转子布局带来了许多独特的技术优势，体现在如下个方面。 气动性能方面以推?级别的转子发动机为例，个转子的转速分别约为（低压）、（中压）和（高压），在这种转速下中压压气机的平均线速度和作功能?与高压压气机的基本相当。 因此由中压部件、高压部件和主燃烧室构成的双转子核心机在压缩能?上比通常的单转子核心机?具优势。 仍以和发动机的对比为例发“特伦特”核心机几乎?变。 图与发动机的总体结构对比航空发动机第卷市场。 尤其是前者所需发动机?是大发动机生产商?遗余?争夺的技术与市场的制高点。 因为远程双发飞机?仅对于巡航燃油经济性和推?有着严格要求，还要达到“双发客机单发延程飞?”（除了主燃烧室根据燃?和排放等特殊需求外，核心机其他部件几乎?变。 ）这样苛刻的要求；因此，这一级别产品的附加值高，市场门槛也很高。 而且一旦产品占领这个级别的市场，就可以很容?由该产品衍生出推?较小的发动机去占领发超大型市场，例如发动机配装空客客机和发动机配装波音客机。 由此可见，公司转子大涡扇发动机瞄准的是少而精的高端市场，而这个市场对于产品的技术要求?有利于发挥转子布局在高总压比、高涵道比（核心机作功能?高）以及部件的缩放设计等方面的优势。 航空发动机是公认的高技术、高投入和长周期领域，新机的研发需要公司和国家长期高强度的投资。 公司虽然是涡喷和涡扇发动机的先驱之一，在技术上一直处于领先者和开创者的地位；但是，二战后一直到世纪六七十?代，该公司经济实?与其主要竞争对手美国公司和公司相比有着巨大差距。 为了研制发动机，公司甚至在?一度走到破产边缘。 同时英国在二战之后也没有充足的财?支持航空发动机产业，因此公司?能像美国同?那样通过参与国家资助的研发计划进?新机的技术储备，例如公司借助计划发展出系列发动机。 公司的产品技术发展必须实现“有限因此，目标迅速完成”，每次只快速地迈一小步，提高部分部件的性能。 这种“小步快跑”式的发展一方面降低了技术跨度带来的风险，另一方面开发时间短也削弱了市场的?确定性。 （）“两条腿走?”，协调发展低压部件和核心机“两条腿交替前?”这条?线贯穿于公司转子民机的整个产品线之中，在“”系列发动机的发展历程中体现得?是?漓尽致。 从“”系列发动机的第个型号发动机诞生开始的主要技术演变（图）如下以发动机的核心机?变，将风扇直径由增加到，相应的涵道比由提高到，低压涡轮增加级，部件效率有所提高，发图与发动机的总体结构对比转子布局的总结气动和结构方面特点可见，最大的技术特点是提高结构复杂性以降低气动设计难度及提高气动性能。 公司技术发展思?分析公司的个转子民机产品系列在总体布局上一脉相承，只是在部件级数、流?等具体参数上略有差别。 在过去的近?时间?，公司仅使用同一总体布局，通过?断提高部件的技术水平和能?，就使其产品的总压比从约提高到，涵道比由提高到，产品推?级别从级到以上级。 通过对其发展历程的梳?和分析可知其发展思?有如下个特点。 （）大胆尝试，坚持选择对于转子技术的探索是公司根据自身特点，在世纪?代开始进?的次扬长避短的大胆尝试。 公司在汽车制造和活塞式发动机制造等领域有着丰富的经验，奠定了该公司在机械制造方面的深厚底蕴，这是该公司选择转子技术，以结构复杂性换取气动性能的前提。 在“”验证机取得成功之后，公司在大涵道比民机这个适合于转子的领域一直坚持选择，迅速地将其应用到型号研发中形成系列发动机。 当系列发动机逐渐成熟后，又?断地通过部件升级改进、衍生发展，形成了和子系列以及后来的“”系列发动机。 （）紧扣市场，小步快跑公司转子民机的目标市场是远程干线客机，其中包括双发双通道远程干线客机和发超巨型客机个级别。 根据波音公司?的市场预测报告，在未来?中，双发双通道远程干线客机（如波音和空客）和发超巨型客机（如波音和空客）将分别占未来民用飞机市场总价值的和，由此带来其配套发动机的巨大第期公司转子民用发动机技术发展思?徐雪等展出发动机；以发动机直径为的风扇基本?变，将发动机的核心机按倍缩小，并采用新的气动设计技术对核心机重新设计及提高核心机部件效率，使发动机的涵道比由提高到，发展出发动机；以发动机的核心机保持?变，采用新的气动设计技术将发动机的风扇重新设计，得到尺寸?变流?放大的复合弯掠风扇，从而发展出发动机（该发动机在竞争中败给了发动机，因此未完成适航取证）；将发动机的复合弯掠风扇直径增加至，将发动机的核心机放大，并将高、中压转子转向由同转改为反转，进一步提高部件效率，将涵道比提高至左右，发展出发动机；以发动机为基础缩小设计，着重改进低压部件，再增加级低压涡轮使涵道比达到左右，调整附件传动方式，发展出发动机；以发动机为基础放大设计，着重改进核心机，将中压涡轮由级改为级，同时优化高、中压压气机的压比分配，提升核心机部件效率，发展出发动机。 这个特点是“小步快跑”式发展的具体体现，这种发展模式?仅使核心机和低压部件协调发展，同时还赋予了公司转