4.3 CFM56 5B發動機
從表9示出的CFM565系列的3個型號發展時間來看,5B晚于 5C,但由它的風扇直徑看,它是同于 5A的,而 5C是加大的,因而由型別序列排,5B安排在 5C之前。
圖55、CFM56-5B主要設計特點
圖55示出了CFM565B的設計特點,由圖55可見,它的核心機采用了 5C的,低壓渦輪采用了 5A的設計,風扇葉片是新設計的,采用了先進的氣動設計技術,增壓壓氣機由3級增加1級變成4級,由此帶來發動機長度增加了0.1778m。
各支點的軸承、附件傳動機匣、控制器及附件均與 5A的相同,只是FADEC的軟件按 5B的額定推力做了修訂。
為減小發動機的有害排放物 NOX,在 5B上采用了雙環腔燃燒室(DAC)進行試驗,所謂雙環腔燃燒室,是指火焰筒頭部做成同心的雙環腔(見圖56),每環腔中均有各自的噴油嘴,在低工況下,僅僅由外環腔(即副油路)供油。
在中間工況以上,兩環腔同時供油。這種設計能使低工況下,外環腔中有恰當的油氣比和燃油與空氣混合可燃氣體有較長的停留時間,從而又降低CO與 HC的污染排放量。在中間工況及大工況時,兩環腔中均供油,但均保持貧油狀態,停留時間也短,因而可減少大工況下的 NOX排放物。
由試驗得出,與原設計的單環腔燃燒室相比,NOX可降低40%左右,因此,這種雙環腔燃燒室又稱為“綠色燃燒室”。
在 5B型中,原設計仍采用常規的也即單環腔燃燒室,即SAC。為瑞士航空公司1995年投入使用的 A321提供的CFM565B發動機,即采用了 DAC。
在發展 DAC過程中,首先在燃燒室試驗臺上進行90°扇形段的部件試驗。然后于1993年3月裝在 5B發動機上進行整臺發動機的試驗,共進行了8周。然后裝在波音707試飛臺進行飛行試驗,1994年4月完成了飛行試驗。
1994年中采用 DAC的 CFM565B2取得美國FAA與法國DGGAC頒發的適航證,并于1995年1月中裝在A321中,交付給瑞士航空公司,承擔巴黎—蘇黎世航線的飛行任務。
圖56、CFM56 5B的雙環腔燃燒室 NOX排放物與單環腔燃燒室的比較
GE90發動機采用了類似的雙環腔燃燒室,與CFM565B2的DAC不同的是,GE90的火焰筒是用 GTD222精鑄后電子束打出多個斜孔的。
4.4 CFM56 5C發動機
用于 A340四發客機的CFM565C是 CFM56系列中,風扇直徑最大的,因而推力也是最大的發動機。由于 A340是一種遠航程飛機,所以它還采用了內外涵氣流摻混后再由噴口排出的,稱之為長涵道混合流(LDMF)的設計。
圖57示出了CFM56 5C設計特點�，F就發動機的某些設計特點分述如下:
圖57、CFM56-5C的某些設計特點
4.4.1 風扇及增壓壓氣機
從圖57可看出 5C風扇葉片直徑比 5A大0.1016m,是按三元流設計的,與 5A相比,增大了抗外物打擊的能力。風扇出口導向葉片改用復合材料制成。增壓壓氣機由 5A的3級改為4級,鼓筒仍用 5A的環形燕尾槽來固定工作葉片,鼓筒為鈦合金整體鍛件加工而成。增壓壓氣的工作葉片也是按三元流設計的。
4.4.2 高、低壓渦輪
-5C的低壓渦輪由-5A的4級增加1級成為5級,且它的錐形短軸由-5A 的在2~3級間處與轉子連接改為在3~4級間連接。
渦輪后軸承機匣的承力支板也像在-5A中一樣,葉型是用三元流設計的,形成1/2級渦輪。支板數與-5A 一樣,是16片，外機匣不像在-3、-5A型中做成多邊形 而是做成圓的。
但支板在外 內環間是斜向安置的不像-5A的徑向安置。圖58示出了-3、-5A、-5C三型發動機中后軸承機匣結構設計的比較。
圖58、CFM56 3、5A、5C后軸承機匣的比較
CFM56-5C高壓渦輪輪盤材料仍采用-5A的,但壓氣機出口空氣溫度比-5A高(總壓比由-5A的31.3提高到38.3),渦輪前燃氣溫度高(高壓渦輪后燃氣溫度在-5A中為915℃,而在-5C中為950~975℃),因此,需改進對輪盤的冷卻設計,使它工作正常。
渦輪盤輪緣前端面是由壓氣機出口CDP處經CDP封嚴環流來的空氣冷卻的,氣流在CDP封嚴環向后流過大鼓軸外徑與燃燒室內機匣間空腔時,由于大鼓軸的高速旋轉會使空氣在封嚴環與燃燒室內機匣連接螺栓處產生大的摩擦生熱,使空氣溫度上升,經過分析與試驗,將 CDP封嚴環由原來5齒臺階形的改為4齒平臺式的,并將連接螺栓兩端面用形狀較為流線型的罩蓋上。
這樣,可使流到渦輪盤的冷卻空氣的溫度降低30℃,從而使輪盤輪緣處溫度降低41℃左右,因而使 5C的渦輪盤仍可采用Incol718合金。
為了提高渦輪葉片的冷卻效率,冷卻空氣流向葉片的預旋噴嘴的葉型做了改進,使冷卻空氣進入葉片時的溫度可降低11℃。
為了提高主動間隙控制(ACC)的效能,高壓渦輪外環處的結構做了較大改進,如圖59所示。將圖59與圖37進行比較可以看出,5C型的結構變得更為復雜,其主要目的是使機匣在工作中盡量保持其圓度,以保持較均勻的小葉尖間隙。
圖59、CFM56 5C高壓渦輪外環處冷卻結構
ACC用于冷卻渦輪葉片外罩環支承機匣的前后空氣導管除將其截面做成方形外,空氣在兩管中的流動方向相反,這樣,可以減少空氣在管中流動時溫度會逐漸加大的影響。
因為對于支承機匣的某一點來說,前管的空氣溫度高,后管的空氣溫度低,兩者一平均,沿圓周基本可達到溫度一致,參見圖60。
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