遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展與設(shè)計(jì)特點(diǎn)

陳 光

（北京航空航天大學(xué)，北京100191）

0 引言

遄達(dá)XWB3轉(zhuǎn)子大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是RR公司繼遄達(dá)700（用于A330客機(jī)）、800（用于B777客機(jī)）、500（用于A340-500、-600客機(jī)）、900（用于A380客機(jī)）與1000（用于B787客機(jī)）后的第6型遄達(dá)系列發(fā)動(dòng)機(jī)，是空客公司A350XWB客機(jī)的惟一動(dòng)力裝置。

本文概述了遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展歷程，研究了其設(shè)計(jì)特點(diǎn)。通過對(duì)比分析其總體結(jié)構(gòu)和各部件的性能特點(diǎn)，得出該發(fā)動(dòng)機(jī)各方面良好的綜合性能。

1 A350XWB客機(jī)和遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展概況

1.1 A350XWB客機(jī)

空中客車公司（簡(jiǎn)稱空客）于2005年10月啟動(dòng)A350項(xiàng)目，計(jì)劃為衍生自A330客機(jī)設(shè)計(jì)的1款250～300座雙發(fā)寬體客機(jī)，機(jī)身橫截面與A330客機(jī)的相同，以與波音公司的B787-9、B777-200ER及計(jì)劃中的B787-10客機(jī)相競(jìng)爭(zhēng)。由于航空公司未看好A350客機(jī)的發(fā)展前景，訂單很少，所以空客只得放棄擬議中的A350項(xiàng)目。2006年7月17日，空客將A350客機(jī)的機(jī)身加寬，命名為A350XWB(ExtraWide Body，超寬機(jī)身)，其雙耳垂形（橢圓形）的機(jī)身橫截面最大直徑為5.97m，比A330/A340客機(jī)的大0.33m，也比空客之前的寬體客機(jī)的大；但是比A380、B747和B777客機(jī)的都小。

A350XWB系列飛機(jī)包括A350-800、-900和-10003種不同機(jī)型，其航程都可覆蓋全球各個(gè)角落。在典型3級(jí)客艙布局下，-800、-900和-1000分別可搭載270、314和350名乘客。而A350XWB系列所有型號(hào)的飛機(jī)在高密度客艙布局下的載客量都可以達(dá)到440人。

2012年4月開始總裝第1架A350XWB客機(jī)，次年5、6月分別完成整體噴漆和地面滑行測(cè)試，并在法國(guó)圖盧茲布拉尼亞克機(jī)場(chǎng)進(jìn)行了首飛。計(jì)劃A350XWB-900、-800與-1000分別于2014年4季度、2016、2017年投入航線運(yùn)營(yíng)。2014年12月22日，空客向卡塔爾航空公司交付了第1架A350XWB-900客機(jī)，于2015年1月5日投入了航線運(yùn)營(yíng)，基本達(dá)到了預(yù)定的首航計(jì)劃。截至2014年初，己得到39家航空公司的812架A350XWB客機(jī)的確認(rèn)訂單，其中亞太地區(qū)客戶共訂購(gòu)了244架，占總訂單的30%。

1.2 遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)

2005年空客推出A350項(xiàng)目時(shí)，RR公司為了爭(zhēng)取向其提供動(dòng)力裝置，提出了采用推油門的方法加大用于B787客機(jī)的遄達(dá)1000發(fā)動(dòng)機(jī)推力的措施，并采用常規(guī)的由高壓壓氣機(jī)向飛機(jī)機(jī)艙供氣（在B787客體上，發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)2臺(tái)功率各為250kW的交流發(fā)電機(jī)，發(fā)出的電流驅(qū)動(dòng)向飛機(jī)機(jī)艙供氣的空氣壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)）的方案，將該改型的發(fā)動(dòng)機(jī)命名為遄達(dá)1700。當(dāng)空客決定發(fā)展A350XWB客機(jī)后，為了獲得更多的用戶，要求其具有更經(jīng)濟(jì)、環(huán)保與易維護(hù)等特點(diǎn)，顯然RR公司擬議中的遄達(dá)1700發(fā)動(dòng)機(jī)滿足不了空客的要求。在RR公司與空客協(xié)商后，提出了比遄達(dá)1000發(fā)動(dòng)機(jī)的性能顯著提高的遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)，作為A350XWB客機(jī)3個(gè)型號(hào)（A350XWB-800、-900和-1000）的惟一動(dòng)力裝置，對(duì)應(yīng)的3型發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為遄達(dá)XWB-75、-84和-97，推力分別為330、374、430kN。

