2008 民用大涵道比涡扇发动机总体性能设计分析

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1、KeyTechnologyofAeroengineforLargeCommercialAircraft大飞机发动机关键技术民用大涵道比涡扇发动机总体性能设计分析AnalysisofOverallPerformanceDesignforCivilHigh-BypassRatioTurbofanAeroengine中国燃气涡轮研究院黄红超李美金王为丽为了更好地满足巨大的民用飞机市场需求，世界几大民机发动机供应商也投入极大精力研制高性能民用发动机，以迎接新的市场。高效、环保、节能、具有较大发展潜力的大涵道比涡扇发动机是未来民用发动机发展的必然趋势。经济发展需要。民用发动机发展的必然趋势。为了更好地满

2、足巨大的民用飞机市场需求，世界几大民机发动机供大涵道比涡扇发动机应商无不投入极大精力研制高性能技术特点的民用发动机，以迎接新的市场竞民用飞机的低运营成本和严格黄红超争。高效、环保、节能、具有较大发展的环保要求，促使大涵道比涡扇发动西北工业大学在读博士，工程师，1998年北航本科毕业，一直在中国燃潜力的大涵道比涡扇发动机是未来机继续朝着高经济性(包括低耗油气涡轮研究院从事航空发动机设计工作，现任航空发动机总体性能设计专NOx-降低80%业副主任设计师，主要进行航空发动（relICAO96）耗油率降低机总体性能设计、先进航空动力新技15%-20%术和新概念的探索与研究工作。噪声降低5-10dB(每

3、个噪声点)重量减轻10%-15%21世纪，民用飞机将迎来新一提高了可靠性空中停车率→-50%轮的发展高潮。首先，由于使用寿命延误和取消→10-4维修成本减少25%-30%在机翼上的时间→+50%；15000小时限制，老一代民用飞机将逐步退出历史舞台，必须由新飞机补充相应市制造成本减少25%-30%场；其次，由于世界经济持续、健康、开发成本减少25%-30%高速发展，航空运输需求显著增加，需要投入更多、更新的大飞机以满足图1未来大涵道比涡扇发动机设计目标2008年第13期·航空制造技术61论坛FORUM率、低加工和低维护费用)、低排放和力大致相同时，发动机在H/Ma＝低噪声的方向发展（见图1）。

4、大涵大涵道比涡扇发动机总体性10.7km/0.8工作时耗油率更低，并道比涡扇发动机的主要技术特点表能设计分析且涡轮进口总温和压气机总增压比［1-4］现为：1设计点的选择也低，即发动机热负荷和气动负荷（1)高性能。高性能的发动机是军用飞机强调的是机动性、加速低，其优点是发动机可靠性更高。因高性能飞机的“心脏”，也只有高性性，要求动力装置在起飞、爬升、作战此，大涵道比涡扇发动机设计点选在能发动机才会是市场永远不变的“宠时的单位推力大，一般选择起飞状态空中巡航状态比较合适。儿”。（飞行高度H/马赫数Ma=0km/0）2循环参数的选择（2)良好经济性。良好经济性是作为发动机设计点。而民用飞机强大涵道比

5、涡扇发动机循环参数降低民用飞机使用成本的一个重要调的是经济性，在保证起飞推力和发的高低不但影响发动机整机性能，而环节。动机可靠性前提下，需尽量低的巡航且影响发动机的研制周期和研制经（3)高可靠性和高可预测性。为耗油率。而分别把起飞状态或者空费。所以循环参数选择时应重点考了使航空运输达到更高的效率，发动中巡航状态作为设计点时，大涵道比虑部件效率、通道损失、涵道比、涡轮［5］机必须具有很高的可靠性和可预测涡扇发动机的性能差异较大。例进口总温以及总增压比等的可实现性。如，起飞推力200kN的大涵道比涡性和发动机总体性能的优越性。（4)低污染和低噪声。航空运输扇发动机，设计点分别选择在起飞状除此之外，

6、发动机总体设计时还的不断普及将对环境带来不利的影态（H/Ma＝0km/0）和空中巡航应考虑风扇和压气机的叶尖切线速响，发动机必须在噪声和污染方面获状态(H/Ma＝10.7km/0.8)时，发度、进口轮毂比、进口轴向马赫数、级得较大改进，以满足民机对污染和噪动机性能的计算结果见表1。压比（见表2）以及涡轮最后一级转声日益严格的规定。分析表1可见，与以起飞状态子出口直径和叶片轮毂比等关键参［6］（5)低成本。进一步降低发动机为设计点相比，若以空中巡航状态数对发动机综合性能的影响。分的采购费用和使用、维护费用,以降为设计点，当保持发动机流量与推析表2可见，压气机叶尖切线速度越低发动机的成本，同时发动

7、机性能必表1设计点不同时的发动机性能对比须进一步提高，因此，发动机设计制造中必须不断引入新技术。以起飞状态为设计点以空中巡航状态为设计点因此，为了满足未来大飞机的设设计点非设计点设计点非设计点计目标，其发动机必须具有高效率飞行高度/km010.710.70部件，尽量高的发动机循环参数水平飞行马赫数00.80.80（如高涵道比、高总增压比和高燃烧-1发动机进口流量/（kg·s）70027227670