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章鱼彩票官网-航空发动机的“金钟罩”避免鸟碰击与电扇叶片规划陈光谈航发243

admin 2019-07-02 388人围观 ,发现0个评论


陈光/文

1989年6月,印度航空公司置办的A320空中客车正式投入营运,使它成为亚洲第一家运用该飞机的航空公司。 其时的 A320为一种刚刚面世的新式双发客机。它的动力可选用 CFM56 5或V2500发起机,它们都是高涵道比涡轮电扇发起机。印度航空公司的 A320 装置的便是 V2500发起机。

吸入巨鸟,有惊无险。印度航空公司的 A320投入运用不久,就遭到了一次特大鸟的“突击”。 这架飞机重新德里机场起飞,当爬高到1000米高度时,发起机吸入了一只翼展长达2.13m、重5.30kg的白颈印度秃鷲。

无独有偶,1991年7月15日,仍是印度航空公司的一架 A320,它的 V2500发起机又吸入了一只更重的5章鱼彩票官网-航空发动机的“金钟罩”避免鸟碰击与电扇叶片规划陈光谈航发243.44kg的秃鹫,这是印度航空公司的 A320自投入运用后发起机第23次吸鸟事情。

这么大的鸟,以300km/h左右的速度撞到发起机最前端的部件———高速旋转的电扇叶片上,适当一发迫击炮弹击中靶心。

万幸的是因为V2500的电扇叶片选用了一种共同的规划,使得发起机虽遭受此大难仍安然无恙。事情发作后,发起机持续正常作业,飞机安全着陆。在第一次吸鸟事情中,V2500的22片电扇叶片只需6片被打得变形。经外场直接对装在飞机上的发起机替换新叶片后,发起机又持续投入运用。

装置 V2500发起机的 A320飞机是1989年5月22日初次运用的。到1992年,包含印度航空公司在内的一切 V2500发起机的作业时间累计达400000飞翔小时。在此期间,该型发起机共吸入飞鸟35次,也便是说,V2500作业中,均匀11000余小时就发作一次吸鸟事情。

从上面计算的 V2500的数据来看,涡轮电扇发起机,特别是高涵道比的涡轮电扇发起机在作业中会将各种飞鸟吸入,当然也会在飞机起飞着陆过程中吸入散落在跑道上的各种杂物例如石块、冰块、破轮胎块、金属零件与东西等。吸入飞鸟一般发作在起飞爬高或下降的过程中。当然当飞机爬高到鸟飞不到的高度(一般为2000~3000m)后,就不会呈现这种事情了。

肝脑涂地,绝非本愿。为什么发起机作业时能将飞鸟吸入呢?这是因为发起机作业时要从周围(在地上)或前方(飞翔中)吸入很多空气。跟着航空发起机的推力愈来愈大,涵道比愈来愈高,发起机所吸入的空气量也愈来愈多。

例如歼 6飞机的涡轮喷气发起机吸气量为44kg/s(地上、最大状况.下同);歼 7的为64kg/s。而高涵道比的涡轮电扇发起机V2500的吸气量约是歼 7的6倍,到达356kg/s;波音757动力的吸气量为524kg/s。波音747的约为740kg/s;而用于波音777飞机的发起机的吸气量则高达1450kg/s,是歼 7发起机吸气量的近22倍!

这些数字到底有多大呢?现举一个例子来阐明。假如有一座足球场巨细、高度为6.1 m的体育馆,封闭其悉数门窗而另开一圆形窗口。将一台 V2500发起机的进气口对着圆形窗口(尺度与发起机进气口一般大),用馆内空气供发起机作业。

那么,不到2分钟,体育馆的空气就会被发起机抽吸一空,馆内构成真空。体育馆的修建将在馆外与馆内的压差作用下而坍毁。从此例可看出,发起机作业时所吸入的空气量有多么大了。

因而,发起机吸入飞鸟是很天然的事。不只如此,当大型发起机作业时,保护人员如不留意,进入发起机前方也会被吸入。这种惨祸以及将保护用的金属梯吸入的事情也曾发作过。所以飞机在地上开车时,有严厉的规则禁绝人员进入限制的区域内。

2002年4月20日我国国际航空公司的章鱼彩票官网-航空发动机的“金钟罩”避免鸟碰击与电扇叶片规划陈光谈航发243一架波音767-200客机由日本大阪关西国际机场起飞时,当飞机滑行进入跑道过程中,忽然发起机报警体系指示发起机不能正常作业,驾驶员当即停止飞机起飞。

经查看是飞机滑行中,发起机将国际航空公司一名机务人员吸入,不只该机务人员其时被撞死,并且将发起机打坏,不得不将乘客送到宾馆歇息,从北京运去一台发起机换下被损坏的发起机后,第2天才将旅客运回北京。

