注册 登录  
 加关注
   显示下一条  |  关闭
温馨提示!由于新浪微博认证机制调整,您的新浪微博帐号绑定已过期,请重新绑定!立即重新绑定新浪微博》  |  关闭

小飞猪的博客

让心灵在天空中飞翔

 
 
 

日志

 
 

世纪动力-CFM国际公司的LEAP涡扇发动机  

2014-10-26 21:38:21|  分类: 民用航空 |  标签: |举报 |字号 订阅

  下载LOFTER 我的照片书  |

 世纪动力-CFM国际公司的LEAP涡扇发动机 - 小飞猪 - 小飞猪的博客

 在GE空中试车台上试飞的LEAP-1C涡扇发动机

    10月6日,CFM国际公司的LEAP涡扇发动机进行了首次试飞,标志着这型先进的发动机距离实用又迈进了一大步。

     根据相关新闻报道来看,目前前进行测试的构型是一个全集成推进系统(IPS)。该IPS是行业首创且专用于LEAP- 1C发动机,它用于我国C-919客机。CFM提供发动机以及由奈赛公司开发的短舱和反推装置。这些部件,包括由中国商飞提供的吊架被设计为相互连接,形成一个整体系统,将实现更佳的空气动力学原理,重量更轻、更易于维护。需要指出的是目前LEAP三个型号,分别是用于空客A320NEO的LEAP-1A,用于波音B737MAX的LEAP-1B,用于我国商飞C-919的LEAP-1C,其中1代表LEAP第一代发动机,而A、B、C对应三个不同的用户,有趣的是他们排列在一起恰好就是ABC。

     LEAP是CFM国际公司在CFM56的基础上研制的新一代大涵道比涡扇发动机,用于新一代150-200座级单通道客机,CFM56是目前这个级别客机运用最为广泛的发动机,根据相关资料,这个级别的客机之中有80%左右使用的CFM56涡扇发动机,其总销量达到20000部,飞行小时超过5亿小时左右。

世纪动力-CFM国际公司的LEAP涡扇发动机 - 小飞猪 - 小飞猪的博客

 CFM-56是目前单通道飞机的主要发动机


从1979年投入使用到现在,CFM-56一直在不断发展之中,共发展出CFM-56-2/-3/-5/-7共4个系列20多个改进型号,通过不断采用最新技术,其耗油率下降了20%,可靠性和耐久性也大为提高、噪声和污染水平显著降低,维修成本和费用明显下降。根据国内相关航空公司的说法来看,CFM-56-7B的波音-737NG飞机比早期的波音-737-300飞机单位座可以降低2.39美元左右,以一架飞机每年飞行3000小时,上座率为70%计算,每年可以节省80万美元左右。还不加上噪声及环境所带来效益,所以CFM-56技术进步给航空公司带来的效益还是非常明显的,这也是它能够在国际市场长期热销的根本原因。

上世纪90年代以后,CFM公司预测在新世纪空客和波音公司将会推出B737和A320的后继机,因此便着手开始新一代大涵道比涡扇发动机计划,作为这些新型客机的动力系统,以便在新世纪能够继续延续CFM56的辉煌,在计划开始这前,CFM公司与空客、波音公司以及主要航空公司、航空工程维护公司进行了就新一代发动机所需要的性能、指标等进行了详细的讨论,以便确定新型发动机的性能重点,以及投入的重点。

经过沟通,CFM公司确定了新一代发动机需要以下几个方面的性能:首先就是燃油经济性,随着石油的快速消耗,化石能源越来越紧缺,成本也随之上升,新世纪航油成本已经占到航空公司运营成本的35-40%左右,因此降低燃油消耗对于航空公司来说至关重要,尤其是正在兴起的廉价航空公司,它的主要盈利手段就是降低成本,所以燃油经济性是一型发动机在能否在市场上取得先机的关键。

世纪动力-CFM国际公司的LEAP涡扇发动机 - 小飞猪 - 小飞猪的博客

 新一代单通道客机对发动机提出了更高的要求


还有就是较高的可靠性和较低的维护成本,随着经济水平的提高,新世纪航线及航班将更加密集,飞机使用率也更高,所以要求发动机能够有更好的可靠性,以提高航班的正点率,同时其维护成本也需要降低,以进一步减少航空公司的运营费用,环保也是未来发动机需要注意的一个方面,目前各国尤其是发达国家采取越来越严格的环境标准,这些都对新发动机提出了更高的挑战,要求它们具有更低的噪声和排放。根据这些要求,CFM公司确定新型发动机的性能重点是在保持维护和使用成本不变的情况下,大幅度降低发动机的油耗、排放及噪声,以适应新世纪客机的要求。

