换装CFM56-2发动机后,DC-8飞机性能得到大幅度提高的主要原因在于 CFM56-2的循环参数比JT3D高许多。

例如,涵道比CFM56-2为6,而JT3D仅为1.4,涵道比高,使推进效率提高较多;总增压比前者为31.3,后者为16,总增压比高,使发动机的热效率增加;另外,CFM56-2的涡轮转子前的燃气温度为1588K,而JT3D的涡轮前燃气温度仅为1158K,使 CFM56-2的性能又获得较好的效果。

由此,使CFM56-2的耗油率在巡航状态下比JT3D的低20%(图5);另外,大涵道比的涡扇发动机的噪声也明显低于小涵道比的涡扇发动机。

图5、CFM56 2与小涵道比涡轮风扇发动机耗油率的比较

用于DC-8换装发动机的 CFM56发动机命名为 CFM56 2C,是 CFM56家族中第1个型号,研制工作始于1971年11月,早于CFMI公司成立前两年多,由于核心部分采用了F101的核心部分,研制工作进展较为顺利。

第1台发动机于1974年6月底上台架试车,1979年11月以10.8kN推力获得适航证,并被美国三角航空公司、联合航空公司、飞虎航空公司选用为换装 DC-8的发动机。装在波音707改装的飞行试车台上的试飞工作完成于 1980年。

DC 8 70系列飞机于1982年4月投入航线使用。截至1982年9月,共生产了用于试验的动机35台;在4种不同的飞机上进行过3500h的飞行试验,包括飞行试验在内共进行了32100h、34362循环的整机试验;并生产、交付了529台发动机。后来,DC-8-71、-72、-73分别命名为 DC8-Super71、DC8-Super72、DC8-Super73。

由于DC-8系列飞机换装CFM56后取得较为明显的效益,因此美国空军决定将它所用的、由波音公司生产的空中加油机KC-135、C-135FR、KE-3和预警机E-3换装CFM562发动机;美国海军也将它的E 6预警机换装CFM56-2发动机。这种换装到上述军用飞机上的发动机被命名为CFM56 -2A、-2B,美国军方命名为F108-CF-100。

2.2 CFM56-2系列发动机性能参数

CFM56-2系列中,有用于 DC8-Super70系列飞机的-2-C1、-2-C2,用于 E-3、E-8B、KE-3、E-6的-2A-2，用于KC-135R、C-135FR的-2-B1等型发动机，表3列出了它们的主要参数。

表3、CFM56-2系列各型发动机主要参数

2.3 总体结构

CFM56 2发动机(见图6)由单级风扇加3级增压压气机(或称低压压气机)、9级高压压气机、短环形燃烧室、单级高压涡轮与4级低压涡轮组成。

图6、CFM56-2发动机结构图

CFM56-2发动机总体结构紧凑,低压和高压转子共用5个轴承支承,其中有1个中介轴承,低压转子支承方案为0-2-1，高压转子支承方案为1-0-1,高压后轴通过中介轴承(4号)支承于低压涡轮轴上;

前面3个轴承装在中介机匣上,共用1个滑油腔;后面2个轴承支承于涡轮后轴承机匣中,共用1个滑油腔。CFM56-2总体结构设计概括起来是：2个转子、 5个支点(其中1个中介支点)、 2个承力框架(中介机匣、涡轮后轴承机匣)、 2个滑油腔。图7出示了它们的简图。CFM56-3、-5、-7等系列采用了同一种总体结构设计。

图7、CFM56系列发动机转子支承简图

CFM56总体结构继承了F101发动机的布局,其中引人注目的是高压涡轮后轴通过中介支点支承于低压轴上,这样使承力框架、滑油腔可以少一个,大大简化了总体布局。

例如,JT9D-7R4发动机共有4个支点(低压转子支承方案为0-1-1,高压转子支承方案为1-1-0),但却有3个承力框架;而CFM56有5个支点,却仅有2个承力框架。图8(a)、(b)分别示出了这两种布局的比较。

图8、JT9D 7R4与CFM56转子支承方案的比较

由于高压涡轮后轴通过中介支点支承于低压轴上的设计能使发动机总体布局简单,因此,由F101发动机衍生的各种发动机,例如F110、F404、M88和 CFM56均采用了这种布局。苏联设计的一些发动机也采用了这种布局,例如 HK-8、PД-33和 AЛ-31Ф等。

在普惠公司的发动机设计中,传统的做法是将高压涡轮处的轴承置于高压涡轮盘前,通过燃烧室机匣将负荷外传,如图8(a)中JT9D-7R4的3号支点。在普惠公司早期的发动机JT3D、JT8D和JT9D,到 20 世纪80 年代发展的 PW2037、PW4000和 V2500,20 世纪 90 年代新发展的PW4084等民用发动机以及F100军用发动机,均采用了这一设计。

但是,它们在1995年推出的、为100座支线客机发展的、推力为75~102kN的 MTFE(小推力系列发动机)却改用了如CFM56中介支点的设计,如图9所示。该公司为第四代战斗机F 22研制的F119也采用了中介支点的设计,从这一点来看,也说明CFM56采用的支承方案是一种较好的方案。

图9、普惠公司的 MTFE发动机

高压涡轮后轴采用中介支点虽能使发动机总体布局简化,但是,在结构设计中也带来一些需注意的地方。

首先,是轴承的打滑问题。这是因为中介轴承的外环装在转速较高的高压转子上,内环装在转速较低的转子上,工作中会由于两者在不同的离心力作用下游隙会加大所致;解决的办法是精心选择轴承的原始游隙,保持架定位于外环,精心设计喷油方向等。

也可采用类似于 HK-8、RB-199发动机中的将轴承外环固定于低压转子上,内环固定于高压转子上的设计。另一问题是在三支点支承的低压转子中,它的联轴器不能采用常用的柔性联轴器,而要采用对加工提出较高要求的刚性联轴器。

在PД-33发动机中,低压转子采用了柔性联轴器,不得不将中介轴承置于低压涡轮后轴承同一轴向位置上(即两个轴承套装在同一平面内);但中介轴承的径向尺寸受到极大的限制,只能采用尺寸极小的轴承,使轴承的工作极为不利。

CFM56-2发动机如同其他新型发动机一样,采用了单元体结构设计。它共分为4个主单元体,即风扇、核心机、低压涡轮和附件传动装置,如图10所示;4个主单元体又可分解为17个维修单元体(见图11)。

图10、CFM56系列发动机4个主单元体

CFM56 2与 GE公司原有的高涵道比涡扇发动机 CF6 50相比,结构简单、零件数目少,这也是先进发动机结构设计发展的趋势。表4列出这两型发动机结构设计中的一些数据比较。

图11 CFM56系列发动机4个主单元体分为17个维修单元体

表4、CFM56 2、CF6两型发动机零件数目比较

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