2006年RR公司在遄達(dá)1000發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上，正式啟動(dòng)了遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)的研制工作。

2010年6月14日，推力較小的遄達(dá)XWB-84發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了第1次臺(tái)架試車，2012年2月18日在由空客公司的豪華巨型客機(jī)A380改裝的飛行試車臺(tái)上進(jìn)行了第1次飛行試驗(yàn)，在取證前進(jìn)行了42次共140h的飛行試驗(yàn)。在完成了全部取證試驗(yàn)后，遄達(dá)XWB-84發(fā)動(dòng)機(jī)于2013年2月7日取得歐洲航空安全局（EASA）頒發(fā)的適航證。

2013年6月14日，首架配裝遄達(dá)XWB-84發(fā)動(dòng)機(jī)的A350XWB客機(jī)（編號(hào)為MSN1）開始飛行試驗(yàn)，隨后又有4架試飛飛機(jī)（MSN2～MSN5）參加取證前的飛行試驗(yàn)。該試驗(yàn)包括在南美玻利維亞高海拔機(jī)場(chǎng)與阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)的AlAin炎熱環(huán)境的發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)；在加拿大Iqaluit酷寒（氣溫為-30℃）條件下的發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)，該試驗(yàn)進(jìn)行了1周時(shí)間，試驗(yàn)后的進(jìn)氣錐被冰層覆蓋如圖1所示。

2014年5月15日，RR公司向空客交付了用于首架投入運(yùn)營(yíng)的A350XWB客機(jī)的遄達(dá)XWB-84發(fā)動(dòng)機(jī)。

2014年7月15日，遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)推力最大型號(hào)遄達(dá)XWB-97進(jìn)行了首次地面臺(tái)架試車，計(jì)劃于2016年進(jìn)行飛行試驗(yàn)，配裝該發(fā)動(dòng)機(jī)的A350 XWB-1000客機(jī)計(jì)劃于2017年投入航線運(yùn)營(yíng)。

圖1 遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣錐被冰層覆蓋

2 遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)由1級(jí)風(fēng)扇、8級(jí)中壓壓氣機(jī)、6級(jí)高壓壓氣機(jī)、低污染環(huán)形燃燒室、1級(jí)氣冷高壓渦輪、2級(jí)氣冷中壓渦輪與6級(jí)低壓渦輪組成，如圖2所示。

圖2 遄達(dá)XWB3轉(zhuǎn)子大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)

2.1 與傳統(tǒng)RB211/遄達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)的不同

1972年，RB211-22B3轉(zhuǎn)子大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)配裝于三星L1011寬體客機(jī)。RR公司在此基礎(chǔ)上，研制了RB211-535C、-535E4、-524C/D、-524G/H與-524G/H-T等系列發(fā)動(dòng)機(jī)，又在-524G/H發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展了遄達(dá)系列發(fā)動(dòng)機(jī)。在上述發(fā)動(dòng)機(jī)中，風(fēng)扇后的支點(diǎn)（N1）處采用滾棒軸承，中壓渦輪為單級(jí)與高壓渦輪工作葉片帶冠是一貫的。遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)除在這3點(diǎn)打破了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)外，還第1次在中、高壓壓氣機(jī)中采用整體葉盤，并在風(fēng)扇部件中第1次采用復(fù)合材料的風(fēng)扇后機(jī)匣，低壓渦輪工作葉片不僅首次采用TiAl合金，且局部做成空心結(jié)構(gòu)。

