图4、Kevlar包容环包容断片的机理示意图
中、高压压气机
与 RB211 524G/H相比,遄达700发动机中压压气机做了以下改动,即加大了气流量,增加了1级以减小级载荷提高效率,采用了三排可调静叶。
整个中压压气机转子用钛合金焊为一体;后2级工作叶片采用了正交设计,即叶片做成与气流流动方向垂直,但与轮盘间却有一夹角,以提高效率。所有工作叶片与前三排可调静叶用钛合金制造,3~7级静叶用钢制造,第8级静叶用Incol718镍基合金制造。
高压压气机转子用IMI834高温钛合金焊接成一整体,成为全钛转子,这是遄达700发动机中的很有特点的设计。总压比与遄达700相近或低些的发动机中,尚无采用全钛转子的。高压压气机中采用全钛转子会减小发动机重量。
全钛转子是指盘与鼓环采用钛合金,但装在它上面的工作叶片并非全是钛合金的。例如,在遄达700高压压气机转子上,1~3级工作叶片用钛合金,4~6级工作叶片用Incol718。
高压压气机后3级的外环采用了低膨胀系数的Incol907合金做成。在静子叶片与外环间嵌有热容量较大的隔热材料衬环,以控制机匣温度,提高被动间隙控制能力,使叶尖间隙在工况瞬变中变化不大。这种被动间隙控制技术在RB211系列中还未采用过,但用于遄达系列发动机中。
3.5 燃烧室
遄达燃烧室设计成低排污的,如图5所示。所采取的主要措施为减小火焰筒总的容积30%,而加大头部主燃烧区容积32%。前者可降低 NOX排污量,后者可提高在10000m高空中的重新点火性能。
采用了24个简单的气动雾化喷嘴以改进油 气的混合效果并降低发烟量。这种燃烧室经试验,排污物均大大低于环境保护局及国际民航组织的限定值:CO、未燃烧的碳氢化合物、发烟量与 NOX的含量分别为限定值的 12%、7%、28%和 58% (在 RB211 524G/H的燃烧室中,相应的排污量分别为限定值的13.8%、13%、81%和83%)。
图5、遄达700发动机燃烧室结构图
3.6 涡 轮
遄达700高压涡轮结构如图6所示,其导向器叶片与工作叶片基本结构形式与 RB211524G/H的相同,但做了较大改进:工作叶片的材料由定向结晶的 MAR M002改为单晶的 CMSX 4,提高了抗蠕变的性能,且抗腐蚀性与抗氧化的能力均有提高,材料承受高温的能力约提高80℃;
叶片冷却通道做了进一步改进,提高了冷却效果,如以RB211535E4涡轮工作叶片的冷却效果为基数,RB211 524G/H的提高了75℃,遄达700的则提高了120℃。
采取这两项措施后,可减小冷却空气量,耗油率可降低0.3%,同时可以延长其使用寿命。另外,叶片的表面上还渗以铝铂涂层。
在涡轮前燃气温度的选择上,遄达继承了 RB211系列的传统,即留有较大裕度,使涡轮工作于较低的温度下,据称要比 A330使用的其他发动机低60℃。
RB211在使用中,由于涡轮前燃气温度比其他发动机低,因而由于温度高引起的发动机拆换次数仅占全部拆换发动机的20%,而其他发动机要占40%。
遄达700发动机中压涡轮如图7所示,为单级,工作叶片是按可控涡变功量设计的,效率比较高;与 RB211524G/H不同的是,流道内径未变,但外径向外扩张得较大。
工作叶片采用了CMSX 4单晶材料铸成,不冷却。导向器叶片是按三元流复合倾斜设计的,用 MARM002定向结晶材料铸成空心的,通以冷却空气进行冷却。
遄达700发动机4级低压涡轮均按三元流设计以提高效率,叶片也采用了正交设计。由于气流通道是向内、外扩张的,因此叶片沿叶高度有明显的弯曲外形。这是其他发动机中尚未采用的设计。
图6、遄达700发动机高压涡轮结构图
图7、遄达700发动机中压涡轮结构图
3.7 整体式嘴管
与其他高涵道比大推力涡扇发动机不同,遄达发动机上采用了整体式喷管,即外涵冷空气通过掺混器流入喷管中,与核心机的燃气混合后再喷出。
采用这种喷管后,能降低发动机耗油率与噪声,并可增大开反推器时的反推力。罗·罗公司最早在 RB211 535E4发动机上采用整体式喷管。这种喷管适于在远航程的客机上使用。
3.8 燃油调节器与噪声
遄达700的燃油调节器是在 RB211 524G/H的基础上,吸收了军用发动机的经验以及V2500可调静叶作动筒及放气活门操纵等的使用经验而发展的,为罗·罗公司的第三代全功能数字式电子调节器(FADEC)。
据称RR211 524G/H的FADEC可靠性较高,每套FADEC两条通道,单通道的平均无故障间隔时间(MTBF )为40000h,整套为20000h;而其他发动机的FADEC单通道的 MTBF约为22400~25000h,整套的为11200~12500h。
遄达700在设计中采取了多种在其他发动机中应用有效的降噪措施,同时,采用了整体式喷管,在全长的外涵管道内装有吸声衬套等,使它的噪声值比FAR36部第三阶段要求的极限值低10~12dB,装遄达700的 A330能满足伦敦机场夜间宵禁条款的要求。
4 发展试验
虽然遄达700发动机的许多试验内容与遄达600的相同,但罗·罗公司仍投入了5台发动机开展遄达700发动机发展性的试验工作,其中4台为地面台架试验。1991年9月投入的最后1台用于高空台试车。地面试车台试车结果表明,发动机推力超过了339kN,启动成功率为100%,振动低。
投入试验的5台发动机分工如下:L0用于判断新发展的部件是否可行。
L1用子测振、核心机的 X光测试、轴承负荷与空气系统的测试,其中风扇叶片及其出口静叶、中压压气机与低压涡轮的振动测试未发现任何问题,应力值均在设计范围内。
还在发动机稳态与过渡态工作下对发动机内部关键部位的相对位置(例如径向间隙与轴向隙等)进行了检测。
L2用于对部件的性能进行测试,为此在发动机内12个截面处安装了测压孔900个,测温孔501个,除测量地面状态下部件参数外,还测量改变整体式喷管出口面积模拟巡航状态的部件参数。
L3用于耐久性试验。
L4用于高空台试验。