值得留意的是,出事时发起机是在慢车状况下作业,此刻发起机转速低,吸入的空气量小。 即便这样,也将体重60~70kg的机务员吸入发起机,假如在起飞最大推力下作业,其吸入外物的才能可想而知。

因为发起机以最大状况作业时,空气以300~350km/h的速度被吸入发起机,因而随空气一同吸入的飞鸟也将以这个速度撞到发起机前端部件上,发生一个非常大的碰击力。所以发起机吸入飞鸟又被称为鸟碰击发起机。假如鸟撞到发起机的停止部件如进气道与支板等,其损害程度还比较轻,可是假如撞到高速旋转的电扇叶片上,其相对的碰击速度更高、力气更大,会构成极为严峻的损害。因而电扇叶片的规划,要很好地处理反抗鸟碰击的问题。

综上所述,飞鸟进入发起机是被迫的,并不是鸟喜爱发起机特别温暖的环境而

自动进入。只需飞鸟在发起机必定间隔的前方飞翔,就会被吸入。当然距发起机远些,吸力较小,还有逃出肝脑涂地厄运的或许。

因而,现在人们在与电扇转子一同高速旋转的进气锥上,环绕锥体画上一条白色的由细到粗的条带,如图1所示,作业时这些条带构成一个闪烁的白色光耀,使前方的飞鸟视而生畏,远离而去,防止惨遭杀身之难。据称,这种办法多少有必定作用,但仅靠它远远不够 还需从电扇叶片的规划上来处理 这才是最底子的。

图、涂有白色条带的遄达900发起机

捉襟见肘,困难重重。电扇叶片规划除了要考虑鸟碰击之外,还有一个严峻的问题要处理,这便是振荡问题。电扇叶片的特点是长而薄,特别是高涵道比涡轮电扇动机中的电扇叶片更长。例如 V2500发起机电扇叶片长0.522m;用于波音747的电扇叶片长约为0.8~0.9m;而用于波音777的发起机电扇叶片长达1m多。这么长而薄的叶片作业中很简单振荡,从而因疲惫而折断。

因而,电扇叶片的规划,除了要满意气动规划要求外,还要很好地处理鸟碰击与振荡两大问题。1984年曾经,一切高涵道比涡轮电扇发起机的电扇叶片无一例外的是将叶身上距叶尖1/3~2/3处作出向两边伸出的凸肩,如图2(a)所示。

各个叶片的凸肩彼此抵紧构成一加强叶片的环箍,如图3所示。这样,不只增加了叶片的剛性,进步了反抗外物(包含鸟)碰击的才能与叶片自振频率,并且不易呈现振荡。即便呈现叶片振荡,凸肩的抵紧面之间的冲突可吸收振荡能量,使叶片振荡不起来。

图2、带凸肩与无凸肩电扇叶片的比较

可是这种带凸肩的规划,却带来许多问题,例如叶片欠好加工;叶片根部所受的离心负荷加大,凸肩与叶身交界处还会发生附加的弯曲应力,气流流过凸肩会发生别离,不只使流转面积削减,并且使功率降低一级。

为此,从20世纪80年代初起,国外几家大发起机公司都在设法处理叶片带凸肩引起的问题。可是,因为电扇叶片所在的特别作业条件,要全章鱼彩票官网-航空发动机的“金钟罩”避免鸟碰击与电扇叶片规划陈光谈航发243面处理是比较困难的。

图3、带凸肩电扇结构图

处理带凸肩电扇叶片上述的那些问题最好的办法是将凸肩撤销。但这一来又会带来抗外物冲击的强度以及振荡的问题。因而最完美的办法是将叶片加宽成为宽弦叶片,如图2(b)所示。

跟着叶片宽度的加大,其厚度天然变大。宽而厚的叶片,抗外物冲击的才能大大进步,也不易引起振荡。可是这种宽而厚的叶片分量也隨之增加了许多,叶片根部会受不了,装置叶片的盘也有必要做得很厚很重才行。这样的零件明显不适合于大型的航空发起机。

奇妙构思,全新规划。在问题没有彻底处理之前。普惠与GE两家公司先在凸肩的型面规划上做了改善,尽量削减气流流过凸肩的丢失。与此同时,罗罗公司则创造性地开展了一种新的电扇叶片规划与制作办法。 它彻底地消除了凸肩而又很好地处理了强度、分量与振荡问题。这便是“宽弦无凸肩空心夹层结构”叶片。

它的规划思路是:宽弦叶片做成空心的以减轻分量,以蜂窝资料的芯子充填空腔来进步叶片抗外物冲击与抗振荡才能。它的叶盆与叶背别离由两块钛合金做成,中心部分挖空嵌入钛合金蜂窝结构的芯板,经过活性分散衔接的办法将三者衔接在一同,构成一全体结构。