2.1.1 風(fēng)扇后支點(diǎn)處采用大直徑滾珠軸承

以往PW與GE公司的大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇后支點(diǎn)即1號(hào)（N1）支點(diǎn)，出于安全性考慮均采用能承受軸向載荷的滾珠軸承。一旦風(fēng)扇軸折斷，風(fēng)扇盤能保持在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)而不會(huì)在風(fēng)扇葉片氣動(dòng)軸向力作用下甩離發(fā)動(dòng)機(jī)。但是，RR公司從RB211-22B發(fā)動(dòng)機(jī)到遄達(dá)1000發(fā)動(dòng)機(jī)，均在風(fēng)扇后1號(hào)支點(diǎn)處采用滾棒軸承，將承受低壓轉(zhuǎn)子軸向力的滾珠軸承設(shè)在中壓壓氣機(jī)后，且該滾珠軸承內(nèi)、外環(huán)分別固定在風(fēng)扇后軸和中壓壓氣機(jī)后軸內(nèi)孔上，成為中介軸承，如圖3所示。

在傳統(tǒng)的RB211/遄達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)中，為了解決風(fēng)扇軸折斷后風(fēng)扇盤甩離發(fā)動(dòng)機(jī)的問題，在風(fēng)扇轉(zhuǎn)子內(nèi)的第1、3號(hào)支點(diǎn)間設(shè)置特別的保持軸，如圖4所示。從圖中可見，保持軸前端緊緊壓在風(fēng)扇盤端面上，后端向內(nèi)伸的擋邊扣在低壓渦輪軸前端套齒聯(lián)軸器壓緊螺帽后端，二者間留有間隙A。當(dāng)正常工作時(shí)，始終保持間隙A，保持軸不起作用。—旦風(fēng)扇軸折斷，風(fēng)扇轉(zhuǎn)子在氣動(dòng)軸向力作用下前移，此時(shí)，保持軸前移壓到螺帽上，轉(zhuǎn)子即被滾珠軸承所拉住而不會(huì)甩出。但是，在實(shí)際使用中，曾出現(xiàn)過幾次（例如1981.5、1981.8、1981.9與1982.12）風(fēng)扇軸折斷后，保持軸未將風(fēng)扇盤保持在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的事件。風(fēng)扇盤多次甩離發(fā)動(dòng)機(jī)，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展史上也屬罕見，表明RB211系列發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇保持系統(tǒng)仍不夠完善。

圖3 遄達(dá)XWB與傳統(tǒng)的RB211/遄達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇轉(zhuǎn)子支承上的對(duì)比

圖4 傳統(tǒng)的RB211/遄達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇轉(zhuǎn)子中的保持軸

在遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)中，將緊靠風(fēng)扇盤后的軸承（N1）改為大直徑的滾珠軸承，如圖5所示。該軸承內(nèi)徑大于中壓壓氣機(jī)后滾珠軸承的外徑。在傳統(tǒng)的RB211/遄達(dá)系列發(fā)動(dòng)機(jī)中，風(fēng)扇轉(zhuǎn)子滾珠軸承內(nèi)徑比風(fēng)扇盤后滾棒軸承和中壓壓氣機(jī)后滾珠軸承內(nèi)徑都小。由此可見，遄達(dá)XWB風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的滾珠軸承尺寸比傳統(tǒng)RB211/遄達(dá)系列發(fā)動(dòng)機(jī)的要大得多，不僅使承載軸向負(fù)荷的能力提高4倍，而且取消了保持軸，使結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，質(zhì)量減輕。

2.1.2 中壓渦輪改為雙級(jí)

在傳統(tǒng)RB211/遄達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)中，中壓渦輪一直采用單級(jí)設(shè)計(jì)，而遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)的中壓渦輪改成了雙級(jí)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的總壓比高達(dá)52.0，改進(jìn)后可降低渦輪級(jí)負(fù)荷，以提高效率。但在遄達(dá)1000發(fā)動(dòng)機(jī)中，其總壓比為52.1，還稍高于遄達(dá)XWB的，但其中壓渦輪仍采用單級(jí)。

