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1、风扇叶片改用宽弦无凸肩实心钛合金叶片而发展起来的。图65示出 CFM56 7的主要特点,图66示出CFM56-7与其他型号的异同处。归纳起来与原型CFM56相比,7型有下述几方面特点:(1)采用新的设计。宽弦风扇叶片、FADEC等。(2)维持不变处。基本的CFM56结构、低的性能衰退等。(3)加强处。可靠性、耐久性、维修性和性能等。(4)改进处。涡轮后燃气温度的裕度、外场可换组件的可达性与可靠性,在飞机上的使用寿命、涡轮材料等。图、CFM56-7的主要特点图、CFM56-7与其他CFM 56的异同处为满足下一代波音737性能的要求,CFM567设计的总目标是提高发动机性能与降低使用者的各种费用
2、,也即要求发动机要求有较高的推力(与 3型相比),较低的耗油率,能增大飞机的航程,维修费用要降低15%,燃油耗量减小8%,减少更换发动机的时间,改善各系统的可达性等。表12列出了CFM567系列发动机6种型号的主要参数,为便于比较,表12中还列出了CFM563C 1的数据。图、各类型CFM56-7发动机的主要参数从上图可以看出,CFM56-7的风扇直径较 CFM56-3大25.4mm,使它的涵道比由 -3C-1型的5.0增加到5.35.5(7B26为5.1),另外,总压比由- 3C-1型的30.6增加-到32.8,加上各部件进行一些改进,使部件效率均有提高，因此,使发动机的耗油率降低,达到了降
3、低耗油量8%的目标。5.4 各部件设计特点图67示出CFM56-7的风扇单元体与 3型的风扇单元体的比较,图68示出CFM56-7的核心机单元体与-3型的核心机单元体的比较。图69示出CFM56-7的低压涡轮单元体的特点。图6769中,均用文字指出CFM56-7与-3型的不同之处,除个别零部件外,在此不再阐述。图、CFM56-7 风扇设计特点图、CFM56-7核心机设计特点图、CFM56-7 低压涡轮设计特点核心机CFM56-7核心机的零件与目前在 A319、A320、A321上使用的CFM56-5B的核心机所用的相同,也即两者间可以互换。5.4.2 风扇叶片CFM56-7是CFM56系列发动
4、机中唯一采用宽弦风扇叶片的。由于此系列发动机是在90年代衍生发展的,因而在风扇叶片设计中与其他系列相比(参考图22,CFM56-3风扇叶片),有了较大改进,图70示出风扇叶片与轮盘的结构图。从图70可见,CFM56-7的风扇叶片有三处较大改进,即:叶片采用了宽弦无中间凸肩的设计,这是新一代发动机中广泛采用的设计,它不仅性能好、效率高,而且从加工、强度方面看均有较大改进。但由于弦长加大,叶片厚度相应加大,作用于轮盘上的离心负荷加大使轮盘承受不了,因此,在大多数采用宽弦风扇叶片的发动机例如 V2500、遄达、PW4084、F119和 GE90等中,均采用了减少叶片重量的措施,如叶片做成空心的、带芯
5、的空心或采用复合材料制造等。原度),轮盘仍能承受实心宽弦风扇叶片的负荷,但却能降低发动机生产成本,因此,7型的风扇叶片采用了实心宽弦无中间凸肩的设计。由于高涵道比涡轮风扇发动机的风扇增压比较高(约1.7),由轴向看,气流在风扇叶片中收敛较大,即叶片底座倾斜较大,在- 3型中(见图22),底座与叶身作为一体,不仅使加工困难,且增大了叶片重量。在-7型中,叶身上不带底座,即叶身从尖部到根部全部做成叶型剖面的,在两片叶片间夹持一件称为叶片平台的堵块,组成气流的通道,这种设计不仅给制造上带来较多的方便,且使叶片重量减轻,已为新研制的发动机中广泛采用。由图70上还可看到,CFM56-7风扇的榫根及轮盘上
