CFM56系列发动机.docx

1、CFM56系列发动机6 CFM56 系列发动机6.1 简介如前所述,DC-8客机换装CFM56-2发动机后，使飞机性能得到大幅度提 高，因而激发了波音公司将它的中程旅客机波音 737 换装高涵道比涡扇发动机 的兴趣。1981年波音公司与CFMI公司商定，为波音737换装新一代的高涵道 比涡扇发动机进行合作。当时的波音 737为-200 系列，装用普惠公司的 JT8D 发动机，其推力为71 kN级，比DC-8用的JT3D发动机推力小（JT3D的推力为 84.5 kN级），因此，不能直接采用 CFM56-2来换装到波音737飞机上。为此， CFMI公司在-2型的基础上，维持核心机不变，将风扇直径由

2、 1. 734 8 m缩小 为1.524 m，发展成推力小于-2型的-3型发动机，其推力为89kN级，相应的 涵道比也由6.0降为5.0。换装CFM56-3型发动机的波音737-300型飞机上投 入航线营运。目前此系列发动机已发展了 4 种型号.用于波音 737-300、- 400、-500系列飞机上。表5列出了 3种型号的CFM56-3发动机的主要参数。截至2005年2月，装有CFM56-3的波音737共有1969架在航线上使用， 共有4457台CFM56-3发动机在使用中，发动机总累积工作时数为 140180 931 发动机飞行小时 （EFH）、 100 5l0l3 循环。由于JT8D发动

3、机风扇叶尖直径为1.0287 m，比CFM56-3的小（见图17）,如 直接在波音737原来装JT8D的位置上安装CFM56-3则发动机进口距地面太 近，为此，将发动机向机翼前方外伸较多，进口处比 JT8D向前延伸了 1.93m,这样，可将发动机上抬以使发动机最低处距地面能保持 0.457 m的高度（JT8D为 0.508m）， （见图 18）。但进口下唇距地面仍太近，为此，发动机进气道进口 处未做成整圆，而是将下半部做成椭圆，形成一非圆形的进口。6.2 发展关联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

4、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 10.8 kN 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。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-135 FR、KE-3和预警机E-3换装CFM56-2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

5、的发动机被命名为 CFM56-2A -2B，美国军方命名为 F108-CF-100。t CFM56JMSm006.3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。*CFMM5sslHfr=2ws 宜田 FtSt宝C= Oo fam. 9*GO to QO * *1MSI1.亠Rl* sCLTL0 2&CnSP-Ca? ? CTi so务 M M：B Ca* q r-qCTfeC-F t3 oo oa9 尹

6、 1 J9 s CaF *c-dz Oc?-J.1-*o- 7bcACl3 t#rx三?CTOF* c- 3 JZ5-n 7b 30trt 第530 0ii CJ-W *?0* O1is *CCJO -J 3f |ra-c*0*3OoC-nTc-rrc = f国CFM56洲亘*3 CFM562斛紳发训I按律发动 Hl 鋤 |CFM56-ZCFM56-2-CICFM56-2-C2:FM56-2A-2:FM56-2-B11eftI ftK勧/kN106.8097,98106.80106.8097.98保腓力曲大制度/t30.030.030.035.032.2mi/(kgH)357.7372.737

7、0.9356.0aatt666664EU(H=10 668 m,Ma=0.8)21726.525.423.7A大朋勧仙24.0525.7025.6524.27tmAEK31.331.830.5ItlMBA/W22.1723.8725.6522.13巡麒懈/（mg（N 沪）18.9918.9918.8218.57*ENtfilK/t905905930905NL/(r* min*1)5 2805 2(05 2S05 280NH/(r* min1)15183151831518315183X ftIE$ft长/m2.432.432.432.432.431,7341.7341.7341.7341.734

8、M/UKswxmnM1/3/91/3/91/3/91/3/91/3/9紐馳/駆恥M1/41/41/41/41/4XillM/kg2104210421882 096*K2ltN1979-n1982-021982-021985-061982-06所用飞机/DC-8Supcr71DC-8Super?2DC - 8Super73DO 卧71DC-8Super72DC-8Super73E-3 E-6E-8BKE-3KC-135RC-135FR6.3基本结构CFM56系列结构大致相同CFM56-2结构不同型号有不同小改进。详细结构 名称和比较不同请查阅CFM56系列飞机发动机维修手册，飞机发动机零件识别+

9、功间RH M低唱声技术无进口导叶鹽、静子叶片间跑大风JS机忖安竣的附件机陣44片 带讯风卅刃片4级轮3銀增压压气机岛压压气机L734mAtlftBB6 CFMS6 1 动机蜡构困由单级风扇加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。CFM56系列发动机总体结构紧凑，女口 CFM56-2中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

10、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示出了它们的简图。CFM56-3,-5,-7等系列采用了同一种总体结构设计。 CFM56t 5个支点，有2个承力框架。图8（a）、（b）分别示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，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，在普惠公司早期的发动机 JT3DJT8D和JT9D,到20世纪80年代发展的Pw2037 Pw4000和V2500, 20世纪90

11、年代新发展的的PW4084等民用发动机以及F100军用发动机，均采用了这一设 计。u U 1 ,1 2个承力摘图7 CFM56 M列发动机转子支茨简圈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、RB199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

12、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 PQ-33发动机中，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CFM56系列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）。CFM56-2与 GE公司原有的高涵核心机附件传动图询 CFM56 S列发动机4个主单元体道比涡扇发动机CF6-50相比，结构简单、零件

