(完整版)V2500發(fā)動機(jī)簡介

1、1第第 1 1 章章 V2500V2500 航空發(fā)動機(jī)簡介航空發(fā)動機(jī)簡介V2500是先進(jìn)的雙轉(zhuǎn)子、軸流式、高涵道比渦輪風(fēng)扇航空發(fā)動機(jī)，由國際航空發(fā)動機(jī)公司(IAE)設(shè)計生產(chǎn)。該發(fā)動機(jī)適用于中程和短程客機(jī)，它的推力在22000lbf33000lbf之間，專門為空客公司的A319.、A320、A321以及麥道公司的MD-90飛機(jī)設(shè)計。由于V2500發(fā)動機(jī)具有更高的可靠性和效率，同時還具有較低的噪音和廢氣排放，符合環(huán)保的理念。因此A320飛機(jī)的客戶大多選裝V2500發(fā)動機(jī)。到目前為止，V2500發(fā)動機(jī)的累計飛行小時數(shù)已經(jīng)達(dá)到4000萬飛行小時，已交付發(fā)動機(jī)達(dá)2600臺，固定訂單和意向訂單達(dá)5000臺

2、。V2500發(fā)動機(jī)的低壓轉(zhuǎn)子包括1級風(fēng)扇,4級低壓壓氣機(jī)，5級低壓渦輪；高壓轉(zhuǎn)子包括10級高壓壓氣機(jī)和2級高壓渦輪。其燃燒室為環(huán)形燃燒室。1.1 研制概況研制概況上世紀(jì)70年代中期，出于航空公司對130150座級飛機(jī)的需求，各大發(fā)動機(jī)制造商開始醞釀1015t推力的先進(jìn)渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)1983年9月， 美國普拉特惠特尼公司(P&W),英國羅爾斯羅伊斯公司(RR)，日本航空發(fā)動機(jī)公司(JAZC),聯(lián)邦德國的MTU公司和意大利的菲亞特公司聯(lián)合組成了國際航空發(fā)動機(jī)公司(IAE)，共同研制和生產(chǎn)一種推力為11100daN(250001bf)級的渦扇發(fā)動機(jī)，即V2500，型號編號中V表示五家公司合作

3、生產(chǎn)，2500表示以101klbf為單位的推力級，其中V2500-A1和V2500-A5應(yīng)用于空客A320系列飛機(jī)，V2500-D5應(yīng)用于波音的MD-90飛機(jī)。普拉特惠特尼公司占30%的股份，負(fù)責(zé)燃燒室、高壓渦輪和渦輪排氣機(jī)匣的研制；羅爾斯羅伊斯公司也占30%的股份，負(fù)責(zé)高壓壓氣機(jī)部分的研制； 日本航空發(fā)動機(jī)公司是由石川島播磨重工業(yè)公司(IEE)、川崎重工業(yè)公司(KHI)、和三菱重工業(yè)公司(MHI)組成，占有19.9%的股份，負(fù)責(zé)風(fēng)扇和低壓壓氣機(jī)的研制；德國的MTU公司占有12.1%的股份，負(fù)責(zé)低壓渦輪的研制；菲亞特公司占有8%的股份，負(fù)責(zé)附件齒輪機(jī)匣部分的研制。1985年12月第一臺發(fā)動機(jī)開

4、始運(yùn)轉(zhuǎn)， 但試車暴露出高壓壓氣機(jī)喘振裕度偏低，容易進(jìn)入失速的問題。在普惠公司的參與下，將風(fēng)扇增壓級增加到3級，高壓壓氣機(jī)壓比稍做降低，結(jié)構(gòu)也做了些許改進(jìn)，至1988年4月24日取得美國聯(lián)邦航空局頒發(fā)的型號適航證，7月開始裝在空中客車公司的A320上試飛，1989年5月正式投入使用。V2500發(fā)動機(jī)研制中采用了12臺試驗機(jī)，研制經(jīng)費(fèi)近12億美元。發(fā)動機(jī)采用了寬弦風(fēng)扇葉片、浮壁式燃燒室、單晶渦輪葉片和粉末冶金渦輪盤、葉尖間隙主動控制和全權(quán)限數(shù)字電子控制系統(tǒng)，降低了發(fā)動機(jī)的燃油消耗率，提高了發(fā)動機(jī)的可靠性和發(fā)動機(jī)的競爭力。1.2 結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)進(jìn)氣口：環(huán)形，無進(jìn)氣口導(dǎo)流葉片，無防冰裝置。風(fēng)扇：

