羅爾斯羅伊斯Trent1000發動機耐久性問題及解決方案

技術 設計 航空 大涵道比渦扇發動機 2019-04-04

本文旨在簡單並準確地描述羅羅遄達1000發動機遇到的問題,並闡述羅羅對所有問題做出的改進方法,力圖瞭解每個創新解決方案的細節。

多災多難的遄達1000發動機

遄達1000是一款三轉子高涵道比渦輪風扇發動機,是羅羅遄達家族發動機的一員。遄達1000以其強大的能力征服了波音,獲得了B787夢想客機的認可,作為首飛機型,遄達1000伴隨著B787進行了首飛,並取得適航證。遄達1000到底有多強悍,這麼說吧,在飛機起飛時,施加在每個風扇葉片上的拉力約為100噸(1000千牛)。換句話說,這就像每一個風扇葉片上懸掛著九輛公交車。

然而,自從2016年來,一些裝配Trent 1000發動機的B787客機頻繁出現問題,讓航空公司蒙受巨大的損失。因為羅羅發現,發動機中的某些部件比預期的磨損更快。造成的原因多種多樣,設計原因可定是主要因素,但其中一些原因並不僅僅是羅羅設計的問題,發動機的使用環境也起到了一定的作用,例如空氣汙染導致硫化物加劇,造成發動機的腐蝕。

但幸運的是,羅羅很快發現了問題,並開始創建和實施解決方案。以下是羅羅對出問題的零件和進行更新的詳細說明:

中壓渦輪葉片問題描述和解決方案

羅爾斯羅伊斯Trent1000發動機耐久性問題及解決方案

中壓渦輪葉片示意圖

在某些機場的環境條件下(主要是汙染物造成的),現在的發動機比幾年前更容易受到硫化物的汙染,而硫化物會腐蝕發動機葉片,使發動機渦輪葉片容易受到微裂紋的影響,從而縮短葉片的使用壽命。

羅羅在葉片材料中增加了一種新的基礎金屬,並引入了一種新的塗層技術,實驗證明這兩項改進可以更好的保護中壓渦輪葉片,延長髮動機的壽命。

羅爾斯羅伊斯Trent1000發動機耐久性問題及解決方案

新的基礎材料和新的保護塗層

高壓渦輪葉片問題描述和解決方案

高壓渦輪葉片在高於其熔點200攝氏度的溫度下工作,同時它以極高的轉速,約12000轉/分的轉速旋轉,因此高壓渦輪葉片受到很大的熱應力和機械應力。

為了對抗如此高溫,羅羅研發了一種叫做“氣膜冷卻”的技術,即通過葉片上的小孔吹出冷卻空氣,對葉片進行冷卻降溫。每個小孔都有一定的大小、方向和形狀,這些設計是很有講究的。而這次出問題的葉片就是因為其中一些孔的設計不甚理想,該降溫的區域沒有達到降溫要求,從而導致葉片局部溫度過高,葉片壽命縮短,這意味著葉片的使用壽命沒有達到預期。

羅爾斯羅伊斯Trent1000發動機耐久性問題及解決方案

高壓渦輪葉片示意圖

羅羅重新設計了高壓渦輪葉片,改進了冷卻孔的製造工藝,使這些冷卻孔更有效地發揮作用,新的葉片現在正在發動機中安裝。

羅爾斯羅伊斯Trent1000發動機耐久性問題及解決方案

重新設計的高壓渦輪葉片冷卻孔

中壓壓氣機問題描述和解決方案

羅爾斯羅伊斯Trent1000發動機耐久性問題及解決方案

中壓壓氣機葉片示意圖

中壓壓氣機機轉子共振問題

為達到最大的效率,Trent 1000的風扇葉片比以前大多數型號的風扇葉片都少。然而,這樣的設計會改變發動機固有頻率,在某些特定條件下(如氣流、溫度和高度),這些風扇葉片的旋轉會產生聲波,從而激勵中壓壓氣機葉片,並會進一步向下移動——這有點類似於音叉振動的共振。這種共振頻率最終會導致壓氣機葉片內部觀察到微裂紋,這會縮短葉片的使用壽命。

解決方案:羅羅已經設計了新的壓縮機葉片,並且新的葉片現在已經安裝在發動機上。

羅爾斯羅伊斯Trent1000發動機耐久性問題及解決方案

新設計的壓氣機葉片

看來,羅羅遄達1000的所有問題都和葉片有關。葉片雖小,但是設計是非常有講究的。有興趣的讀者可以參考我頭條號的文章,對發動機中的葉片做了簡單介紹。歡迎轉發!

航空發動機葉片知多少(一)——風扇葉片簡介

航空發動機葉片知多少(二)——壓氣機葉片簡介

航空發動機葉片知多少(三)——渦輪葉片簡介

相關推薦

推薦中...