軸向葉片式混合渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)方案

軸向葉片式混合渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)方案

軸向葉片式混合渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)就是用軸向葉片式狄塞爾循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)代替大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)中的軸流葉輪機(jī)械（如壓氣機(jī)和渦輪），而保留風(fēng)扇部件的1種發(fā)動(dòng)機(jī)，如圖1所示。該混合發(fā)動(dòng)機(jī)中的壓縮機(jī)、膨脹機(jī)和風(fēng)扇安裝在1根軸上，能作為獨(dú)立單元拆卸，便于更換和維修。

軸向葉片式狄塞爾循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)（Axial Vane Diesel Engine）如圖2所示，就是在圓柱形轉(zhuǎn)子（40）上有眾多直葉片（48），這些直葉片沿軸向貫穿于轉(zhuǎn)子，通過(guò)導(dǎo)向凸輪（38）的運(yùn)動(dòng)，平行于旋轉(zhuǎn)軸移動(dòng)，同時(shí)與轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)，這樣就增大或縮小了葉片與葉片之間的體積，從而以往復(fù)式活塞機(jī)械的方式壓縮和膨脹流體。其葉片平行于旋轉(zhuǎn)軸移動(dòng)而始終保持動(dòng)態(tài)平衡，且活塞機(jī)械具有典型往復(fù)運(yùn)動(dòng)和加速度特性，使得這種機(jī)械具有最小的能量損失。軸向葉片式旋轉(zhuǎn)狄塞爾循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理如圖3所示。

先進(jìn)技術(shù)有限公司（ATI）正與NASA合作，論證將這種軸向葉片式壓縮機(jī)和膨脹機(jī)用于大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的可行性。研究了2種推力級(jí)別的發(fā)動(dòng)機(jī)：海平面靜止（SLS）推力44.45和111.13 kN級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)。對(duì)于44.45 kN推力級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)，論證了傳統(tǒng)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室和在葉片構(gòu)件內(nèi)部燃燒2種形式；對(duì)于111.13 kN推力級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)，只認(rèn)證了傳統(tǒng)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室。按照合同要求：（1）ATI開(kāi)發(fā)了能進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)分析的軸向葉片式壓縮機(jī)、膨脹機(jī)和軸向葉片內(nèi)部燃燒系統(tǒng)的熱力學(xué)分析模型和機(jī)械模型，并提供給NASA；（2）NASA利用自行開(kāi)發(fā)的NPSS循環(huán)分析軟件獲得每一基準(zhǔn)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)提供給先進(jìn)技術(shù)有限公司，并完成了標(biāo)準(zhǔn)海平面狀態(tài)下的所有初始分析和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口壓力等于風(fēng)扇下游壓力時(shí)的最終分析；（3）ATI利用NPSS數(shù)據(jù)和自主開(kāi)發(fā)的AV-設(shè)計(jì)程序分析了每個(gè)推力級(jí)的軸向葉片式渦輪混合發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)，并對(duì)不同工作狀態(tài)下的一系列發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了建模，產(chǎn)生了1個(gè)最優(yōu)的、能與每種基準(zhǔn)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)海平面推力額定值匹配的發(fā)動(dòng)機(jī)，并得到每種最優(yōu)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)體模型和質(zhì)量。

可行性研究結(jié)果表明：利用軸向葉片式技術(shù)的狄塞爾循環(huán)混合發(fā)動(dòng)機(jī)可顯著降低耗油率。

圖1 帶有軸向葉片式壓縮機(jī)和膨脹機(jī)的混合發(fā)動(dòng)機(jī)

圖2 典型的軸向葉片旋轉(zhuǎn)裝置

圖3 軸向葉片旋轉(zhuǎn)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理

（中航工業(yè)沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所 劉紅霞）