CFM56-3发动机 122

7CFM56-3型发动机装配改进CFM56-3型发动机于1984年取得适航证，并于1984年11月装于波音这样才使进口处下缘与地面保持了0.711m的高度(仍比JT8D的0.762m低)。从图19可以看出，波音737-300飞机发动机进口处的外形做成椭圆形，这是各种飞机中少见的一种进口形状。7.1基本结构CFM56-3(见图20)是在CFM56-2的基础上，将风扇直径改小而成的，因此，除风扇部件外，其余结构均同与-2型的，图21示出两型发动机的共同之处及不同之处由图21可以看出，新的风扇叶片是由CF6-80的风扇叶片按比例缩小而成，用中间凸肩取代了-2型中的叶冠结构，另外，增压压气机也稍做了改动，而承力框架及外机匣、包容环则改用了新的结构。7.3CFM56-3轴承支承构造低压和高压转子共用5个轴承支承，其中有1个中介轴承，低压转子支承方案为0-2-1高压转子支承方案为1-0-1，高压后轴通过中介轴承(4号)支承于低压涡轮轴上；前面3个轴承装在中介机匣上，共用1个滑油腔；后面2个轴承支承于涡轮后轴承机匣中，共用1个滑油腔。CFM56-3总体结构设计概括起来是：2个转子、5个支点(其中1个中介支点)、2个承力框架(中介机匣、涡轮后轴承机匣)、2个滑油腔。图7示出了它们的简图7.2性能发动机的性能参数比较如下图。在CFM56系列中有发动机性能参数。7.3风扇叶片Ti／TA6v钛合金做的实心、带中间凸肩的风扇叶片取代了-2型中的46片带冠叶片，叶身高368mm根部为燕尾形榫头。其安装方式同于-2型，虽然叶身上带有减振的中间凸肩，但在使用中叶片中振动应力仍大，因此，1989年12月起在根部加装减振块(见图22)，利用减振块与叶片中间根间的相互干摩攘减振，将振动应力减低。据俄罗斯的研究表明，采用干摩擦的减振块后，能将叶片的振动应力降低60％左右，减振效果甚佳。罗·罗公司的RB211-535E4、TRENT等发动机的高压涡轮叶片(带冠)中，也装有类似结构的减振块。型号年代、飞机增压比涡轮前温度K涵道比起飞F（N）起飞SFCWJ550’sY77.21088~2133KW0.349JT3D70’sB7071615001.0943080.51CFM56-380’sB73724.315886.1891720.35GE9090’sB77739.317038.43825000.278在CFM56-5型上，沿用了-3型的这种减振块。图22还示出了减振块的安装结构，减振块装于叶身底座与榫头间截面较窄的中间根处，夹在两叶片间，由于中间根呈前小后大的三角形，因此，减振块也做成三角形的，为避免减振块由后端逸出，在轮盘后缘安装了由螺栓固定到轮盘上的保持块，减振块后端铣出的台阶面卡在保持块中。3型的风扇轮盘做了较大的改动，由图23可见，与轮盘做成一体小轴，在-2型中是由盘前缘向前伸的(见图12)，因此，风扇轴是穿过盘孔与小轴相连接的；在-3型中，小轴是由轮盘后缘向后伸出的，因此，风扇轴是在轮盘后端与小轴相连接，不需穿过盘心，这盘心的孔径可以小些，相应地轮盘厚度可以薄些。固定在轮盘前缘的进气锥做成两段，后段用RR58／AU2GN铝合金做成，用后安装边与轮盘相连，并作为风扇叶片的前挡环，防止叶片由前端逸出。前锥是用KINEL5504复合材料做成的锥形薄壳件，它与后段用过盈配合并用螺钉连接。全锥形进气锥具有较好的防冰能力，但是砂石、雨水和碎冰等外物易于进入核心部分，在CFM56-3出现几次飞机遇到大雨造成空中停车事件后，除了采取其他措施(后文将叙述)外，对前锥的形状进行了试验研究，结果发现如果前锥做成椭圆形，有利于将外物甩向外涵道，因此，1991年2月将前锥改成椭圆形。目前，这两种形式的前锥同时在使用中的发动机存在，新生产的发动机则按椭圆形前锥生产,GE90采用了类似的前椭后锥的结构。为了使人们容易发现发动机是否在工作，于1984年5月起，在进气锥上加涂一白色螺线形条带，如图24所示。