2.1.3 高壓渦輪工作葉片不帶冠

在RR公司研制的發(fā)動(dòng)機(jī)中，包括斯貝、RB199以及傳統(tǒng)的RB211/遄達(dá)等發(fā)動(dòng)機(jī)，高壓渦輪工作葉片均帶冠，而在PW與GE公司的發(fā)動(dòng)機(jī)中則相反。由于高壓渦輪工作葉片短，帶冠后減少葉尖相對(duì)漏氣損失的作用更為顯著，從而可提高效率；但高壓渦輪工作葉片處在高轉(zhuǎn)速、高燃?xì)鉁囟鹊墓ぷ鳁l件下，帶冠后對(duì)葉片榫根的強(qiáng)度帶來較大問題。RR發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓渦輪工作葉片做成帶冠的，說明其渦輪工作葉片的材料較好。但是，在遄達(dá)XWB推力最大型號(hào)即遄達(dá)XWB-97發(fā)動(dòng)機(jī)中，高壓渦輪工作葉片沒有采用帶冠結(jié)構(gòu)，這是由于為了增大推力，提高了渦輪前燃?xì)鉁囟?，此時(shí)高壓渦輪工作葉片帶冠其葉片榫根承受不了高強(qiáng)度。而在遄達(dá)XWB的-75與-84發(fā)動(dòng)機(jī)中，高壓渦輪工作葉片仍然帶冠。

圖5 遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇盤后改用滾珠軸承

2.2 風(fēng)扇

風(fēng)扇直徑是遄達(dá)系列發(fā)動(dòng)機(jī)中最大者，為2.997m，比GEnx發(fā)動(dòng)機(jī)的還大0.178m，僅比GE90發(fā)動(dòng)機(jī)的小，空氣流量約為1440kg/s。風(fēng)扇采用了小的輪轂比（約0.25），在空氣流量一定時(shí)，可減小風(fēng)扇直徑，加大涵道比，減輕質(zhì)量。但輪盤直徑較小，為了能安裝所需的葉片數(shù)，葉片榫根采用了圓弧形，風(fēng)扇部件如圖6所示。

圖6 遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇

風(fēng)扇葉片葉尖采用小的切線速度，以降低噪聲。葉片后掠，稱為彎刀形葉片，如圖7所示。采用最新的3維氣動(dòng)方法設(shè)計(jì)，以提高效率。Ti6/4合金風(fēng)扇葉片結(jié)構(gòu)采用了RR公司的第3代設(shè)計(jì)，即DB/SPF(擴(kuò)散連接/超塑性成形)做成的帶中間桁條的空心葉片。風(fēng)扇葉片后緣與分流環(huán)前緣間留有較大間距，以便將隨流入發(fā)動(dòng)機(jī)氣流的細(xì)小砂石、雨水等甩向外涵道。斜置的出口導(dǎo)向葉片與風(fēng)扇葉片間留有很大間距，以降低噪聲，先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)中經(jīng)常采用該設(shè)計(jì)，同時(shí)起到風(fēng)扇與中壓壓氣機(jī)間中介機(jī)匣的傳力構(gòu)件。

風(fēng)扇包容機(jī)匣采用遄達(dá)900、1000發(fā)動(dòng)機(jī)上的結(jié)構(gòu)，即做成由Ti6/4鍛制的帶加強(qiáng)環(huán)的環(huán)形機(jī)匣。RR公司稱，該設(shè)計(jì)不僅具有足夠的包容能力，而且質(zhì)量輕。風(fēng)扇后機(jī)匣由復(fù)合材料制成，這是遄達(dá)系列發(fā)動(dòng)機(jī)第1次在風(fēng)扇后機(jī)匣上采用復(fù)合材料。

風(fēng)扇輪盤與遄達(dá)1000的相同，即相當(dāng)于帶3個(gè)輪盤的混合式轉(zhuǎn)子。

風(fēng)扇后的分流環(huán)前緣通有熱空氣進(jìn)行防冰，如圖8所示。從圖中可見，對(duì)分流環(huán)前緣加溫后的熱空氣由前緣縫隙中流出，并隨內(nèi)涵氣流流入中壓壓氣機(jī)中。分流環(huán)防冰設(shè)計(jì)，在其他發(fā)動(dòng)機(jī)包括遄達(dá)系列前幾種型號(hào)中均未采用過。

圖7 風(fēng)扇葉片（前視）

圖8 分流環(huán)用熱空氣防冰

2.3 中、高壓壓氣機(jī)

