罗·罗公司于上世纪60年代后期发展了西方民用发动机中唯一采用三转子的高涵道比涡扇发动机RB,它的最初生产型RB-22B(推力.5kN)于年4月装L三发客机投入航线使用。
早期,罗·罗公司研制的发动机均以英国的河流名称命名,例如:康维、达特、奥林普斯、威派尔和斯贝等,但从RB开始罗·罗公司就不采用河流名称命名发动机名了,这可能是由于当时罗·罗公司合并了英国另一家发动机公司———布利斯托尔公司,因之将合并以后研制的发动机以两公司第1个字母R、B组合成RB,其后紧跟数字,即RB与RB(狂风战斗机用的发动机)。
在RB投入使用后,罗·罗公司平行衍生研制了RB的推力增大型型和推力缩小型型等系列发动机。
图1示出了RB系列发动机衍生发展的过程。在推力缩小型中有:C(推力.3kN)、E4(推力.3kN)和E4B(推力.7kN);在推力增大型中主要有:B4(推力.4kN)、C2(推力kN)、D4(.7kN)、G(.3kN)和H(kN)等,其中G于年装于波音、H于0年装于波音-及波音飞机上投入使用,G与H两型发动机结构设计完全一样,是在D4的基础上做了较大改进发展而成的,其差别只是使用的推力略有不同而已。
图·1、RB系列发动机衍生发展过程
年,为了满足MD-11以及后来波音公司提出发展B-X的需要,罗·罗公
司又提出在G/H的基础上发展推力加大型的RBL(推力.7~.6kN)。
0年罗·罗公司恢复以英国河流命名发动机的做法,将RB-L改名遄达,如图2所示,从此开创了遄达系列发动机的发展,先后发展了用于A的遄达（推力.6~kN，5年投入使用），用于波音的遄达（推力.6~kN，6年投入使用），用于A-/的遄达（推力~kN，年投入使用），用于A的遄达（推力~kN，年投入使用）以及用于波音的遄达（推力~kN）。
用于MD-11、波音-X先后取消，年2月由波音公司和罗·罗公司宣布遄达将用于波音-ER，但后来波音-ER又被推迟，因而罗·罗停止了遄达的发展工作，从年以后，罗·罗公司产品目录中已无遄达这一型号了，但由于它是遄达系列发动机的基础，因此了解它的设计特点，能帮助了解遄达/以及的特点。
2遄达系列发动机
遄达、遄达和遄达是遄达系列中最初的三个型号,它们分别是用于波音-ER、A和波音等客机要求而研制的,每个型号中又有若干个推力级不同的发动机,例如遄达中有、二序列发动机,该序列号的后两位数字表示其推力为两位数×lbf,例如遄达,其推力为60lbf。表1为此三系列中不同序列发动机的主要技术数据。
3遄达设计特点
遄达是在RBG/H基础上,通过加大风扇直径、增加1级中压压气机、1级低压涡轮和采用一些其他新技术而发展的,其耗油率比G/H低4%,比早期的B2低17.6%。以下对它的主要特点分别加以介绍。
3.1三转子结构
三转子结构与美国采用的双转子结构相比有许多优点,主要有:
(1)级数少、叶片少。三转子分别在最佳转速下工作,转子数、叶片数和可调叶片数减少。
(2)性能衰退率低。由于转子级数少,转子较短,使转子刚性好和性能衰退率低。
(3)冷却涡轮的空气量少。双转子发动机的高压涡轮一般为2级,第2级处于高转速下(与三转子相比)工作,需要冷却工作叶片,而三转子的中压涡轮在较低转速下工作,不需冷却,涡轮冷却空气量少,可使发动机耗油率降低1.5%。
(4)转子支承较复杂。三转子发动机的转子支承较为复杂,滚珠轴承安排也比较复杂,但RB的转子采用了圆弧端齿联轴器,使发动机装配和分解比不用圆弧端齿联轴器的双转子发动机简单。
图3、三种空心风扇叶片结构比较
3.2风扇叶片
(1)宽弦夹芯叶片。采用了罗·罗公司第三代宽弦无凸肩结构设计。图3示出了三种宽弦空心风扇叶片的结构比较图,罗·罗公司第一代宽弦风扇叶片是实心的,第二代为带蜂窝芯的夹层空心叶片,即图3中最上的结构,用于RBE4及V2,第三代是图3中的中间结构,它的芯部采用了桁条结构,先用扩散连接将二面板与芯板连接在一起,然后用超塑性成型方法将芯板如图3所示的波纹形桁条,这种称为扩散连接/超塑性成形(DB/SPF)制造带芯片的空心风扇叶片是罗·罗公司的独创,还未被其他公司采用,据称其重量较第二代的轻15%。
图4、圆弧形榫根与榫槽
(2)圆弧形榫根。
风扇叶片的燕尾形榫根沿弦向成圆弧形,如图4所示,即榫根的外形基本与叶片在根部处的叶型一致,这也是罗·罗公司独创的一种设计。
这种设计使榫根宽度小,在叶片数目相同情况下,可使轮盘外径较小,从而减小了轮毂比,在相同的外径下,可增大空气流通量。但是不论是叶片的榫根还是轮盘的榫槽,加工均较困难。CFM发动机的风扇轮盘也采用了这种形式的榫槽。