据称，当发动机工作时这种白色条带形成的变幻的色带．不仅使人们看出发动机是在旋转着，而且可驱散远方的飞鸟。罗.罗公司的发动机，也采用了类似的白色条带。发动机在大雨中，吸入的雨水未能在进入核心机前甩出到外涵气流中，是造成这四起事件的主要原因，因为在发动机设计阶段，对此了解不够，因而在设计中没有采取较好的措施，例如风扇出口的分流环距风扇叶片后缘太近等。为了解决遇大雨，雨水进入核心机过多的问题，采取了下述几个措施：(1)加大风扇叶片与分流环的间距，将分流环(风扇后外涵，内涵气流分流处的环形结构)的进口整流罩换装长度较小的，使分流环与风扇叶片后缘的间距加长(1989年5月)，便于将进入风扇后的雨水甩到外涵。在CFM56-3的原设计中，分流环与风扇叶片后缘的间距很短，见图25。由图25可看出，风扇叶片后缘与分流环之间的距离太近。因此，在CFM56-3之后发展的发动机，分流环与风扇叶片后缘的间距均做得较长，图26、27分别示出GE90-115B、RB211-535E4风扇叶片与分流环的结构图，由图26，27上可见分流环与风扇叶片后缘的间距均较大，即是2例。(2)加装放气活门。重新在增压压气机后加装12个放气活门，在发动机慢车状态下打开可将进入发动机的外物包括雨水甩到外涵气流中(1989年5月)。一般放气活门设置在增压压气机出口拐弯处，便于水在拐弯处离心力作用下甩到外涵，如图26中GE90-115B的放气活门。（3)提高空中慢车转速。在坏天气条件下着陆时，将发动机空中慢车转速加高到45％N1(正常情况为32％N1)，以增加雨水流过风扇、增压压气机的离心力，增加将雨水甩到外涵的能力。(4)进气锥改形。将进气锥改成先椭后锥的形式。对于前两项，不仅新生产的发动机要贯彻，在外场使用的约1500台发动机也进行改装。为了考核这些改进是否能在特大雨中有救，进行了一次特有的飞行试验，如图28所示，利用一架美空军的KC-135空中加油机盛满水，作为喷水设备，飞在用波音707改装的飞行试车台的前上方，试验的CFM56-3发动机装在左翼外侧发动机吊舱中。加油机的加油管正对试验发动机的进气口处喷水，以模拟飞机在空中遇到大雨的条件，试验结果表明，这些改进是合适的，因此，在CFM56-5型中也采用了。V2500发动机在设计中，将风扇叶片后缘与分流环间的间距拉得很开，加上采用了宽弦风扇的叶片，使进入核心机的水量较小。在取证试验中，它的吞水量比FAR33部要求的4％大5倍，也即吞入了空气质量流量20％的水进行试验．结果仍然很佳。因此，在新设计的发动机中，都在此处留有较大间距，图9所示的普惠公司的MTFE发动机即是一例。在CFM56发动机中，它的最新型号CFM56-7也采用了大的间距。7.4压气机7.4.1增压压气机结构如图15由进气锥、风扇叶片、增压转子、增压转子、增压器工作叶片、风扇承力框架组件组成。3级增压压气机转子采用了鼓式结构，直接与风扇轮盘后缘安装边用螺栓连接。由于增压压气机转子转速低，直径小，轮缘处的切向速度小，因此，在所有高涵遭比涡扇发动机中，均采用纵向刚性好、结构简单的鼓式转子。7.4.2高压压气机结构(见图29)。9级压气机压比约为12.0，平均级压比为1.32，第1级工作叶片叶尖切线速度为400m/s，平均展弦比为1.49，转子做成盘鼓混合式的结构，由5个组件组成，即钛合金做的前轴、1～2级转子、3级轮盘，由镍基合金做的4～9级转子，压气机后篦齿封严盘，在第3级轮盘处用螺栓将1～2级转子、4～9级转子,前轴连接起来，在后篦齿封严盘处，用螺栓将压气机转子与高压涡轮转子连接组成发动机的高压转子。钛合金做的1～3级工作叶片用轴向燕尾榫头装在相应级中的轮盘轴向榫槽中，而镍基合金做的4～9级工作叶片则分别装在各级轮盘的环形燕尾槽中，所有的工作叶片均可在不分解转子的情况下拆换，4级盘与5～9级转子均用低压(增压)压气机后的空气通过前轴上的几个孔引入转子内腔中，进行内部冷却，图30示出了转子内部冷却空气流动情况。