在LEAP所有性能指标之中最重要也是最关键就是燃油经济性要提高15%,CFM公司认为这里面一部分可以通过进一步增加发动机涵道比来实现,还有一部分可能通过优化压气机设计、改善燃烧室性能以及提高发动机系统的性能来实现 ,考虑到新型发动机研制的难度,所以LEAP在研制的时候较多的参照了GE公司新一代GENX发动机的技术,较好实现了技术的共通性,降低了研制难度,节省了费用,同时也加快了研制进度。

世纪动力-CFM国际公司的LEAP涡扇发动机 - 小飞猪 - 小飞猪的博客

LEAP的部分技术来源于GENX

 

从涡扇发动机的原理我们可以知道,涡扇发动机涵道比越大,那么发动机效率就越高,所以CFM公司认为LEAP性能提高有一半左右可以通过提高涵道比来实现,因此LEAP的涵道比由CFM-56的5.5左右提高到了10,相应的LEAP-1的发动机直径也增加到1.98米,而CFM-56大约在1.55米左右,最大的CFM-56-5(用于A340客机)也只有1.8米左右,不过根据CFM公司的说法,由于飞机总体设计上面的问题,只有A320NEO和我国C-919能够使用1.98米发动机,而737-MAX只有使用1.78米直的风扇,所以效率上可能要低于前两种飞机,LEAP发动机还采用了可变面积风扇外涵喷管,通过调节发动机外涵道的面积,控制外涵气流速度,在不同飞行状态下都可使发动机始终处于最佳工作状态,同时还可以有效降低噪声。

世纪动力-CFM国际公司的LEAP涡扇发动机 - 小飞猪 - 小飞猪的博客

 LEAP发动机的风扇特写,奇形怪状方显功力


发动机直径越大,那么风扇的长度和数量也会随之增加,这样就会增加风扇和发动机的重量,高速旋转的叶片对于轮盘也会带来巨大的载荷,影响发动机的性能,同时也会增加叶片通道之中的激波强度,降低发动机的效率,因此先进涡扇发动机的叶片数量是在一直减少之中,CFM-56有24个风扇叶片,重量达到120公斤,而LEAP采用了宽弦后掠三维成型复合材料叶片,边缘用钛合金加强,数量只有18个,该技术制作的叶片不仅重量轻,18个叶片的重量只有70公斤左右,而且结构牢固,抗鸟撞能力强,制造成本却相对较低。由于叶片数量减少,加上采用了后掠设计,可以降低了叶片通道之中激动的强度,从而提高发动机的进气流量,增加推力,降低油耗,根据CFM公司曾经在CFM-56-7上面采用这样叶片,运行试验结果表明,可以增加空气流量2%,推力增加5%,油耗下降1%,它的外喷口还采用锯齿状尾喷管,并且还将采用3个由形状记忆合金材料制成的联锁片并通过一个控制器改变喷管的出口面积,在不同的出口流量下保持喷口面积的连续改变。结果证实,发动机在起飞和进场时的噪声大大降低。另外LEAP的风扇机匣采用了复合材料制造,这是继GEnx后笫2种釆用复合材料的GE发动机。由于在风扇部件中采用了复合材料的叶片与机匣,使装LEAP发动机的飞机每架可减重约450 公斤,这样就可以减少飞机的空重,增加航程和载荷。 

世纪动力-CFM国际公司的LEAP涡扇发动机 - 小飞猪 - 小飞猪的博客

LEAP发动机采用的先进技术

 

风扇增径和空气流量的增加需要发动机有更大的总压比和更好的燃料室来配合,才能进一步改善发动机的性能,这样就需要高性能的核心机。LEAP的核心机是通过CFMI的eCore(e表示高效率低污染)计划发 展而来,eCore是集GE90、GP7200与GEnx等发动机的使用经验再加上CFMI的TECH56计划的先进技术发展而来的,它结构更简单紧凑、重量更轻,压气机和涡轮承载能力更强、效率更高;发动机的调节和控制系统更先进。

