涡扇发动机----单转子和多转子

yinalan

在研制一台新的涡扇发动机的时候，最先解决的问题是他的总体结构问题。总体结构的问题说明白一些就是发动机的转子数目多少。目前涡扇发动机所采用的总体结构无非是三种，一是单转子、二是双子、三是三转子。其中单转子的结构最为简单，整个发动机只有一根轴，风扇、压气机、涡轮全都在这一根轴上。结构简单的好处也不言自明--省钱！一方面的节省就总要在另一方而复出相应的代价。

首先从理论上来说单转子结构的涡扇发动机的压气机可以作成任意多的级数以期达到一定的增压比。可是因为单转子的结构限制使其风扇、低压压气机、高压压气机、低压涡轮、高压涡轮必须都安装在同一根主轴之上，这样在工作时他们就必须要保持相同的转速。问题也就相对而出，当单转子的发动机在工作时其转数突然下降时（比如猛收小油门），压气机的高压部分就会因为得不到足够的转数而效率严重下降，在高压部分的效率下降的同时，压气机低压部分的载荷就会急剧上升，当低压压气机部分超载运行时就会引起发动机的振喘，而在正常的飞行当中，发动机的振喘是决对不被允许的，因为在正常的飞行中发动机一但发生振喘飞机十有八九就会掉下来。为了解决低压部分在工作中的过载只好在压气机前加装导流叶片和在压气机的中间级上进行放气，即空放掉一部分以经被增压的空气来减少压气机低压部分的载荷。但这样以来发动机的效率就会大打折扣，而且这种放掉增压气的作法在高增压比的压气机上的作用也不是十分的明显。更要命的问题发生在风扇上，由于风扇必须和压气机同步，受压气机的高转数所限单转子涡扇发动机只能选用比较小的函道比。比如在幻影-2000上用的M-53单转子涡扇发动机，其函道只有0.3。相应的发动机的推重比也比较小，只有5.8。

为了提高压气机的工作效率和减少发动机在工作中的振喘，人们想到了用双转子来解决问题，即让发动机的低压压气机和高压压气机工作在不同的转速之下。这样低压压气机与低压涡轮联动形成了低压转子，高压压气机与高压涡轮联动形成了高压转子。低压转子的转速可以相对低一些。因为压缩作用在压气机内的空气温度升高，而音速是随着空气温度的升高而升高的，所以而高压转子的转速可以设计的相对高一些。即然转速提高了，高压转子的直径就可以作的小一些，这样在双转子的喷气发动机上就形成了一个“蜂腰”，而发动机的一些附属设备比如燃油调节器、起动装置等等就可以很便的装在这个“蜂腰”的位置上，以减少发动机的迎风面积降低飞行阻力。双转子发动机的好处不光这些，由于一般来说双转子发动机的的高压转子的重量比较轻，起动惯性小，所以人们在设计双转子发动机的时候都只把高压转子设计成用启动机来驱动，这样和单转子发动机相比双转子的启动也比较容易，启动的能量也要求较小，启动设备的重量也就相对降低。

然而双转子结构的涡扇发动机也并不是完美的。在双转子结构的涡扇发动机上，由于风扇要和低压压气机联动，风扇和低压压气机就必须要互相将就一下对方。风扇为将就压气机而必需提高转数，这样直径相对比较大的风扇所承受的离心力和叶尖速度也就要大，巨大的离心力就要求风扇的重量不能太大，在风扇的重量不能太大的情况下风扇的叶片长度也就不能太长，风扇的直径小下来了，函道比自然也上不去，而实践证明函道比越高的发动机推力也就越大，而且也相对省油。而低压压气机为了将就风扇也不得不降低转数，降低了压气机的转数压气机的工作效率自然也就上不去，单级增压比降低的后果是不得不增加压气机风扇的级数来保持一定的总增压比。这样压气机的重量就很难得以下降。

为了解压气机和风扇转数上的矛盾。人们很自然的想到了三转子结构，所谓三转子就是在二转子发动机上又了多了一级风扇转子。这样风扇、高压压气机和低压压气机都自成一个转子，各自都有各自的转速。三个转子之间没有相对固定的机械联接。如此一来，风扇和低压转子就不用相互的将就行事，而是可以各自在最为合试的转速上运转。设计师们就可以相对自由的来设计发动机风扇转速、风扇直径以及函道比。而低压压气机的转速也可以不受风扇的肘制，低压压气机的转速提高之后压气的的效率提高、级数减少、重量减轻，发动机的长度又可以进一步缩小。

但和双转子发动机相比，三转子结构的发动机的结构进一步变的复杂。三转子发动机有三个相互套在一起的共轴转子，因而所需要的轴承支点几乎比双转子结构的发动机多了一倍，而且支撑结构也更加的复杂，轴承的润滑和压气机之间的密闭也更困难。三转子发动机比双转子发动机多了很多工程上的难题，可是英国的罗•罗公司还是对他情有独钟，因为在表面的困难背后还有着巨大的好处，罗罗公司的RB-211上用的就是三转子结构。转子数量上的增加换来了风扇、压气机、涡轮的简化。