5、單級軸流式。采用的是羅爾斯羅伊斯公司從RB211-524E4和RJ500設(shè)計和發(fā)展而來的無凸臺寬弦空心葉片，其增壓比為1.7，葉片材料為鈦合金，長度為558mm。它的制造是在兩塊鈦合金薄板之間放入同樣是鈦合金制成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)的材料，然后通過活性擴(kuò)散焊接的方法將其連成一體。這種葉片以極輕的重量獲得了極大的強(qiáng)度，可以抗擊外來物的擊傷。另外，由于其寬弦葉片本身的性質(zhì)，跑道上的細(xì)小碎片和塵土可以被摔倒旁路管道，因此同普通窄弦葉片相比，她可以使由于外來物擊傷而導(dǎo)致的發(fā)動機(jī)拆卸工作減少4倍。到現(xiàn)在為止，這種寬弦葉片在全球累積了1億小時的服務(wù)經(jīng)驗。低壓壓氣機(jī)：4級軸流式（V2500-A1為3級）。真空電子束

6、焊接的鼓筒以螺栓固定在風(fēng)扇之后，沒有放氣環(huán)。高壓壓氣機(jī)：10級軸流式。前5級靜止葉片可調(diào)，增壓比為16，壓氣機(jī)機(jī)匣為鋼機(jī)匣，后面級為雙層機(jī)匣。燃燒室：短環(huán)形。采用了普拉特惠特尼公司的浮壁燃燒室技術(shù)。燃燒室壁是由金屬層板外殼組成的，里面掛有合金扇形塊。這些扇形塊“浮”在它們和外殼之間的冷空氣上。這樣的設(shè)計提高了冷卻效率，消除了壓力，并且這些鑄件都可以單獨(dú)更換，因而減少了維修費(fèi)用。高壓渦輪：2級軸流式。采用三維設(shè)計葉形、冷氣單晶渦輪葉片和超塑性等溫鍛造的粉末冶金盤。材料為MERL76,第1級導(dǎo)向器用MAR-M509精鑄，第32級導(dǎo)向器用MAR-M247精鑄，渦輪外環(huán)采用可調(diào)主動間隙控制。低壓渦輪：

7、5級軸流式。采用三維設(shè)計葉形和葉尖主動間隙控制。附件：所有的附件置于風(fēng)扇機(jī)匣下方，第三代全權(quán)限數(shù)字電子控制系統(tǒng)由漢密爾頓標(biāo)準(zhǔn)公司提供；齒輪式燃油泵由森德斯特蘭/梯津賽伊奇(SI3)公司提供；燃油調(diào)節(jié)器由盧卡斯公司提供。1.3V2500 發(fā)動機(jī)技術(shù)參數(shù)發(fā)動機(jī)技術(shù)參數(shù)V2500-A1發(fā)動機(jī)：起飛推力(daN)11130總增壓比29.4巡航耗油率kg/(daN.h)0.592質(zhì)量(kg)2303推重比4.93空氣流量(kg/s)355.5涵道比5.40渦輪進(jìn)口溫度(C)1427風(fēng)扇直徑(mm)1613長度(mm)3200V2500-A5發(fā)動機(jī)：(見表1)V2500發(fā)動機(jī)性能參數(shù)發(fā)動機(jī)型號V2522-

8、A5V2524-A5V2527-A5V2530-A5V2533-A5應(yīng)用機(jī)型A319-100A319-100A320-200A321-100A321-200服役時間1997/101997/061993/121994/031997/04起飛推力22,00024,00027,00031,40033,000風(fēng)扇直徑(英寸)63.563.563.563.563.5空氣流量770781811858872涵道比4.94.94.84.64.5巡航燃油消耗率0.5430.5430.5430.5430.543表11.4V2500 發(fā)動機(jī)在中國的客戶發(fā)動機(jī)在中國的客戶在中國，V2500發(fā)動機(jī)為190多架在役的飛機(jī)

9、提供動力，確認(rèn)訂購的飛機(jī)有一半以上選裝V2500發(fā)動機(jī)。以下是V2500發(fā)動機(jī)在中國的客戶：一、中國國際航空股份有限公司：數(shù)量不詳。二、中國東方航空公司：數(shù)量不詳。三、中國南方航空股份有限公司：南航于1996年開始使用V2500發(fā)動機(jī)，是V2500發(fā)動機(jī)的最大用戶之一，總共運(yùn)行著136架配備該發(fā)動機(jī)的飛機(jī)，其中包括13架波音的MD-90和123架空客的A320系列飛機(jī)。有5架配備IAE發(fā)動機(jī)的飛機(jī)尚未交付，并于今年又訂購了20架A320飛機(jī)，全部選裝V2500發(fā)動機(jī)。四、四川航空股份有限公司：川航已經(jīng)投入服役和確認(rèn)訂購的A320系列飛機(jī)共85架， 已投入運(yùn)營的50架飛機(jī)裝備V2500發(fā)動機(jī)，

