飞机发动机『未来民用飞机发动机采用的新技术』.doc

飞机发动机『未来民用飞机发动机采用的新技术』 2007年01月10日 星期三 下午 01:20 未来民用飞机发动机采用的新技术 　未来民用飞机发动机面临的挑战与过去差别不大，但将达到更高的要求。航空公司需要降低运行成本，同时，环境方面的限制也将更加严格。为满足未来的发展需求，欧洲和美国的发动机制造商正积极研究更先进的概念--对转风扇、增加热交换器或取消发动机的附件齿轮箱。这里将对国外航空发动机制造商正在发展的一些民用发动机技术进行介绍。　　?1对转风扇技术　　未来的飞机发动机将采用两级对转复合材料的风扇叶片。这项技术可大大降低风扇的噪声水平，大大减小风扇的直径，从而相应减小风扇叶尖的速度--当风扇叶尖的速度接近声速时，将是发动机最大的噪声源。对转风扇的最大技术难点是密封和轴承技术，它将承受过去两倍的转速。过去两年，GE公司在X代计划下研究两风扇间的气动干扰问题，并已取得了一定的研究成果。尽管没有进行正式的试验验证，但单个风扇（代表双风扇系统中的一个）的台架试验目前正在进行。　　目前，SNECMA公司也在其一项关键研究计划下进行两级对转风扇概念的研究，用一个普通的风扇概念和一个齿轮传动系统使风扇在与低压级不同的转速下运转。该对转风扇系统的好处是由于低速旋转，减少了气动载荷。但是，目前发展的对转风扇系统非常复杂。 2压气机技术　　为进一步提高压气机的压比，国外正在发展小展弦比的弯掠叶片、大小叶片和超声速通流叶片技术。为进一步减轻压气机的重量，正在发展压气机的整体叶环技术。　　?GE公司未来高压压气机的发展目标是使6级结构的压气机达到20的压比。为改进内部的气动特性（包括压气机和其他领域），工程师们正在研究采用附面层吹吸技术，以减少附面层的厚度。　　另一项改善发动机性能的技术是利用超快速作动的可变导向叶片实现的主动喘振控制技术。高压压气机中的高速压力传感器可用于检测喘振现象的开始，并相应调节导向叶片的角度。这样，可减小喘振裕度，提高压气机的效率。 3?燃烧室技术　　目前，GE公司正在发展双环腔的预旋转（TAPS）燃烧室技术，以使污染排放比目前的标准低85%。TAPS最初是Tech56计划下为CFM56发动机系列发展的技术，现在，GE公司打算将这项技术用于大型航空发动机上。同时，GE公司也在研究主动控制技术，以保证获得贫油的燃油/空气混合物。主动控制技术将用于检测可导致火焰熄灭的贫油混合物，从而消除混合物对富油裕度的需求。混合物越贫油，产生的对环境有害的NOX污染物的排放就越少。　　?SNECMA公司还在用空间计划发展的技术改进燃烧室的结构。为提高耐热能力，燃烧室壁将采用陶瓷基复合材料，目前用于冷却的空气将加到燃油/空气的混合物中，再次导致贫油的混合物。燃烧产生的污染也可通过采用多点喷射器技术达到更精密的原子级的燃油喷射。另外，该公司还在利用激光点火系统。一个由激光产生的热源可比点火器的能量更高。点火范围也可以扩大。　　普·惠公司正在进行与众不同的减少NOX污染物的研究，减少燃油/空气在燃烧室中的停留时间。罗·罗公司发展的第五阶段燃烧室使NOX排放比1996年的标准低20~30%。目前，国外正在研究其他的低污染燃烧室，包括：分级燃烧室、贫油预混合/预蒸发燃烧室和富油燃烧/快速掺混/贫油燃烧室、变几何燃烧室等。 4涡轮技术　　在高压涡轮方面，GE公司的目标是达到5.5的膨胀比。工程师们也在研究如何增加叶片的气动载荷。SNECMA公司正在研究加强冷却和热障涂层技术。未来10年，大大降低的换热系数将使叶片的寿命大大增加，提高涡轮进口温度或简化冷却系统。同时，普·惠公司正在研究通过采用如钛铝合金之类的材料使高压涡轮的耐高温能力提高的技术，采用这种材料后或者提高工作温度，或者延长部件的设计寿命。　　未来低压涡轮的发展方向是采用对转技术以提高效率。目前，所有的发动机制造商都在寻求在未来的涡轮上部分采用智能技术。例如，GE公司正在寻找一种方法调节涡轮叶片的叶尖间隙。今天，间隙是为起飞条件准备的，一旦飞机达到巡航速度，间隙将不再处于最佳状态，因此，发动机的效率受到了损失。 5控制技术　　为使发动机更加智能化，未来的发动机控制系统不需要安装更多的传感器，但是能对它们产生的数据进行更好的处理。FADEC系统将更加鲁棒、能在不关闭发动机的情况下对意外的情况进行控制。分布式控制将降低控制系统的复杂性，大大减轻航空发动机的重量，提高可用性，改善故障隔离特性，提高可靠性，减少寿命期成本，减轻驾驶员的工作负荷，改进发动机的控制，并带来故障检测和维修性方面的巨大好处。预计，采用分布式控制系统的大型民用发动机的重量可减轻50kg左右，维修成本可减少20~30%。 6?噪声抑制技术　　发动机的噪声主要有风扇/压气机噪声、涡轮和燃烧噪声及喷气噪声