(3)Kevlar包容环。
采用E4、G/H上的包容环,即在铝合金机匣上铣出许多纵横交错的深槽,在这种称为“等格栅铝环”上缠上多层由Kevlar织成的条带,然后用环氧树脂包住,形成重量轻、厚度大和韧性好的包容环。
当风扇叶片从根部断裂甩出时,撞击到包容环的能量相当于以时速48km/h行驶的小汽车撞到障碍物上的能量,铝环会被击穿,而Kerlar条带被拉伸而凸出,但不会破裂,在向外凸出的过程中,将撞击能量吸收而将碎片包在机匣内。
图5、遄达的中压压气机
3.3中压压气机
与RBG/H相比,中压压气机做了以下修改,如图5所示:
(1)增加了空气流量。
(2)增加1级,用8级取代原来的7级,以减少级负荷和提高效率。
(3)可调静叶增加2排,用3排可调静叶代替了在RBG/H中1排可调静叶。
(4)全钛转子,整个转子用钛合金焊成一体,第1级轮盘盘心处向前伸出一段,形成与前轴颈相连的短轴(G/H的前轴颈用螺栓与1,2级盘鼓连接)。
(5)正交叶片,后2级转子叶片采用与气流方向垂直的设计。这种称为“正交”的叶片,工作时虽然在根部会产生附加的弯矩,但效率较高。
3.4高压压气机
(1)全钛转子。转子为钛合金整体焊接结构,前轴颈用圆弧端齿联轴器与第1级盘盘心处的斜轮毂相连。采用的钛合金为英国年研究成功的、能承受℃温度的IMI(Ti5.8Al4Sn3.5Zr0.7Nb0.5Mo0.35Si0.06C)。
(2)被动间隙控制。高压压气机静子叶片外环与机匣间的环形腔中装有隔热材料,以控制机匣温度,提高被动间隙控制能力,使叶尖间隙在工况瞬变中变化不大。
3.5高压涡轮
(1)复合倾斜导向叶片。导向器叶片采用三元流复合倾斜设计,可减小附面层损失。所谓复合倾斜是指导向叶片在直径方向与在轴线方向均是弯曲而不是直的。
(2)工作叶片带冠。由MARM定向凝固材料铸造的工作叶片带冠,如图6所示(其他公司的发动机高压涡轮很少采用带冠叶片)。叶冠制成平行四边形,冠上除前缘处有两道封严齿外,后缘沿轴向还有一翅形板,冷却空气由冠顶漏出时,在两叶片的翅形板间稍有膨胀,能回收一部分能量,这是遄达发动机的又一特殊设计。叶根的缘板处装有阻尼器,以减小叶片振动。
图6、“遄达”高压涡轮工作叶片
(3)叶片冷却空气分高、低压。进入叶片的冷却空气有低压和高压两路,因此叶片内的冷却通道也有高、低压2路。低压通道仅在叶片前缘有1道且未经转折直接由叶冠上的小孔逸出;而高压通道则转折多次,且通道上做有加强散热的肋条等,由多个气膜孔、狭缝流出。
这种复杂但冷却效果较好的冷却叶片目前只有罗·罗公司的遄达、泰和RBG/H等发动机上采用。高压空气直接来自燃烧室的二股气流,低压空气来自轮盘前缘叶根处2封严篦齿间向内泄漏出的空气。
3.6中压涡轮
(1)复合倾斜导向叶片。如高压涡轮导向叶片一样,26片导向叶片宽而厚,是按三元流复合倾斜设计的,采用MARM定向凝固材料铸造的。
(2)可控涡变功量工作叶片。工作叶片按可控涡变功量设计,由于不冷却,而采用单晶材料SRR99铸造。
3.7低压涡轮
(1)叶片按三元流设计。遄达、系列为4级,系列为5级。在三型发动机中,所有叶片全部按三元流设计。
(2)正交叶片。工作叶片也是按正交原理设计的,因而叶片呈弯曲状,如图7所示。这在其他发动机上未采用过,显然这种设计可提高气动效率,但带来一些强度问题。
(3)整体铸造后轴承机匣。涡轮后轴承机匣是发动机中的重要承力结构,由带轴承座的内环、外环及叶型支板铸成—个整体件。
图7、遄达低压涡轮
3.8整体式喷管
大多数高涵道比涡轮风扇发动机中,外涵气流与内涵气流互不干扰平行地流出发动机,但遄达系列发动机中采用外涵气流通过掺混器流入内涵与内涵气流混合后流出发动机,这种喷管称为整体式喷管,由于外涵冷空气流过掺混器对掺混器起到强制的冷却。
强制冷却的整体式喷管最初用于RBE4、泰、V2等中等推力的发动机。第一种采用整体式喷管的大推力高涵道比涡扇发动机为RB-G/H,遄达是采用这种整体式喷管的第2种大推力发动机。采用整体式喷管可提高推进效率与风扇效率,从而降低耗油率与噪声,另外还能增加反推推力等,但重量有所增加,因而适于远程客机。
3.9其他特点
遄达发动机部件寿命较长,如压气机转子与静子寿命达00~00h,低压涡轮导向叶片与工作叶片为00h,中、高压涡轮导向叶片与工作叶片的为20~00h,燃烧室经修理后可达00h,各轮盘与轴为循环。另外它的噪声比FAR36部第三阶段规定的低15dB,污染低于要求值。