與遄達(dá)1000發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)中、高壓壓氣機(jī)分別為8、6級(jí)，如圖9所示。中壓壓氣機(jī)的前4排靜子葉片做成可調(diào)節(jié)的（遄達(dá)1000發(fā)動(dòng)機(jī)中為前3排）。沿用了遄達(dá)900、1000發(fā)動(dòng)機(jī)的高、中壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)。

圖9 遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)中、高壓壓氣機(jī)

中、高壓壓氣機(jī)采用新近發(fā)展的子午流道抬高（risingline）氣動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)，以改善速度分布，并在設(shè)計(jì)中采用全3維分析手段。在中、高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子中笫1次采用了整體葉盤結(jié)構(gòu)。2005年前后，RR公司來中國(guó)宣傳用于B787客機(jī)的遄達(dá)1000發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，針對(duì)GEnx發(fā)動(dòng)機(jī)（用于B787的另1型發(fā)動(dòng)機(jī)）高壓壓氣機(jī)中采用3級(jí)整體葉盤結(jié)構(gòu)，特別強(qiáng)調(diào)在遄達(dá)1000發(fā)動(dòng)機(jī)中沒有采用整體葉盤結(jié)構(gòu)，似乎其不適用于民用大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。但之后在遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)中，中、高壓壓氣機(jī)中不僅采用了整體葉盤，而且還報(bào)道采用其給發(fā)動(dòng)機(jī)帶來的好處。顯然，今后在民用大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)中將廣泛采用整體葉盤。

由于遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)總壓比高達(dá)52，高壓壓氣機(jī)輪盤均由鎳基合金做成，前3級(jí)為整體葉盤結(jié)構(gòu)，且焊成一整件，后2級(jí)與后軸焊為一體，在單體的第4級(jí)盤處用短螺栓將整個(gè)轉(zhuǎn)子連接成整體。后3級(jí)的工作葉片用環(huán)形燕尾榫頭與輪盤連接。與遄達(dá)1000發(fā)動(dòng)機(jī)的一樣，壓氣機(jī)中采用雙層機(jī)匣的結(jié)構(gòu)，且對(duì)應(yīng)工作葉片葉尖的機(jī)匣作成整環(huán)，以保證在工作中各級(jí)葉片葉尖有較均勻的間隙，如圖10所示。

圖10 高壓壓氣機(jī)前3級(jí)為鎳基合金整體葉盤且焊成一體

2.4 燃燒室

遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室采用遄達(dá)系列發(fā)動(dòng)機(jī)笫5階段燃燒室設(shè)計(jì)，火焰筒采用可拆換瓦片的浮壁式結(jié)構(gòu)，如圖11所示。瓦片采用強(qiáng)制冷卻的設(shè)計(jì)，可減少冷卻空氣量，有較合適的出口溫度場(chǎng)，提高了效率并減少NOx排放。雖然RR公司在幾個(gè)技術(shù)驗(yàn)證技術(shù)計(jì)劃如ANTLE、EFE、ALEXSYS等中采用貧油燃燒室，改善了NOx排放，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，維護(hù)費(fèi)用高，以及對(duì)耗油率與CO2略有影響，因此，在遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)中仍然采用遄達(dá)系列發(fā)動(dòng)機(jī)的笫5階段燃燒室，即富油燃燒室設(shè)計(jì)。

圖11 遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室

RR公司的第5階段燃燒室實(shí)際上是串聯(lián)燃燒的分級(jí)燃燒室，其中的燃燒情況是前、中、后分別為富油燃燒級(jí)（R）、快速猝熄級(jí)（Q）、貧油燃燒級(jí)（L）。燃油與空氣沒有預(yù)先混合，燃油由氣動(dòng)霧化噴嘴噴出后，全部燃油和部分空氣進(jìn)行富油燃燒，通過降低燃燒溫度來減少富油燃燒區(qū)的NOx，然后富油燃?xì)饪焖倥c2股氣流混合形成快速猝熄，在燃燒室后段進(jìn)行貧油燃燒。在該燃燒室中形成了富油燃燒區(qū)以及混合和降溫貧油燃燒區(qū)2個(gè)明顯的燃燒區(qū)。

遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)采用先緩擴(kuò)后突擴(kuò)的雙級(jí)擴(kuò)壓器，高壓壓氣機(jī)出口導(dǎo)向葉片與緩擴(kuò)擴(kuò)壓器鑄成一體。燃燒室機(jī)匣采用Waspaloy鍛制成一體，再經(jīng)機(jī)械加工而成，一改傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的由板料焊接而成的作法，該設(shè)計(jì)己應(yīng)用于一些最新發(fā)展的發(fā)動(dòng)機(jī)中。

遄達(dá)XWB燃燒室具有燃油燃燒充分、排污低、耗油率低等特點(diǎn)。根據(jù)RR公司的分析，遄達(dá)XWB-84發(fā)動(dòng)機(jī)的耗油率比GE90-115B發(fā)動(dòng)機(jī)的低10%；同時(shí)具有巡航效率高以及高空再點(diǎn)火好的能力。

2.5 渦輪

遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪由1級(jí)高壓渦輪、2級(jí)中壓渦輪及6級(jí)低壓渦輪組成，如圖12所示。從圖中可見，由于涵道比大，低壓渦輪轉(zhuǎn)速低，為了達(dá)到較好的工作能力，只得加大低壓渦輪葉尖直徑，因此，整個(gè)渦輪機(jī)匣呈特大的錐形。

在遄達(dá)XWB系列發(fā)動(dòng)機(jī)中，推力最大的-97型的推力比-75型的大30%。推力增大主要通過提高渦輪前燃?xì)鉁囟冗_(dá)到，該溫度高達(dá)1975K[4]，與第4代戰(zhàn)斗機(jī)用的推重比為10的F119發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度相當(dāng)。因此，在-97型中，高壓渦輪工作葉片不僅采用新的耐高溫性能好的材料與涂層，而且改變了RR公司高壓渦輪工作葉片帶冠的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，取消了葉冠。

在工作葉片不帶冠的高壓渦輪中，為了提高效率，遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)采用較為先進(jìn)的葉尖主動(dòng)間隙控制系統(tǒng)；另外，在葉片葉尖處涂有耐高溫與耐磨的TBT429材料，而在葉尖對(duì)應(yīng)的襯環(huán)上涂有抗氧化的涂層，以減小葉尖間隙，當(dāng)葉尖與襯環(huán)碰摩時(shí)，襯環(huán)不會(huì)氧化。

遄達(dá)XWB核心機(jī)增壓比較高，核心機(jī)的渦輪如仍用2級(jí)，則渦輪的氣動(dòng)負(fù)荷較高，會(huì)影響效率，因此改為3級(jí)渦輪。在2級(jí)高壓渦輪加1級(jí)中壓渦輪與1級(jí)高壓渦輪加2級(jí)中壓渦輪的2種方案中，經(jīng)過優(yōu)化分析與計(jì)算，最終遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)采用1級(jí)高壓渦輪加2級(jí)中壓渦輪的方案，改變了RB211與遄達(dá)系列發(fā)動(dòng)機(jī)采用單級(jí)中壓渦輪的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)。

6級(jí)低壓渦輪采用最新一代的氣動(dòng)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)的工作葉片不僅首次采用TiAl金屬間化合物的輕質(zhì)合金，且第3～6級(jí)局部做成空心的，以減輕質(zhì)量，局部做成空心的工作葉片也是遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)的首創(chuàng)。

2.6 其他方面

（1）遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)采用常規(guī)由高壓壓氣機(jī)引氣供飛機(jī)增壓座艙的方式，因此，不像遄達(dá)1000發(fā)動(dòng)機(jī)在附件傳動(dòng)裝置中驅(qū)動(dòng)2臺(tái)各250kW的交流變頻發(fā)電機(jī)，而是驅(qū)動(dòng)2臺(tái)各100kW的交流變頻發(fā)電機(jī)。

（2）交流發(fā)電機(jī)等附件是由中壓轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)的，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)當(dāng)作起動(dòng)機(jī)使用，為此，在附件傳動(dòng)裝置中，發(fā)電機(jī)通過1套帶自動(dòng)離合器（超越離合器）的雙軸傳動(dòng)裝置，與中、高壓轉(zhuǎn)子連接。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，交流發(fā)電機(jī)作為起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)高壓轉(zhuǎn)子，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后自動(dòng)轉(zhuǎn)成中壓轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)等附件，提高了高壓壓氣機(jī)喘振裕度。

