气动实验台(硬核航空 通用电气F110-GE-129R、 BR715发动机整体叶盘简介)

F110 GE 129R发动机

1995年,GE公司着手将用于 F-16 与F-15 战斗机的 F110-GE-129 发动机进行改进,以延长发动机的寿命,提高热端部件的检查间隔时间等。改进的发动机命名为F110-GE-129R。

在F110-GE-129R 中,主要的改进是采用了一套新的风扇,如图15 所示。新风扇仍保持3级,且进口直径维持原来在一129型中的尺寸;以便改进型的发动机能换装在原飞机上,但3级风扇叶片均换用了宽弦叶片,弦长比原型机长50%;另外,所有3级的转子均采用了整体叶盘。

图15 、F110 GE 129R发动机的风扇转子

由于新的风扇采用了宽弦与整体叶盘设计,使风扇部件效率提高,在维持发动机推力不变的条件下,涡轮前燃气温度可降低,使热端部件的检查间隔时间由4000TAC循环(战术空军循环TacticalAirCombatCycles或总积累循环)提高到6000TAC循环,每飞行小时的使用成本可节约$250.0,发动机在寿命期内的计划返修可少3次;如保持涡轮前燃气温度,则推力可增加5.8%。

由于3级风扇采用了整体叶盘,使转子的零件数只是F110-GE-129型的1/3;由于采用宽弦叶片,使叶片前缘得到加强,提高了叶片抗外来物击伤的能力;新的风扇叶片在设计中,采用了三维气体动力学计算技术,提高了风扇的喘振裕度。

该项改进工作得到美国空军的支持,改进后的试验工作始于1995年11月,到1996年3月已试验了120h,美国空军和GE 公司已为改进的研制工作投资二千万美元,改进的发动机于1998年投入批生产。

4.4 F100-PW-229A发动机

在 GE公司对F110-GE-129的风扇进行改进的同时,普惠公司也对其用于 F 15与 F 16战斗机的F100-PW-229发动机的风扇做了类似的改进,即将3 级风扇的叶片改为宽弦设计,转子采用整体叶盘,但不同的是仅后两级采用整体叶盘,第1级仍用常规的带榫根的设计。

改进后的发动机命名为F100-PW-229A。新的风扇部件效率增大,叶片的强度加大,除提高了叶片的抗外来物击伤能力外,在维持原F100-PW-229型推力不变的前提下,涡轮前燃气温度可降低49℃,热端部件的检查间隔周期也由4000TAC循环提高到6000TAC循环,如维持涡轮前燃气温度不变,则发动机推力可提高10%。

改进的风扇试验工作始于1995年夏,到1996年3月已试验了280h,换装新风扇的发动机已试车110h,改型的发动机于1999年定型并投产。

图16、GESFAR试验风扇的第1级风扇转子

4.5 GE公司的试验风扇

GE 公司在1996年中,又进行了一项新的风扇部件试验,该新风扇具有高速、小展弦比与前掠叶片的特点。由结构设计看,它采用了整体叶盘结构。试验的风扇由两级组成,第1级采用了前掠结构,第2级原采用了常规的设计,将要重新设计,以使带掠叶片的优点能充分发挥出来。

高速、小展弦比与前掠叶片具有抗进气畸变能力大(约大80%),喘振裕度大(约大几个百分点),进气流量大(约大10%)因而推力也会大,效率高等特点。此新的试验风扇如图16所示,已于1996年4~6月在美国俄亥俄州怀特 巴特森美国空军基地压气机试验台上试验,该两级压气机试验台称为 GE 公司前掠气动研究试验台(GESFAR 试验台),此项试验工作得到美国空军及海军的资助,试验的整体叶盘由高强度钛合金制成,其叶尖直径为508~635mm,空气流量约为100kg/s。

4.6 Fl19 PW 100发动机

美国普惠公司为F-22战斗机研制的推重比为10.0的Fl19 PW 100发动机中,3级风扇与6级高压压气机的转子,全部采用了整体叶盘,是目前唯一的一种在风扇与压气机中全部采用整体叶盘结构的发动机。

它的第1级风扇叶片做成空心的,是用钛合金采用扩散连接方做成的,用线性摩擦焊将空心叶片焊到轮盘上形成整体叶盘,使该级转子重量减少了32kg。

图17、 BR715发动机结构简图

4.7 BR715发动机

在民用大型发动机中,20世纪90年代也开始采用整体叶盘结构。宝马 罗·罗公司于 1994年启动的、为波音717客机研制的BR715高涵道比涡扇发动机(如图17所示)中,在如图18所示的风扇后两级增压压气机,全部采用整体叶盘结构,且两级焊接在一起形成整体转子。

它的整体叶盘是在5坐标数控铣床上加工的。由于BR715发动机是第一种采用整体叶盘的发动机,有的航空公司对它的可靠性与维修性尚有怀疑,因此它还有第二个备选方案,即增压压气机的转子采用常规的带榫根的结构,到底采用整体叶盘与否,由用户即航空公司决定。BR715发动机还曾是我国 AE100飞机的候选发动机之一。