CFM567發(fā)動機設(shè)計特點概要

1、風(fēng)扇葉片改用寬弦無凸肩實心鈦合金葉片而發(fā)展起來的。圖65示出 CFM56 7的主要特點,圖66示出CFM56-7與其他型號的異同處。歸納起來與原型CFM56相比,7型有下述幾方面特點:(1)采用新的設(shè)計。寬弦風(fēng)扇葉片、FADEC等。(2)維持不變處?；镜腃FM56結(jié)構(gòu)、低的性能衰退等。(3)加強處?？煽啃?、耐久性、維修性和性能等。(4)改進處。渦輪后燃?xì)鉁囟鹊脑６?、外場可換組件的可達(dá)性與可靠性,在飛機上的使用壽命、渦輪材料等。圖、CFM56-7的主要特點圖、CFM56-7與其他CFM 56的異同處為滿足下一代波音737性能的要求,CFM567設(shè)計的總目標(biāo)是提高發(fā)動機性能與降低使用者的各種費用

2、,也即要求發(fā)動機要求有較高的推力(與 3型相比),較低的耗油率,能增大飛機的航程,維修費用要降低15%,燃油耗量減小8%,減少更換發(fā)動機的時間,改善各系統(tǒng)的可達(dá)性等。表12列出了CFM567系列發(fā)動機6種型號的主要參數(shù),為便于比較,表12中還列出了CFM563C 1的數(shù)據(jù)。圖、各類型CFM56-7發(fā)動機的主要參數(shù)從上圖可以看出,CFM56-7的風(fēng)扇直徑較 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為5.1),另外,總壓比由- 3C-1型的30.6增加-到32.8,加上各部件進行一些改進,使部件效率均有提高，因此,使發(fā)動機的耗油率降低,達(dá)到了降

3、低耗油量8%的目標(biāo)。5.4 各部件設(shè)計特點圖67示出CFM56-7的風(fēng)扇單元體與 3型的風(fēng)扇單元體的比較,圖68示出CFM56-7的核心機單元體與-3型的核心機單元體的比較。圖69示出CFM56-7的低壓渦輪單元體的特點。圖6769中,均用文字指出CFM56-7與-3型的不同之處,除個別零部件外,在此不再闡述。圖、CFM56-7 風(fēng)扇設(shè)計特點圖、CFM56-7核心機設(shè)計特點圖、CFM56-7 低壓渦輪設(shè)計特點核心機CFM56-7核心機的零件與目前在 A319、A320、A321上使用的CFM56-5B的核心機所用的相同,也即兩者間可以互換。5.4.2 風(fēng)扇葉片CFM56-7是CFM56系列發(fā)動

4、機中唯一采用寬弦風(fēng)扇葉片的。由于此系列發(fā)動機是在90年代衍生發(fā)展的,因而在風(fēng)扇葉片設(shè)計中與其他系列相比(參考圖22,CFM56-3風(fēng)扇葉片),有了較大改進,圖70示出風(fēng)扇葉片與輪盤的結(jié)構(gòu)圖。從圖70可見,CFM56-7的風(fēng)扇葉片有三處較大改進,即:葉片采用了寬弦無中間凸肩的設(shè)計,這是新一代發(fā)動機中廣泛采用的設(shè)計,它不僅性能好、效率高,而且從加工、強度方面看均有較大改進。但由于弦長加大,葉片厚度相應(yīng)加大,作用于輪盤上的離心負(fù)荷加大使輪盤承受不了,因此,在大多數(shù)采用寬弦風(fēng)扇葉片的發(fā)動機例如 V2500、遄達(dá)、PW4084、F119和 GE90等中,均采用了減少葉片重量的措施,如葉片做成空心的、帶芯

5、的空心或采用復(fù)合材料制造等。原度),輪盤仍能承受實心寬弦風(fēng)扇葉片的負(fù)荷,但卻能降低發(fā)動機生產(chǎn)成本,因此,7型的風(fēng)扇葉片采用了實心寬弦無中間凸肩的設(shè)計。由于高涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動機的風(fēng)扇增壓比較高(約1.7),由軸向看,氣流在風(fēng)扇葉片中收斂較大,即葉片底座傾斜較大,在- 3型中(見圖22),底座與葉身作為一體,不僅使加工困難,且增大了葉片重量。在-7型中,葉身上不帶底座,即葉身從尖部到根部全部做成葉型剖面的,在兩片葉片間夾持一件稱為葉片平臺的堵塊,組成氣流的通道,這種設(shè)計不僅給制造上帶來較多的方便,且使葉片重量減輕,已為新研制的發(fā)動機中廣泛采用。由圖70上還可看到,CFM56-7風(fēng)扇的榫根及輪盤上