10、包括11架A321、25架A320和14架A319。今年川航又為其確認(rèn)訂購的A320系列飛機(jī)訂購了V2500發(fā)動機(jī)。五、上海航空股份有限公司：上航的10架A321飛機(jī)全部選裝V2500發(fā)動機(jī)。上航現(xiàn)在已經(jīng)并入東航。六、深圳航空有限責(zé)任公司：深航2009年訂購的28架空客A320飛機(jī)全部選裝V2500發(fā)動機(jī)，是IAE的新用戶。1.5V2500 發(fā)動機(jī)常見問題發(fā)動機(jī)常見問題一、高壓壓氣機(jī)HPC第3級葉片：高壓壓氣機(jī)HPC第3級葉片土臺的不規(guī)則磨損會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)提前更換，更有甚者出現(xiàn)發(fā)動高壓壓氣機(jī)第3級葉片斷裂，導(dǎo)致整臺發(fā)動機(jī)損壞。二、高壓壓氣機(jī)HPC第4級葉片：高壓壓氣機(jī)HPC第4級葉片也出現(xiàn)過斷裂

11、的問題。IAE曾懷疑這是因為葉尖和機(jī)匣間隙過小造成的， 由葉尖摩擦引發(fā)的也根部后緣位置產(chǎn)生交換應(yīng)力引發(fā)裂紋，實驗室的調(diào)查也發(fā)現(xiàn)所有裂紋的起點(diǎn)都是在葉片根部后緣處。三、高壓壓氣機(jī)5/6/7級葉片：5級葉片中曾有一批葉片在制造過程中使用了不合格的工具，導(dǎo)致葉片上的止動片槽應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致在翼飛行時5級葉片斷裂。另外6和7級葉片也出現(xiàn)斷裂的問題，通過重新設(shè)計葉根的形狀，增加葉根5部分的深度和寬度，為優(yōu)化葉片的平衡，葉片的安裝位置向壓力面前移，同時也改變了葉片的材料。通過一系列的改裝，高壓壓氣機(jī)第5/6/7級葉片的斷裂問題得到很好的解決。四、高壓渦輪1-2級空氣封嚴(yán)：高壓渦輪1-2級空氣封嚴(yán)有裂紋會

12、導(dǎo)致N2高壓轉(zhuǎn)子振動有突然增大的趨勢。通過改進(jìn)高壓渦輪的第2級靜子葉片，增加冷卻氣流，改善高壓渦輪1-2級空氣封嚴(yán)的冷卻，可以解決該問題。五、高壓渦輪第1級葉片的改進(jìn)：發(fā)動機(jī)在高推力的工作狀態(tài)下，葉片經(jīng)常會面臨葉尖燒蝕的問題，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)提前下發(fā)，在翼時間大大縮短。新的葉片應(yīng)用更好的內(nèi)部冷卻、合金材料和表面涂層，同時還增加了清除沙子的一些改進(jìn)措施。六、高壓渦輪第1級葉片外空氣封嚴(yán)問題：曾有發(fā)動機(jī)因外空氣封嚴(yán)冷卻孔堵塞，導(dǎo)致外空氣封嚴(yán)燒穿，進(jìn)而燒穿高壓渦輪機(jī)匣的例子。1.6V2500SelectOneTM針對V2500發(fā)動機(jī)出現(xiàn)的問題，IAE研制了改進(jìn)型V2500渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)V2500Selec

13、tOneTM，該發(fā)動機(jī)是最新的發(fā)動機(jī)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，按計劃于2008年投入運(yùn)行。在研制過程中，IAE悉心聽取了客戶對發(fā)動機(jī)改進(jìn)的意見，經(jīng)過努力，向用戶交付了可靠性最高、燃油消耗率最少、性能余度最大同時也是成本最低、排放最少、環(huán)境最友好的發(fā)動機(jī)。IAE聲稱改進(jìn)后的發(fā)動機(jī)燃油消耗率降低了1%,發(fā)動機(jī)的在翼使用時間延長了20%，并獲得了額外12度的ECT裕度（發(fā)動機(jī)排氣溫度裕度），同時減少了CO2和NOx等的排放。改進(jìn)型的V2500SelectOneTM發(fā)動機(jī)主要有以下改進(jìn)：一、高壓壓氣機(jī)48級葉片和35級靜子葉片更換為3D葉片。葉片的基本輪廓前緣由圓形變?yōu)闄E圓形，所有葉片表面都提高了光潔度。二、取消了原來高壓壓氣機(jī)第6/7/8級的減震絲。三、 高壓壓氣機(jī)VSV可調(diào)靜子葉片的控制邏輯也做了相應(yīng)的改變。 改裝了3/4級轉(zhuǎn)軸作動壁上低速校裝孔的位置，提高了發(fā)動機(jī)在啟動過程中的喘振