空客A320的美國「心臟」CFM56-5系列發動機|陳光談航空129

原標題：空客A320的美國「心臟」CFM56-5系列發動機|陳光談航空129

4.1 發展概況

CFM56-5系列是為歐洲空中客車公司的 A320、A319、A321和 A340客機發展的。

目前,在-5系列中,已發展了-5A、-5C、-5B(按定型時間順序排列)三種型別。與-3系列不同的是,-5系列中風扇直徑均大於-3系列的,-5A、-5B的風扇直徑同於-2系列,-5C的風扇直徑最大。

另外,壓氣機前支點由單一的滾珠軸承改為滾珠、滾棒兩軸承並列的設計。5C型中還採用了長管道混合流(LDMF)設計,即外涵空氣通過渦輪後的混合器流入內涵燃氣流中,兩者混合後再由一個總的尾噴管排出。

自1988年4月CFM56 5A裝在 A320投入使用以來,截至2005年2月,以 CFM56-5

系列發動機為動力的空中客車的雙發A320、A319、A321及四發 A340客機交付了1595架。

表6示出了截至2005年2月為止,各型CFM56發動機使用數,從表6中可以看出,5系列發動機佔CFM56總使用台數的27.48%。

表6、CFM56各系列發動機使用台數（2005年2月）

表7、各型CFM56-5發動機主要參數

4.2 CFM56 5A發動機

圖49示出了CFM56-5A發動機的主要設計特點,也即它與-3系列不同之處。由發動機總體布局與各部件中的級數來看,-5A與-3完全一樣,但在各部件中,做了不同的改動,如下所述。

圖49、CFM56-5A發動機設計特點

4.2.1 風扇與增壓壓氣機

-5A的風扇葉尖直徑與2型的相同(1.734m),比3型的1.524m 大0.21m,葉片採用了先進的三元流設計,但仍為大展弦比設計,共36片,材料採用了 3型的 Ti/TA6V鈦合金,葉身上仍然做有中間凸台,葉根與輪盤連接處仍然裝有減振塊。

由於風扇採用先進的三元流氣動設計,使風扇的效率較 2、3型均高,圖50示出了幾型CFM56風扇效率的比較曲線,圖50中還示出了寬弦的V2500的風扇效率。

圖50、各型CFM56風扇效率

增壓壓氣機仍為3級,葉片的氣動設計同於 3型,但與鼓筒的連接方式卻不同。在 3型中,全部3級葉片均裝在鼓筒上的軸向燕尾槽中,3級的燕尾型榫槽是一次拉出的,即3級葉片數相同。

在 5A型中,各級葉片是裝在環形燕尾槽的,顯然這種設計優於 3型的,不僅各級可裝不同數目的葉片,而且也不需要1~2級、2~3級級間襯板。

4.2.2 高壓壓氣機

圖51示出 5A型高壓壓氣機的特點與 3型的主要不同的示意圖,它們的不同點在於:(1)機匣(指外機匣)用合金鋼做成一體,3型中,前段用鈦合金,後段用合金鋼(1987年4月後改為合金鋼機匣)。

(2)機匣內壁與工作葉片相對應處開有斜槽,以提高效率,這是CF6 80C2首先採用的一種提高效率的措施,目前,羅·羅公司,普惠公司的發動機上也採用了。

(3)第1級工作葉片上的凸肩進行了修改,使它做得較小一些,以改進性能。(4)可調靜葉採用了雙重調節規律,以改進性能。

(5)前支點處由 3型的1個滾珠軸承改為1個滾珠軸承與1個滾棒軸承並列。這種支承形式曾在CF6 80C2上採用過,後來 GE90上也採用了。

它主要作用有二,其一是減小該軸承的負荷,提高它的耐久性。採用1個滾珠軸承時,要承受徑向力與很大的軸向力,因而工作條件差,3型中,此軸承經常損壞即是明證。

採用滾珠、滾棒兩軸承並列的設計時,一定要讓滾珠軸承不承受徑向負荷,僅承受軸向負荷,徑向負荷由滾棒軸承承受,這樣可改善滾珠軸承工作條件。為保證滾珠軸承僅承受軸向負荷而不會承受徑向負荷,將滾珠軸承支承於彈性支座中,而滾棒軸承支承於剛性支座中,如圖52所示。

採用滾珠、滾棒兩軸承並列的第二個作用是保持工作葉片葉尖與機匣間間隙均勻,特別是在工作一定時間後,能基本維持均勻的葉尖間隙,這是因為採用滾棒軸承後,能限制轉子的迴轉運動。

圖51、CFM56 5A高壓壓氣機特點示意圖

圖52、CFM56-5A高壓壓氣機前支點(3號支點)滾珠滾棒軸承並列設計

4.2.3 高壓渦輪

CFM565A的高壓渦輪與 3型的不同之處主要有(見圖53):(1)輪盤上固定葉片的前後擋板,在3型中採用了多根螺栓,穿過渦輪盤中的小孔固定,在前文中已對其缺點做過分析,在 5型中,將這一 GE公司傳統設計做了改進,即前後擋板用類似高壓鍋鍋蓋的保持器固定方式固定於輪盤前後端面上。

(2)按三元流重新對葉片進行了氣動設計,降低了導向器出口的 Ma,氣流通道做了修改,減小了冷卻氣量。

(3)主動間隙控制方面做了修改,渦輪外環處的結構做了較大的改動,另外,由於採用了FADEC,主動間隙控制也由FADEC來執行,使它調節更為精確。

(4)渦輪盤前的封嚴盤與大鼓軸的連接安裝邊,由 2型中做在大鼓軸的外端,改為向內翻。因此,連接螺栓所處的位置,即半徑減小了,這樣可減小螺栓頭和螺帽與氣流間的摩擦量。另外,封嚴盤上的外、內封嚴篦齒環上的齒數由 2型的4、2個改為3、1個。

(5)氣流通道做了改動。

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