6、的榫槽不是做成直線的而呈弧形。通常風(fēng)扇葉片榫根均做成直線形,以便在輪盤上用拉刀拉削出榫槽。由于葉片截面形狀的輪廓線呈弧形,葉根平臺為了將葉身下部截面全部包容,只得做成寬度較大的平行四邊形,這時,輪盤直徑只能做得較大,才能容納下所有葉片。如果將葉根平臺做成與葉根截面形狀基本一致,即其輪廓線也呈弧形,平臺的最大寬度處就較窄,如要裝同樣數(shù)目的葉片,輪盤直徑可以小些,也即降低了輪轂比,在同樣的空氣流量下,發(fā)動機進口直徑可以小,顯然能帶來較多的好處。葉片根部平臺做成弧形,同時考慮到葉片能方便地裝進輪盤,葉片的榫根只能做成圓弧形,顯然采用這種結(jié)構(gòu)后,葉片的榫根與輪盤上的榫槽加工都較難。圖71示出了 CFM

7、567、3風(fēng)扇輪盤榫槽形式的比較。弧形榫根榫槽的設(shè)計原來用于羅·羅公司的發(fā)動機例如RB211 535E4、遄達(dá)等發(fā)動機中,相信今后的高涵道比渦輪風(fēng)扇發(fā)動機中將得到廣泛的應(yīng)用。圖、CFM56-7、-3風(fēng)扇盤榫槽形狀的比較5.4.25.4.2 壽命有限制的零件LLP在CFM56-7上,壽命有限制的零件只規(guī)定循環(huán)數(shù)的限制值,而不給小時的極限值,幾種主要零件的限制值為:風(fēng)扇輪盤、增壓壓氣機鼓筒30000循環(huán),壓氣機轉(zhuǎn)子20000循環(huán),高壓渦輪轉(zhuǎn)子20000循環(huán),低壓渦輪及低壓軸25000循環(huán)。5.4.4 材料CFM56-7CFM56-3兩型發(fā)動機中各種葉片所用材料的比較,在-7型中,熱端部件

8、中的葉片材料改用得較多,這主要是為了獲得較長的耐久性。圖、CFM56-7、CFM56-3各種葉片的材料維修性設(shè)計特點為了使CFM56-7獲得較好的維修性,在研制階段,進行了計算機輔助裝配設(shè)計的研究,即利用CATIA程序(計算機輔助三維交互式應(yīng)用軟件)對發(fā)動機外部管線及各種附件進行布局設(shè)計,并對各附件做出三維實體模型進行配裝,以保證各附件間以及與發(fā)動機機匣間,各導(dǎo)管間以及與機匣間有合適的間隙,最小的外場可換組件的拆卸包線,拆卸孔探儀座并安裝孔探儀時不需拆卸其他設(shè)備。由于在CFM56-7設(shè)計中,采用了較高的燃?xì)鉁囟仍６?見圖72),采用了已被驗證過的部件使發(fā)動機將具有較高的可靠性,以及高壓渦輪轉(zhuǎn)子

9、進口溫度采用了比 -3型低很多的溫度(見表12),因此可以達(dá)到降低維修費15%的設(shè)計目標(biāo)。圖72、幾型CFM56- 3、CFM56- 7的排氣溫度裕度在CFM56 -7上改善了對低壓轉(zhuǎn)子進行微調(diào)平衡的工作,就是 7型上的減少維修時間,簡化維護工作的一個例子。在CFM56-3上,可以在裝機(裝在飛機上)的條件下對低壓轉(zhuǎn)子進行微調(diào)平衡(動平衡),但需發(fā)動機開車24次,以獲取有關(guān)平衡的數(shù)據(jù),經(jīng)過計算分析后,可以確定不平衡量的大小與不平衡處的相位,這比以前需將發(fā)動機分解后,將轉(zhuǎn)子裝在動平衡機上進行平衡已有很大的進步(參見“CFM5-6發(fā)動機的本機平衡措施”)。在-7型上,利用機載的維護計算機系統(tǒng)在飛行

10、中收集各次飛行時發(fā)動機的振動值與不平衡的相位,在維護中,當(dāng)需要微調(diào)平衡時,只要在主菜單中選用“轉(zhuǎn)子平衡”,顯示屏幕即可指示需安裝的配重大小與安裝位置,換裝配重后,不需開車進行復(fù)核。這樣,不僅可大大提高平衡精度,而且費時極少。這種技術(shù)首先用于波音777飛機上。噪聲與排放污染下一代波音737研制目的之一就是要滿足21世紀(jì)對噪聲、排放物的限制值。對于降低噪聲,CFMI與波音公司一道,在發(fā)動機短艙,發(fā)動機本體設(shè)計中,采取了一些措施(見圖73),使裝CFM56-7的波音737-600、-700、-800飛機在三種條件下的噪聲值均大大低于 FAR36部第3階段或國際民航組織附件1第3章的限制值。圖74示出了在三種條件(起飛、側(cè)邊、進近)下的這三型飛機的噪聲值與規(guī)定值的比較。對于排放污染物,CFM56-7現(xiàn)有的單環(huán)腔頭部的燃燒室已能滿足目前國際民航組織的要求,根據(jù)統(tǒng)計,CFM56發(fā)動機在典型的930km航程中,除下降及滑行中,排放中CO占主導(dǎo)外,起飛、爬升、巡航時,排放污染物中主要是 NOX,因此,可以以 NOX的含量