d436涡扇发动机还有潜力发展吗？RD-93发动机总体结构设计

d436涡扇发动机还有潜力发展吗？RD-93发动机总体结构设计图5 、F110发动机转子支承方案低压转子采用了1 1 1支承方案 即风扇转子前、后各1个支点(即1号、2号支点 如图4所示) 低压涡轮后1个支点(5号支点) 其中2号支点为止推支点 即该支点为滚珠轴承。 图4 、RD 93发动机支承简图3.1 转子支承方案3.1.1 低压转子

陈光/文

总体结构设计

RD 93发动机高压 低压转子共用5个支点支承 其中4号支点为中介轴承 3个承力框架 如图4所示。基本支承方案同于西方国家的F101、F110、F404、M88与F119等发动机 但某些具体结构设计例如4号、5号支点却有其独特之处。

高压、低压转子分别采用了刚性、柔性联轴器。

图4 、RD 93发动机支承简图

3.1 转子支承方案

3.1.1 低压转子

低压转子采用了1 1 1支承方案 即风扇转子前、后各1个支点(即1号、2号支点 如图4所示) 低压涡轮后1个支点(5号支点) 其中2号支点为止推支点 即该支点为滚珠轴承。

图5 、F110发动机转子支承方案

RB199及EJ200发动机中 与 RD 93一样 风扇无进口导流叶片 但为了简化结构 减少发动机承力框架与油腔数 减轻发动机重量 这两型发动机在风扇前均未设置支点 将进气锥固定在第1级风扇轮盘前端成为旋转的进气锥 图8示出了 RB199的支承简图 从图8可见 风扇转子是悬臂地支承的。

图6、 F100发动机转子支承方案

RD 93风扇既无进口导流叶片或可变弯度进口导流叶片 却采用了类似F110等发动机的在风扇前设置1个支点的设计 这是由于它的风扇有4级 如前端不设支点而呈悬臂状仅支承于后端 悬臂过长 会影响转子的正常工作。

当然 在风扇前端设置支点后 要专门设置1个承力框架(如有进口导流叶片 可以利用该叶片作为承力件) 还要有对轴承的滑油供油、回油及封严装置等 不仅使结构复杂 而且重量加大。

图7、 F404发动机转子支承方案

低压转子后支点(5号)设计得比较特殊 固定于低压涡轮轮盘后端的后轴转折后通过轮盘中心向前伸 而5号轴承外环固定于位于低压涡轮轮盘中心处的后轴内径中 与转子共同旋转 轴承内环则固定于涡轮后轴承支承座中 如图9所示。这种一反常规的设计是不得已的一种设计。

低压转子的止推支点设置在风扇后即2号支点处 F100与 F110也是这种设计。

在这种设计中 由于转子的轴向、径向负荷直接传到风扇与高压压气机间的中介机匣上 而发动机的主安装节也装于中介机匣上 因此传力路线短。

图8、 RB199发动机转子支承简图

3.1.2 高压转子

高压转子由于长度较短 几乎所有战斗机用发动机均采用两个支点支承 RD 93也采用两个支点的1 0 1支承方案 即在高压压气机前设置1个支点(3号) 高压涡轮后1个支点(4号) 且4号支点做成中介支点。

所谓中介支点是指该支点的轴承 内环支承于1个轴上 外环支承于另1个轴上 即轴承内外环以不同转速旋转着 此种轴承称为中介轴承 亦称为轴间轴承。在 RD 93中 4号轴承的内环固定于低压涡轮轴上 外环固定于高压涡轮后轴上。

图9、高、低压涡轮后轴承支承结构图

高压涡轮后轴通过中介轴承支承于低压涡轮轴上的设计始于20世纪60年代、用于B 1轰炸机的F101发动机 由于这种设计可以减少1个承力框架及相应的油腔、供回油装置等 不仅减少零件数目与重量 且可提高发动机的可靠性;

但它要求低压转子能平稳工作 否则会对高压转子带来甚为严重的后果。此后 这项设计在 GE公司以及与 GE公司合作的法国SNECMA公司的军民用发动机中广泛得到应用 例如军用发动机中的 F110(见图5)、F404 (见图7)与 M88(见图10) 民用发动机中的CFM56。

图10 、M88发动机转子支承简图

普惠公司在其发展的军民用发动机中一贯使用如图6所示(F100)的设计 即高压转子的后支点置于高压压气机与高压涡轮间 轴承负荷通过燃烧室内机匣经扩压器的径向固定叶片传至燃烧室外机匣。

但是普惠公司在20世纪90年代为第四代战斗机F 22研制的推重比为10一级的发动机F119中 却一改以往的做法 也将高压转子的后支点设在高压涡轮后 采用中介轴承支承于低压涡轮轴上 如图11所示 由图11可见 与前述发动机不同的是中介轴承的内环固定于高压转子上 外环固定于低压转子上。

图11、F119发动机简图

罗·罗公司的三转子军民用发动机中 由于转子数多 一定要采用1个中介轴承 例如图6所示的军用发动机 RB199中 高压涡轮后轴即通过中介轴承支承于中压涡轮轴上的 此中介轴承的固定方式同于F119的 即轴承内环固定于高压轴上 而外环固定于转速相对低的中压轴上。

由以上众多发动机均采用了中介轴承将高压涡轮支承于低压转子的设计 说明这种设计是一种简化结构、减轻重量的一种好的设计技术。

RD 93与 AL 31F苏制发动机也采用了将高压涡轮后轴通过中介轴承支承于低压涡轮轴上的设计 适应了技术发展的潮流 但是由于当时生产条件的限制 为了保证低压转子不对高压转子产生不良影响 不得不采取一些特殊(RD 93)或复杂(AL 31F)的结构设计 使得这一具有优势的独特设计逊色不少。

3.2 承力框架

RD 93与F100、F110、F404及 M88等发动机一样 采用了3个承力框架 即:进气机匣、中介机匣和后轴承机匣。

3.2.1 进气机匣

进气机匣也称风扇前机匣 如图12所示 由4根沿轴线呈倾斜状的流线型支板及同心地焊接在一起的内外机匣组成的。

在 F100等发动机中 传力的结构由可变弯度的进口导流叶片的前缘固定部分承担 但 RD93既无进口导流叶片 也无可变弯度进口导流叶片 所以只能采用专门的流线型支板来传力 这种设计在西方国家的军用发动机中还很少见到。

3.2.2 中介机匣

在军民用发动机中 风扇与高压压气机间的中介机匣都作为支承风扇后轴承及高压压气机前轴承的承力框架 RD 93采用了这一传统的设计。

图12、风扇前机匣(进气机匣)结构图

3.2.3 后轴承机匣

这也是许多军民用发动机中采用的典型承力框架 只是在其他发动机中 固定于后轴承机匣上的后轴承支座是用以固定涡轮后轴承外环的 而在 RD 93中 后轴承支座是用以固定涡轮后轴承内环的 如图9所示。