[原创]单轴三转子核心机的结构及应用


单轴三转子核心机的结构及应用


单轴三转子核心机的结构及应用

随着我国航母平台的三次试航,人们开始关注航母的一些相关技术,特别是对有舰载机心脏之称的低涵道比航空发动机,以及航母常规动力系统,不过限于我国现有技术以及西方对中国军事科技的封锁,要想短时间开发大推重比的航空发动机恐怕只能通过创新其结构来实现,我设计的单轴三转子核心机的结构有可能同时满足舰载机和常规航母动力的需求,虽然目前还不成熟,但或许可以为有关专业人士以启发。

所谓单轴是指单个涡轮轴,它和中压压气机转子同步,并通过一组类似汽车差速器的行星齿轮同时驱动高低压转子(如图5~6个伞齿轮安放在中压压气转子的粗大、中空的辐轴上),由于低压转子质量大、回转半径较大,惯量比高压转子大,因而可获得比中压转子低的转速,高压转子则可获得比中压转子高的转速,形成高中低压转子即可在各自最佳的转速下独立运转,最大限度地提高压气机效率及喘振裕度,同时三者之间又有一定联系,可以通过增减高低压转子的负荷来控制对应转子的转速,从而起到防喘的功能。对于低涵道比发动机,高中低压转子都采用3级(高压转子可采用4级以提高总压比,同时和低压转子配平),如果每个转子的压比达到3.1上下,总压比就会接近30,虽然三转子压气机结构比F119复杂,但按照国内现有技术可以达到,且具有较大的喘振裕度,据悉,目前WS10的三级风扇总压比已达到3.4左右。涡轮部分采用单转子两级,它比WS10的两转子各一极的效率略高,此种结构可以极大地简化涡轮部分的支撑、润滑、封严及冷却,由于高低压转子没有涡轮部分,使用三转子结构又可以减少级数和叶片数,有可能制造出推重比较大的航空发动机。


而对于燃气轮机来说,可借助三转子分别驱动高中低压压气机,由于对重量要求不高,可适当提高压气机级数,如果单独的高中低压压气机的压比接近4,那么就有可能产生50-60的总压比,大大提高燃气轮机的效率,另外再单独增加一组动力涡轮,使其和压气机转子对转,起到平衡作用。


用行星齿轮驱动转子过去只用在小型发动机上,随着科学技术的发展,P&W以将其成功地运用在推力10000公斤级的高涵道比的PW8000涡扇发动机上,这也为实现单轴三转子核心机带来了希望。鉴于PW8000行星齿轮的传动功率已超过30000马力,这个结构可以先在5000马力以下的涡桨、涡轴、涡轮发动机上试用。

行星齿轮驱动的关键在于行星齿轮的支撑,为使行星齿轮稳定工作,行星齿轮组前后各设置一组支撑,其中压气机后为止推轴承,涡轮轴采用1-2-0支撑,由于高低压转子很短,均采用两点支撑(图中为没有中介的方案),高压转子的部分轴向力由主涡轮轴承担,低压转子的轴向力则有前两排止推轴承支撑,整个发动机只有7点支撑,和两转子的WS9相当。行星齿轮除采用传统的喷油冷却,还有从中压压气机后部引出、流经中空幅轴的中压空气冷却,而这些空气最终会为涡轮冷却

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