13、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Hi财机用u 1GB J与3号轴以风矿件动髀r低琳解ft心机踊熾_ 拭瞬難涡轮斛讎叱机L朋进口导向讥朋礼压弓机后酣 報子膚子用件檢动111 CFMKK动瓠4个主单元分为卄劇M元体6.4风扇6.4.1工作叶片带冠是目前所见到的唯一一种在风扇叶片上带冠的结构。风扇叶片、特别是高涵道比涡扇发动机的风扇叶片，有两个突出问题要解决，那就是防外来物的击 伤与抗振。CFM56-2利用带冠来解决这两个问题，在冠上还作有三遭封严篦 齿，用以封严，提高效率，这是比不带冠叶片优越之处。但是，带冠后，必然 会对叶片、特别是叶根的

14、强度带来问题；因为它在直径最大处加了一块重量， 为了尽量降低它的影响，只能加多叶片数目，增加稠度，使叶冠面积减少。 -2型的风扇叶片数是CFM56各系列中最多的，为46片；另外，带冠的风扇叶片也 增加了加工的难度。由于采用了大展弦比设计，叶片窄而薄，带冠后的抗外物*4 CFMS6-2.CF6MSS动机*件做目比较发动机显号CF6-50CFM56 - 2变牝價（旳承力樞舉I 4I 2-50轴承a538风用及it压级叶片684相同14 |&高压蛋气机可91圾541380板料火朋21-50480198低圧制驼盼片敕3 3876 57C5 649 14规定斛的蔑轉件332079击伤能力不如在叶高距叶尖

15、1/3处带中间凸肩的强。3型的风扇叶尖直径由-2型的1.7348m减为1.524 m，叶高度减小了 0.105m,按理，叶片缩短后刚性相对提高，其抗外物击伤能力有所提高；但它却抛弃了 -2型的带冠设计，采用了 带中间凸肩的设计。这也说明带冠风扇叶片不是一种好的设计。 风第盘心642风扇轴与轮盘相连接（图12）型风扇中的又一突出点，也是在诸多的中、大型发动机中独有的结构，它 的好处是使风扇轮盘与轴承靠得较近；但却使风扇轮盘的中心孔孔径较大，轮 盘要做得较厚，在其以后的系列中没有采用这种结构形式。旋转的前进气锥体做成锥形，而未做成像 WP7 WP1寄口 Pw4000等发动机中 那样的椭圆形。采用锥

16、形可防止在进气锥上的结冰。在 CFM56-2发展过程中，进行过上述两种形式进气锥防冰的试验研究，试验结果如图 13所示。采用锥形后，大大减少了在锥面上冰的形成与累积，因而不须采用任何 （例如通热空气、涂憎水涂层等）i 叫 ml l7Sg轧吧 束斛的通讥大小 15 mm可灯傑 试狀邮啊况 由十节道堵和伽11后停止剛0813甬郴式进气黔冰试蛇果比较633风扇的增压比较高约为1.7（叶尖处）空气在叶片通道中压缩得较多，因而叶片的前缘高度比后缘的大很多，除叶冠做成斜的外，叶根处的通道也做成斜度很大的坡面 （见图14），一般称之为叶片底座。在 CFM5沖，底座与叶片做成一体，与燕尾榫头间 有一过渡段。这

17、种设计不仅加工较难，且榫根承受的离心负荷也较大。在 RB211系列等发动机中，底座是单独做成的，可避免上述问题。6.4.4由于叶冠做成平行四边形各个叶片的叶冠相互抵住，单独拆换 1片叶片是不可能的；但是风扇叶片 往往会遭到外来物打伤，需在外场飞机上更换叶片，为此，轮盘上固定叶片的 榫槽做得较深，叶片榫头下端与榫槽槽底间留有一间隙，在此间隙中插入特别 的垫块，当需拆换叶片时，先将垫块取出，再将叶片向下压，使叶冠与相邻叶 片叶冠脱开，这样就能方便地将叶片单个取出（见圈14）。风扇机匣卫称包容环（见图1 6）,是用17-4pH合金钢做成的，它的前端内 径处装有声学衬套。该村套称为前声学村套，沿圆周做

18、成 12段，用螺栓固定于机匣上。在风扇叶片后，出口导向叶片前、后也装有声学衬套，分别称为中、 后声学衬套，也是沿圆周做成12段。所有这些衬套均能在外场更换。与风扇叶 片相对应处的机匣内，装有用易磨材料做的摩擦带，避免工作中叶冠与机匣直 接相磨。机匣外径上直接加工出四道加强肋条，用以增强机匣的刚性，提高机 匣的包容能力Sit CFM56-2风包零机足6.5增压压气机增压压气机结构如图15由进气锥、风扇叶片、增压转子、增压转子、增 压器工作叶片、风扇承力框架组件组成。3级增压压气机转子采用了鼓式结构，直接与风扇轮盘后缘安装边用螺栓 连接。由于增压压气机转子转速低，直径小，轮缘处的切向速度小，因此，

19、在 所有高涵遭比涡扇发动机中，均采用纵向刚性好、结构简单的鼓式转子。只是 在CFM56-2发动机中，3级转子固定叶片的燕尾棒槽是用拉刀一次拉出的，也 即3级转子中，各级的叶片数完全一样，叶根处的直径也一样。这样，使结构 设计与加工均较简单，但对性能不利，好在增压压气机本身由于切线速度低， 加功能力不大。因而3级采用同样数目的叶片，对整体性能影响不大。在 -3型 上仍然采用了这一结构设计（见图1 5），到了 -5型就改用环形燕尾槽了。增压器静子叶片凤扇盘9 IS 机摘构图（易CFM56-2增压压气机箱构相同）6.5高压压气机、燃烧室、高低压涡轮等部件。CFM56系列发动机中，高压压气机、燃烧室、高低压涡轮等部件结构设 计，在-2、-3中基本保持不变，因此有关这些部件的设计特点放在 -3系列中进 行分析。