（3）設(shè)有在飛行中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)的先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理系統(tǒng)。

3 遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合性能

3.1 性能

遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)是該系列發(fā)動(dòng)機(jī)中風(fēng)扇直徑、推力最大的1型發(fā)動(dòng)機(jī)，其與遄達(dá)1000、以及GE90、GE90-115B與GEnx等發(fā)動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)對(duì)比見表1。

從表中可見，遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)與遄達(dá)1000發(fā)動(dòng)機(jī)相比，總壓比一致，涵道比略小，渦輪前燃?xì)鉁囟扔兴岣摺ＥcGE公司的GEnx發(fā)動(dòng)機(jī)相比，涵道比稍小，總壓比大很多。由于遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)取證時(shí)間（2013年初）比GEnx發(fā)動(dòng)機(jī)（2008年4月）的晚5年，采用了在那5年中新近發(fā)展的葉型氣動(dòng)設(shè)計(jì)、金屬和非金屬材料、調(diào)節(jié)與診斷等許多技術(shù)，因此，其在性能、經(jīng)濟(jì)性、排放、噪聲與維修成本等均處于當(dāng)今領(lǐng)先的地位，是最好的發(fā)動(dòng)機(jī)（GE9X發(fā)動(dòng)機(jī)在某些方面可能優(yōu)于遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)，但計(jì)劃于2020年才能投入航線使用），這也是A350XWB客機(jī)受到航空公司青睞的原因之一。

表1 幾型發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)

3.2 經(jīng)濟(jì)性

由于采用高的循環(huán)參數(shù)（涵道比9.3、總壓比52）及21世紀(jì)初新發(fā)展的技術(shù)與材料，遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性顯著優(yōu)于當(dāng)前在役的發(fā)動(dòng)機(jī)，如圖13所示。其中，遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)的耗油率比遄達(dá)1000發(fā)動(dòng)機(jī)的低2.7%，比GE90-115B發(fā)動(dòng)機(jī)的低10%。因而，配裝遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)的A350XWB寬體客機(jī)每座燃油效率比目前飛機(jī)的高25%。按每個(gè)航班飛行5h，1年飛行5000h計(jì)，每架A350XWB客機(jī)可為航空公司每年節(jié)省250萬美元。

圖13 各型遄達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)與RB211-524H發(fā)動(dòng)機(jī)的耗油率比較

3.3 噪聲

由于采用先進(jìn)的氣動(dòng)設(shè)計(jì)及多種降噪措施，遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲水平相當(dāng)于GE90發(fā)動(dòng)機(jī)的50%，使A350XWB客機(jī)的外部噪聲比目前正在運(yùn)營(yíng)的同級(jí)別飛機(jī)的低16EPNdB（有效可察覺噪聲分貝），低于國(guó)際民航組織第4章的要求。

3.4 排放

由于燃油能夠充分燃燒，遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)的排污值較低。各型遄達(dá)系列發(fā)動(dòng)機(jī)CO2與NOX排放值的比較如圖14所示。從圖中可見，遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)的CO2與NOX排放值分別比遄達(dá)895發(fā)動(dòng)機(jī)（2000年投入使用）的低15%與40%。

圖14 遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)與遄達(dá)其他型號(hào)的排放值對(duì)比

遄達(dá)XWB-84與-97發(fā)動(dòng)機(jī)的一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）、未燃碳?xì)浠衔铮║HC）和煙塵（smoke）排放值與CAEP-6及CAEP-8限制值的裕度如圖15所示。從圖中可見，XWB-97發(fā)動(dòng)機(jī)的NOx值與CAEP-6限制值相比，有15%的裕度；與CAEP-8限制值相比，仍有10%的裕度。

圖15 遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)4項(xiàng)主要排放值

CAEP-8是國(guó)際民航航空環(huán)境保護(hù)委員會(huì)CAEP（CommitteeforAviationEnvironmentalProtection）在CAEP-6的基礎(chǔ)上擬訂的更為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，2013年以后定型的發(fā)動(dòng)機(jī)要遵守此標(biāo)準(zhǔn)。在2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，NOx限制值在低總壓比時(shí)，CAEP-8比CAEP-6的低15%，在高總壓比時(shí)（例如遄達(dá)XWB-97發(fā)動(dòng)機(jī)），CAEP-8比CAEP-6的低10%。

