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罗罗公司持续关注超扇发动机试验
关键词:      时间:2019-05-09

据航空周刊网站2019年5月9日报道,尽管2019年初罗罗公司决定撤回波音公司新的中间级市场飞机(NMA)发动机竞争的齿轮传动推进方案,但是仍然在继续推进最初的超扇发动机研制计划,并将在2019年进行一系列快节奏试验。


罗罗公司于2014年首次宣布,转向以齿轮传动风扇结构作为公司未来长期燃气涡轮研制计划的首要任务。与遄达700发动机相比,该结构能使效率提高25%以上,并且将于本世纪20年代后半期推出。


虽然超扇发动机研制时间表与波音公司NMA将于2025年早期投入使用的目标接近,但是罗罗公司在得知存在不可接受的进度风险后,于2月28日放弃投标。该发动机方案可用于单通道和双通道飞机,虽然罗罗公司表示正在与制造商就未确定项目进行讨论,但是该发动机目前并没有具体的应用。


在2019年的后续时间里,罗罗公司的重点是加快一系列关键验证机的台架试验,以为2021年超扇发动机的初始地面试验铺平道路。该计划的核心是Advance 3项目,Advance 3项目正在评估新的高压和中压核心机结构。罗罗公司未来民用计划的首席工程师Phil Curnock表示,Advance 3项目采用的是遄达XWB发动机的风扇与低压压气机和遄达1000发动机的低压涡轮。


Advance 3 项目核心机作为超扇发动机的核心机,对基础结构有所更改,相比目前遄达发动机,该核心机使得高压轴承担的更多,而中压轴承担的更少。Advance 3是第1个大型发动机验证机,采用了公司的智能计划中的数字技术。同样地,Advance 3也是第1个集成“数字孪生”技术的项目,工程师们可以进行性能模型的虚拟试验,与实际情况进行对比。


Curnock表示:“Advance 3项目发动机试验时数累计达到100h以上,该验证机能够实现我们想要的无缝连接,并且能够生成我们想要的所有数据。第1阶段,发动机全功率运转,试验已于2019年年初完成。”他补充道:“我们获取了数百万的数据,在两个试验阶段之间,我们要花时间分析数据。2019年年底将继续进行该试验,并且还将进行更多有挑战的试验,包括快速瞬态和吞水试验。”


先进材料和部件技术,特别是陶瓷基复合材料(CMC)以及经过改进的金属冷却技术,都将在基于HT3(高温涡轮技术)的遄达XWB-97发动机验证机上进行试验。Curnock表示:“这能够使高压涡轮技术达到新水平。”具体的试验项目,包括CMC密封段和更复杂的涡轮冷却通道,这些技术都是通过公司的CastBond制造工艺研制的。


由于新型发动机的风扇由连接中压轴的动力驱动齿轮系统驱动,超扇发动机并不需要像现有遄达发动机模型那样的大型低压涡轮。然而,该改进意味着增加了中压涡轮载荷,中压涡轮4级采用钛铝叶片。Curnock表示:“罗罗公司有一系列中压涡轮试验台,2019年还将建立1个。台架试验将有助于模型验证,并且让我们有信心进行整机验证机试验。”


罗罗公司还重新制造了1台遄达1000发动机验证机,以评估将于2020年在波音747-200飞行试验台上进行试验的最新一代先进低排放燃烧室系统(Alecsys)。 Alecsys 贫油燃烧室系统的1个版本也在Advance 3发动机中运行。他补充道:“该版本的Alecsys贫油燃烧系统已经在目前新的遄达发动机核心机结构上进行了试验。”洁净燃烧室验证机由欧洲“洁净天空”计划支持,并于2018年冬天在加拿大完成了1套严格的吞冰和吞水试验。


除了其他验证机,罗罗公司也在对一台采用了先进低压系统(ALPS)系统的改进型遄达1000发动机验证机进行地面试验,该验证机采用了复合材料风扇叶片和风扇机匣,这标志着ALPS技术验证计划进入最后阶段。ALPS的试验结果将直接反馈到超扇发动机验证机风扇上,该风扇的设计得益于在德国威尔道Anecom试验基地进行的缩比低速风扇试验收集到的一系列气动数据。


最近,在Anecom试验基地对直径0.89m的金属风扇级进行低速气动试验,该风扇叶片外形类似复合材料设计。试验的叶片为第5代叶片设计,试验内容包括叶片颤振、气动性能和不同风扇结构下的可操作性裕度。


动力齿轮箱在德国达勒维茨工厂姿态和动力试验台上已经运行超过250h。Curnock表示:“最近,第5个动力齿轮箱正在试验,由于我们调整了基础设计,所以焦点开始转向耐久性和可靠性。”


该齿轮系统在航空领域是最大的,直径为80cm,将用于111~489kN的超扇发动机。行星齿轮箱由航空运输技术公司研制,该公司是罗罗公司和利勃海尔航空航天公司于2016年中期成立的合资公司,行星齿轮箱由1个外部环形齿轮和5个内行星齿轮组成,围绕中间的太阳齿轮旋转。


Curnock表示:“由于最初验证机的功率为58840kW,该大型齿轮的尺寸能够允许我们进行过扭矩试验,试验台能够适应不同的尺寸,我们也能从不同代但尺寸相同的齿轮箱试验中获取经验。大部分试验还是存在细微的差别,这些齿轮箱都有5个行星齿轮和1个太阳齿轮,我们对它们进行了滑油注入前后的试验。”


他指出:“如何管理滑油和热量是相当复杂的,我们一直在探索其与载荷的关系,这使我们明白齿轮箱如何运作,以及齿轮如何磨损。我们已经了解齿轮箱的基本原理,现在我们必须在压力、温度和环境方面进一步深入研究。”


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(翻译:兰海青,审稿:孙明霞)