軸向葉片式混合渦輪發(fā)動機方案

軸向葉片式混合渦輪發(fā)動機就是用軸向葉片式狄塞爾循環(huán)發(fā)動機代替大涵道比渦扇發(fā)動機中的軸流葉輪機械（如壓氣機和渦輪），而保留風扇部件的1種發(fā)動機，如圖1所示。該混合發(fā)動機中的壓縮機、膨脹機和風扇安裝在1根軸上，能作為獨立單元拆卸，便于更換和維修。

軸向葉片式狄塞爾循環(huán)發(fā)動機（Axial Vane Diesel Engine）如圖2所示，就是在圓柱形轉子（40）上有眾多直葉片（48），這些直葉片沿軸向貫穿于轉子，通過導向凸輪（38）的運動，平行于旋轉軸移動，同時與轉子一同旋轉，這樣就增大或縮小了葉片與葉片之間的體積，從而以往復式活塞機械的方式壓縮和膨脹流體。其葉片平行于旋轉軸移動而始終保持動態(tài)平衡，且活塞機械具有典型往復運動和加速度特性，使得這種機械具有最小的能量損失。軸向葉片式旋轉狄塞爾循環(huán)發(fā)動機工作原理如圖3所示。

先進技術有限公司（ATI）正與NASA合作，論證將這種軸向葉片式壓縮機和膨脹機用于大涵道比渦扇發(fā)動機的可行性。研究了2種推力級別的發(fā)動機：海平面靜止（SLS）推力44.45和111.13 kN級發(fā)動機。對于44.45 kN推力級發(fā)動機，論證了傳統(tǒng)渦輪發(fā)動機燃燒室和在葉片構件內部燃燒2種形式；對于111.13 kN推力級發(fā)動機，只認證了傳統(tǒng)渦輪發(fā)動機燃燒室。按照合同要求：（1）ATI開發(fā)了能進行發(fā)動機分析的軸向葉片式壓縮機、膨脹機和軸向葉片內部燃燒系統(tǒng)的熱力學分析模型和機械模型，并提供給NASA；（2）NASA利用自行開發(fā)的NPSS循環(huán)分析軟件獲得每一基準渦扇發(fā)動機數(shù)據(jù)提供給先進技術有限公司，并完成了標準海平面狀態(tài)下的所有初始分析和發(fā)動機進口壓力等于風扇下游壓力時的最終分析；（3）ATI利用NPSS數(shù)據(jù)和自主開發(fā)的AV-設計程序分析了每個推力級的軸向葉片式渦輪混合發(fā)動機循環(huán)，并對不同工作狀態(tài)下的一系列發(fā)動機結構進行了建模，產生了1個最優(yōu)的、能與每種基準渦扇發(fā)動機海平面推力額定值匹配的發(fā)動機，并得到每種最優(yōu)發(fā)動機的實體模型和質量。

可行性研究結果表明：利用軸向葉片式技術的狄塞爾循環(huán)混合發(fā)動機可顯著降低耗油率。

圖1 帶有軸向葉片式壓縮機和膨脹機的混合發(fā)動機

圖2 典型的軸向葉片旋轉裝置

圖3 軸向葉片旋轉柴油發(fā)動機工作原理

（中航工業(yè)沈陽發(fā)動機設計研究所 劉紅霞）