上述遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)排放值是在燃燒室部件試驗(yàn)以及在美國(guó)空軍AEDC（ArnoldEngineering DevelopmentCenter）高空臺(tái)上進(jìn)行的高空工作性能及點(diǎn)火試驗(yàn)中獲得的。因此，遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)以其最先進(jìn)的氣動(dòng)性能及高效率的燃燒室有助于減少排放，使之不但符合目前的排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也會(huì)在可預(yù)見的未來符合環(huán)保要求，使A350XWB客機(jī)平均每名乘客的二氧化碳排放比現(xiàn)有大型客機(jī)的降低25%左右。

4 結(jié)束語

綜上所述，遄達(dá)XWB發(fā)動(dòng)機(jī)從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)性能到整體綜合評(píng)估都具備良好的特性，是目前世界上最先進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)。

[1]Norris G.A350 Trent XWB fuel consumption improves in tests[J/OL].Aviation Week& Space Technology，2013.http://www.aviationweek.com/.../a350-trent-xwb-fuel-consumption-improv.

[2]Criou O.A350XWB family&technologies[M/OL].Airbus Press,2009.http://www.fzt.haw-hamburg.de/pers/Scholz/dglr/hh/text_2007_09_20_A350XWB.pdf.

[3]Bradley A.An aero-engine vision of 2020[OL].Rolls-Royce plc，2004.http://www.win.tue.nl/ceas-asc/workshop8/Documents/CEAS_Budapest_2004_Andrew_Bradley.pdf.

[4]Parker R.Engine technology-the key to reducing aviation's climate impact[OL].Royal Aeronautical Society-Greener by Design,2011.http://www.aerosociety.com/.../GbD%20-%202005%20Science%20and%2.

[5]Whurr J.Future civil aeroengine architectures&technologies[OL].Rolls-Royce plc，2013.http://www.etc10.eu/mat/Whurr.pdf.

[6]Read B.Powering the future[OL].Aerospace International.2012.http://www.cbsnews.com/feature/powering-the-future.

[7]Doyle A.Rolls-Royce details next-generation engine studies[EB/OL].London：Flight.[2011-03-14].http://www.flightglobal.com/news/articles/rolls-royce-details-next-generation-engine-studies-354205/.

[8]Goold I.Rolls prepares for Trent XWB production run[OL].[2013-12-17].http://www.ainonline.com/aviation-news/2013-11-17/rolls-prepares-trent-xwb-production-run.

[9]Rolls-Royce Trent XWB From Wikipedia[OL].http://en.wikipedia.Rolls-Royce.org/wiki/Rolls-Royce_Trent_XWB.

[10]Cmposite aft fan cases for Trent XWB-97.Aerospace Engineering Magazine[OL].[2013-06-25].http://www.compositesportal.com/news/item/173-composite-fan-cases-for-rolls-royce-trent-xwb-97.html.

[11]Ric Parker.Large aircraft propulsion for the future evolution and revolution[OL].AIAA Propulsion and Energy Forum.2014.http://www.aiaa-propulsionenergy.org/.../AIAA-PropulsionEnergy.../.

[12]Goold I.Rolls confident of Trent XWB performance and popularity[OL]. [2014-07-12]. http://www.ainonline.com/aviation-news/airtransport/2014-07-12/rolls-confident-trent-xwb-performance-andpopularity.

[13]陳光.航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析（2版）[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2014：248-285.CHEN Guang.Mechnical design analysis of aero-engine（second edition）[M].Beijing：Beihang University Press，2014：248-285.（in Chinese）

[14]Higher-thrust Rolls-Royce Trent XWB engine runs for first time[OL].[2014-07-15].http://www.londonstockexchange.com/exchange/news/market-news/market-news-detail/12017419.html.

[15]Staff A.Trent XWB new comer is mature before its time[OL].[2011-06-19].http://www.ainonline.com/aviation-news/air-transport/2011-06-19/paris-2011-trent-xwb-newcomer-mature-its-time.