这种相似“三明治”的叶片不只处理了如前所述的老大难问题,并且分量轻,叶片数量也可削减1/3。图4示出了这种叶片衔接前的结构。这种新式的电扇叶片首要装在波音 757飞机的RB211-535E4发起机上。自1984 年10 月投入航线运用以来,不只功率比惯例带凸肩的窄弦叶片高,并且不易损坏。

图4、“三明治”式的电扇叶片衔接前的结构

按1992年末的计算,新式叶片在4千万飞翔小时运用中,还没有呈现过因为损坏构成发起机拆换的纪录。而在同一时期内,装惯例叶片的发起机由电扇叶片损坏构成拆换发起机的事情均匀在1000飞翔小时中有0.014~0.038次。因而罗罗公司很快将这个技能用于该公司研发和参加的其他发起机上,如 RB211 524G/H与 V2500等发起机章鱼彩票官网-航空发动机的“金钟罩”避免鸟碰击与电扇叶片规划陈光谈航发243上。

本文开端讲的印航A320飞机的发起机两次遭特大秃鹫突击而未受损的案例,充沛证明晰这种叶片的长处。

罗罗公司后来又在原有规划的基础上做了新的改善,即芯部以大型修建物上所用的彼此构成的三角形桁架结构替代了原有的蜂窝结构,如图5所示。这种芯部的结构不只轻并且能参加承力。每片叶片的分量比选用蜂窝芯的低15%。这种被该公司称为第三代的叶片已用于为 A330、波音777飞机所制作的“遄达”发起机上。

图5、具有桁架结构芯的电扇叶片剖面图

20世纪90年代初,GE公司与普惠公重生之末世果园司在电扇叶片的研发中也迈出了新的一步。在它们为波音777开展的新式发起机均选用了宽弦无凸肩的电扇叶片。但在减轻叶片分量上却走了不同的路途,GE公司选用的是前缘包有钛合金蒙皮的复合资料叶片规划。

普惠公司选用了空心的结构,由钛合金别离加工的叶盆、叶背先别离铣出许多径向槽道,然后用分散衔接办法连成一体,如图6所示,这种叶片中心带有6条槽带构成空心,减轻了分量,而未被铣削处又彼此焊接在一同,增加了叶片抗外物冲击的才能。这种结构的叶片不只用于波音 777的PW4084发起机上,也用于第四代战斗机F22的F119发起机上。


图6、普惠公司的铣槽空心宽弦电扇叶片

损害严峻,不容小看。

不管任何方式的电扇叶片,假如遭到外物(包含飞鸟)碰击而折断时。其结果是非常严峻的。例如叶片折断的碎片会随气流向后流而打坏电扇后边的部件,使发起机泊车;碎片夹在叶尖上与机匣间被转子带着旋转时,会由冲突引起发起机失火;电扇转子会发生很大的不平衡力,引起发起机振荡加大。折断的叶片如打穿机匣,还会打坏飞机的结构与体系等。

这些都将严峻地危及飞机的飞翔安全。1989年巴黎航展上,苏联空军的一架米格 29战斗机于6月8日作飞翔扮演时,忽然爬升坠地。飞翔员紧迫弹射跳伞才幸免于难,而飞机却燃烧一光。这一颤动航展乃至国际的重大事故,便是因为发起机吸鸟构成的。

它雄辩地阐明晰发起机吸鸟会带来的损害程度。为此一切国家的适航管理部门都有严厉的规则,在发起机投入运用前,要进行投鸟的查核试车。对现在稍大一些的发起机,要做两种投鸟实验:即投8只、每只重0.68kg的中等分量鸟实验与投入一只重1.8kg的大鸟实验。

两种实验中,死鸟均装在压缩空气炮内,对着电扇叶片处,以330km/h的速度射向正在以最大状况作业的发起机,如图7所示。在投鸟实验中,要求发起机投鸟后的推力丢失不得大于25%并能在5 min之内泊车;要求章鱼彩票官网-航空发动机的“金钟罩”避免鸟碰击与电扇叶片规划陈光谈航发243投鸟后不引起发起机失火,没有风险的碎片穿出机匣,能人为地将发起机泊车等。

假如达不到这些要求,该型发起机是不允许投入运用的。为了使投鸟实验更挨近真实情况如有的发起机实验时,对实验用的鸟和鸡做了特别规则,例如不能用掺有催肥剂的饲料而只能用谷物来喂食;不能宰杀而只能用一氧化碳将鸟窒息而死等,以使实验鸟的骨、肉、血等的目标更挨近于活鸟。

因为用于波音777飞机的发起机的推力很大,进口直径挨近或大于3m,或许会吸入更重的鸟,所以对用于这种飞机的发起机,在作投鸟实验时,鸟的分量加大一倍,即抛掷3.6kg的鸟,以确保发起机在外场运用中遇到特大的飞鸟也能不受损害。

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