LEAP的核心机的特点有:由2级高压涡轮驱动的10级特高增压比的高压压气机,其总压比高达50,而现在的CFM-56大约是25左右;高压涡轮中叶片釆用第三代三维气动设计的叶型,具有先进的气体动力学特性,采用了高性能的材料与先进冷却技术。低压涡轮采用了新一代三维气动设计。低压涡轮转子叶片使用了先进的耐高温、重量轻的钛铝金属间化合物材料。低压涡轮导向器叶片的材料为陶瓷基复合材料(CMC),其质量仅为传统材料的1/2甚至更轻,但可以耐1200℃以上的高温,且无需冷却,易于加工。LEAP的燃料室采用了第二代双环预混旋流器燃烧室,它在启动和慢车状态只向外腔供油,这个时候气流速度低、油气比高、燃烧时间长,所以具备启动时间快、不容易熄火、排放小等特点,其他状态下向两个腔同时供油,燃油燃烧效率更高,火焰温度更低,燃烧室出口温度场也更均匀,污染物排放更低。

世纪动力-CFM国际公司的LEAP涡扇发动机 - 小飞猪 - 小飞猪的博客

 可以看到LEAP的复合材料机匣


由于采用了较多的新技术,让LEAP-1X的性能比现有的CFM-56有大幅度提高,根据相关资料:LEAP-X燃油消耗可减少16%,二氧化碳排放量可减少16%,氮氧化物排放量不足其 60%,且更为安静。这些都为LEAP系列发动机在新世纪延续CFM56的辉煌打下了坚实的基础。

世纪动力-CFM国际公司的LEAP涡扇发动机 - 小飞猪 - 小飞猪的博客
 LEAP-1C是C-919目前唯一的动力系统


按照波音公司的说法,我国未来可能需要4300架单通道客机,那么需要的发动机数量就达到8300部,再考虑到备份发动机,这个数量可能会超过10000部,相当于CFM-56总销量的50%,CFM国际公司显然希望这些飞机之中大部分都配备LEAP系列发动机,特别是LEAP-1C是C-919目前唯一的发动机,显然这个对于LEAP占领我国航空发动机市场有着莫大的助益。

为了保持在华的竞争优势,CFM国际公司已经与我国相关单位签署备忘录,未来有可能在华建立LEAP-1C的组装线,这样显然对我国航空发动机的研制和制造有一定的助益。但是从另外一方面来讲,LEAP的核心机有较多的美国技术,而航空发动机核心机是美国重点对华禁运领域,实际上即使当年法国和美国联合研制CFM-56的时候,美国也对核心机技术坚持不开放的态度,因此这个组装线对于我国航空发动机的研制并没太大的推动作用,我国还需要自行解决C-919的动力系统。

世纪动力-CFM国际公司的LEAP涡扇发动机 - 小飞猪 - 小飞猪的博客

 国产SF-A涡扇发动机,并没有采用复合材料后掠叶片,性能显然比不上LEAP


目前我国为C-919研制的配套动力是国产SF-A大涵道比涡扇发动机,它是我国研制的首型大涵道比涡扇发动机,考虑到我国目前涡扇发动机的核心机就来自CFM-56,一般认为它的性能可能和CFM-56涡扇发动机的新型号相当或者相近,这样实际上就无法和LEAP-1C竞争。所以有消息说我国又启动了它的改进型SF-B,它采用包括宽弦后掠复合材料风扇叶片、先进核心发动机等新技术,性能可以和LEAP-1C相当,但是投入使用至少要达2020年以后,也就是说在此之前LEAP-1C应该还是C-919唯一的发动机。

世纪动力-CFM国际公司的LEAP涡扇发动机 - 小飞猪 - 小飞猪的博客
 国内展出的新型大涵道比涡扇发动机,可见它采用了复合材料后掠叶片技术

本文专供网易航空,禁止商业性转载,非商业性转载请尊重网易首发权,发表十天以后方可转帖

注:

1、世界发动机手册 2011版

2、LEAP发动机的设计与技术特点

3、LEAP发动机的创新性技术

4、本文配图来源于网上,权利归原作者所有


  评论这张
 
阅读(25555)| 评论(5)
推荐 转载

历史上的今天

评论

<#--最新日志,群博日志--> <#--推荐日志--> <#--引用记录--> <#--博主推荐--> <#--随机阅读--> <#--首页推荐--> <#--历史上的今天--> <#--被推荐日志--> <#--上一篇,下一篇--> <#-- 热度 --> <#-- 网易新闻广告 --> <#--右边模块结构--> <#--评论模块结构--> <#--引用模块结构--> <#--博主发起的投票-->
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

页脚

网易公司版权所有 ©1997-2017