6、的榫槽不是做成直线的而呈弧形。通常风扇叶片榫根均做成直线形,以便在轮盘上用拉刀拉削出榫槽。由于叶片截面形状的轮廓线呈弧形,叶根平台为了将叶身下部截面全部包容,只得做成宽度较大的平行四边形,这时,轮盘直径只能做得较大,才能容纳下所有叶片。如果将叶根平台做成与叶根截面形状基本一致,即其轮廓线也呈弧形,平台的最大宽度处就较窄,如要装同样数目的叶片,轮盘直径可以小些,也即降低了轮毂比,在同样的空气流量下,发动机进口直径可以小,显然能带来较多的好处。叶片根部平台做成弧形,同时考虑到叶片能方便地装进轮盘,叶片的榫根只能做成圆弧形,显然采用这种结构后,叶片的榫根与轮盘上的榫槽加工都较难。图71示出了 CFM
7、567、3风扇轮盘榫槽形式的比较。弧形榫根榫槽的设计原来用于罗罗公司的发动机例如RB211 535E4、遄达等发动机中,相信今后的高涵道比涡轮风扇发动机中将得到广泛的应用。图、CFM56-7、-3风扇盘榫槽形状的比较5.4.25.4.2 寿命有限制的零件LLP在CFM56-7上,寿命有限制的零件只规定循环数的限制值,而不给小时的极限值,几种主要零件的限制值为:风扇轮盘、增压压气机鼓筒30000循环,压气机转子20000循环,高压涡轮转子20000循环,低压涡轮及低压轴25000循环。5.4.4 材料CFM56-7CFM56-3两型发动机中各种叶片所用材料的比较,在-7型中,热端部件中的叶片材料
8、改用得较多,这主要是为了获得较长的耐久性。图、CFM56-7、CFM56-3各种叶片的材料维修性设计特点为了使CFM56-7获得较好的维修性,在研制阶段,进行了计算机辅助装配设计的研究,即利用CATIA程序(计算机辅助三维交互式应用软件)对发动机外部管线及各种附件进行布局设计,并对各附件做出三维实体模型进行配装,以保证各附件间以及与发动机机匣间,各导管间以及与机匣间有合适的间隙,最小的外场可换组件的拆卸包线,拆卸孔探仪座并安装孔探仪时不需拆卸其他设备。由于在CFM56-7设计中,采用了较高的燃气温度裕度(见图72),采用了已被验证过的部件使发动机将具有较高的可靠性,以及高压涡轮转子进口温度采用
9、了比 -3型低很多的温度(见表12),因此可以达到降低维修费15%的设计目标。图72、几型CFM56- 3、CFM56- 7的排气温度裕度在CFM56 -7上改善了对低压转子进行微调平衡的工作,就是 7型上的减少维修时间,简化维护工作的一个例子。在CFM56-3上,可以在装机(装在飞机上)的条件下对低压转子进行微调平衡(动平衡),但需发动机开车24次,以获取有关平衡的数据,经过计算分析后,可以确定不平衡量的大小与不平衡处的相位,这比以前需将发动机分解后,将转子装在动平衡机上进行平衡已有很大的进步(参见“CFM5-6发动机的本机平衡措施”)。在-7型上,利用机载的维护计算机系统在飞行中收集各次飞
10、行时发动机的振动值与不平衡的相位,在维护中,当需要微调平衡时,只要在主菜单中选用“转子平衡”,显示屏幕即可指示需安装的配重大小与安装位置,换装配重后,不需开车进行复核。这样,不仅可大大提高平衡精度,而且费时极少。这种技术首先用于波音777飞机上。噪声与排放污染下一代波音737研制目的之一就是要满足21世纪对噪声、排放物的限制值。对于降低噪声,CFMI与波音公司一道,在发动机短舱,发动机本体设计中,采取了一些措施(见图73),使装CFM56-7的波音737-600、-700、-800飞机在三种条件下的噪声值均大大低于 FAR36部第3阶段或国际民航组织附件1第3章的限制值。图74示出了在三种条件
11、(起飞、侧边、进近)下的这三型飞机的噪声值与规定值的比较。对于排放污染物,CFM56-7现有的单环腔头部的燃烧室已能满足目前国际民航组织的要求,根据统计,CFM56发动机在典型的930km航程中,除下降及滑行中,排放中CO占主导外,起飞、爬升、巡航时,排放污染物中主要是 NOX,因此,可以以 NOX的含量来表征发动机排放污染物的水平。图73、 CFM56-7发动机降低噪声采取的措施为了更进一步降低发动机排放污染物 NOx,CFM56 7中还可采用双环腔头部的燃烧室,这种燃烧室已在CFM56 5采用,它可降低 NOX35%,因而可使它的 NOx排放量在各型CFM56发动机处于最低值。图74/新一代波音737能满足21世纪对噪声的要求