第1级工作叶片上，作有增加刚性的肋条，用以防止流入核心机的外物打坏第1级工作叶片，除此之外，进口导流叶片不仅做成弯刀形式，还与工作叶片前缘间留有较大缝隙，以避免外来物(鸟等)卡在静叶与工作叶片间弄坏工作叶片。各级工作叶片数为：38，53，60，68，75，82，82，80，76。大涵道比风扇发动机受力及压气机内部冷却如下图。7.5机匣机匣做成沿圆周是对开的两半．由前至后又做成两段，前机匣的前段上装有从进口导向叶片到第5级静叶共6排静叶，前机匣的后段从第3级静叶后向后呈扩张形，直至第5级静子叶片后缘，然后与也做成扩散形的延伸机匣用螺栓相连，延伸机匣向后延伸直到第9级工作叶片后缘处，与燃烧室外机匣前伸段相连，形成压气机后段的外层承力机匣，用Incol718做成的延伸机匣与用钛合金做的前机匣虽是用螺栓连接在一起，但一经连接后，就不允许再分解。由于前机匣与1～3级工作叶片均是用钛合金做的，为避免工作中钛制工作叶片与钛制机匣相磨碰引起钛着火问题，在机匣内径与工作叶片相对应的位置上，嵌有防火隔层及易磨层，见图29中圆图中所示。由进口导流叶片至第3级静叶共4排，做成安装角是可以调节的。安装6～8静叶的后机匣由Incol903做成，用后安装边与燃烧室外机匣前安装边用螺栓相连，前端是悬臂地插在前机匣中。第9级的静叶做在燃烧室中的扩散通道内。压气机前后机匣在使用中均做了较大的改动，前机匣于1988年2月改用M152合金钢做，而且将原来用Incol718做的延伸段也改用M152，将两者作为一整体。改用合金钢后，取消了原来装在机匣内的防火隔层，这一改进，使零件数目减少了约140件，重量增加5.64k由于M152的膨胀系数低于钛台金的，因此机匣内径向内缩小了0.127mm。CFM56-3的高压压气机后机匣原来用低膨胀系数的Incol1903合金做，1986年11月改用了Incol1907做，Incol1907也是低膨胀系数合金，但它抗锈能力较好，用以提高后机匣的抗锈蚀能力。后机匣原来沿圆周做成上下对半的，但在1984年12月改成沿圆周做成四段，即每90°一段，分开面分别在垂直与水平位置上。但在-5系列中又恢复成上下两半的结构。在使用中曾出现第1、第2级工作叶片燕尾型榫头在轮盘的榫槽中磨蚀并引起叶根断裂的事件，反映出榫头长度不够，为此，由1991年1O月起，将叶片榫头加长，相应地将轮盘厚度也加大。第1级叶片掉头轴向长度增加7.6mm，叶身未做变化，第2级叶片榫头轴向长度增加了6.4mm，叶身只是在靠近根部处厚度稍为增大了一点，其他全部未变。为适应叶片榫头轴向尺寸加大，1,2级轮盘相应地做了改动，由于榫头尺寸加大，叶片重量相应加大，为此，轮盘其他尺寸也稍做修改，见图31所示。做了上述改动后，发动机重量增加了2.7kg。CFM56-5系列上。原来的结构同于-3的，在-3型做了改进后，-5系列发动机上也于1991年底做了类似的改动。7.6燃烧室燃烧室由扩压器，火焰筒，外壳，内壳，涡流器，喷咀，点火器组成。7.6.1发动机燃烧室要求（1）各种条件下稳定燃烧不脉动、不息火；（2）具有高的完全燃烧度和最小的散热损失；（3）有大的容热强度；(物理意义)（4）口流场符合要求；（5流体阻力小；(总压恢复系数)（6结构简单，维修方便，寿命长；（7）启动性能好7.6.2短环形燃烧室有20个低压喷嘴，由燃油总管来的燃油是单路的，进入喷嘴后，在弹簧加载的分配活门作用下，分成主、副油路进入喷口，这种设计使外部管路简单了，但却使喷嘴复杂化(通常，分配活门装在燃油控制器后，用两个油管与喷嘴相连)，为了减少启动时燃烧不完全造成排放污染，在1985年1O月后，将4个喷嘴(7，8，14，15号，从后向前看，1号位于最上方)或2个喷嘴(14．15号)的主油路燃油量加大(加大43％)，造成启动时局部富油。7.7火焰筒火焰筒结构（见图34）外壳、内壳在前端装有20个球状的头部，并装有外、内整流罩，在原设计中，三者是焊接在一起的，1984年10月改为用螺钉连接(自锁螺母先焊在整流