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这些东西，要懂，必须彻底学习基础，

小机型，一般是多轴，学了基础，你就知道，压气机叶片短，涡轮叶片也短，同速，配不上，只能把轴拆开，

而提高效率，就要提高压比，一提，级间就无法控制，控制不住，就喘，于是，把压气机再拆开，

你说多轴可靠性一定差？不一定，喘振可能性小了，未必寿命差，

这些，就是基本概念，概念在，随便聊，本主儿为显示自己，只能再聊深的，你再听，一会儿，不砍了，哈哈，你再见的，大红毛了，

大红毛就问你是否有兴趣去他公司，什么都好说，你不去，以后也是生意伙伴了，平起平坐，

风陵渡

羡慕大侠，面试完能否发个面经让我辈瞧瞧啊

Architect

“研究RB211所花去的巨额资金使得罗尔斯罗伊斯有限公司于1971年破产，而之后被英国政府国有化才使得公司能够生存下来。RB211是第一款三转子涡轮发动机，这也使得罗尔斯罗伊斯在航空器发动机领域才能够由一个小玩家变成世界级的竞争者。20世纪90年代，RB211被其概念的继承者遄达系列发动机（Trent）所取代。”

Architect

“罗尔斯·罗伊斯曾经想发展一种推力为45000磅（200千牛）的新型发动机来用在升级版的三叉戟飞机上，即RB178，不过失败了。这项计划在后来又发展为为空客A300提供动力的，推力为47500磅（211千牛）RB207，不过后来取消了。于是罗尔斯·罗伊斯就专心进行它的RB211研发计划。
于此同时，罗尔斯·罗伊斯还在进行它的三转子涡轮发动机的研究。这种发动机被认为可以提供更高的工作效率。这种配置下，涡轮发动机中有三组不同的涡轮，分别驱动三组不同的压气机，以不同的速度旋转。这种情况下，不同的压气机都可以工作在最佳转速。不过三转子的设计虽然更加紧凑和坚固，但是其复杂的结构也增加了制造维护的难度。这时有好几种三转子的设计正在进行，包括用来取代斯贝发动机的，设计推力在10000磅（44千牛）的RB203。”

Architect

“洛克希德公司认为这种新发动机的使用会让L-1011与DC-10相比具有很大的优势。然而，道格拉斯公司在1967年10月也同样收到了罗尔斯·罗伊斯请求让DC-10装上推力为3400磅（157千牛）的RB211-10型发动机的建议。紧随其后的就是一场场激烈的谈判，既在飞机制造商洛克希德公司和道格拉斯公司之间，也在发动机提供方罗尔斯·罗伊斯、GE和普惠之间，还在美国的各大航空公司之间。在这期间，价格越谈越低，推力越报越高。在1968年年初的时候，罗尔斯·罗伊斯能提供推力40600磅（181千牛）的RB211-18。而最后1968年3月29日，在收到94架L-1011订单之后，洛克希德公司决定选用罗尔斯·罗伊斯公司的RB211-22发动机，并订购了150对。”——乱战和要价

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“1970年5月，在对海菲尔制成的风扇进行的测试中，没有通过鸟击测试。幸好罗尔斯·罗伊斯为了研究了一种钛叶片，作为海菲力的替代品。不过这意味着额外的成本和更大的重量。这也带来了技术上的问题。人们发现这些钛坯料只有一面的质量满足风扇叶片的制造要求。
到了1970年9月，罗尔斯·罗伊斯向英国政府报告，RB211的开发已经花掉1.703亿英镑——几乎是原计划的两倍。此外，RB211的制造成本预估已经超过230375英镑该项目正在进入危机。”

yinalan

Architect 发表于 2018-5-10 08:44
“研究RB211所花去的巨额资金使得罗尔斯罗伊斯有限公司于1971年破产，而之后被英国政府国有化才使得公司能 ...

看看这“代言”

Architect

Architect 发表于 2018-5-10 08:50
“1970年5月，在对海菲尔制成的风扇进行的测试中，没有通过鸟击测试。幸好罗尔斯·罗伊斯为了研究了一种钛 ...

“In February 1968, American Airlines indicated it had chosen the Rolls-Royce RB.211 to power its order for up to 50 McDonnell-Douglas DC-10s. On the 7th March 1968, the Washington correspondent of The Times wrote of an attempt being made by Congress to block Rolls-Royce's bid to supply engines for the projected United States airbus. Representative Robert Taft had marshalled opposition because of a report that Rolls-Royce has won approval for the engine. On the 9thMarch 1968, The Times reported that President Johnson has received written protests from six senators and five representatives, from Ohio and New Mexico - states that would benefit if a U.S. Maker was selected. Their complaint was that 'not adequately balanced information was given during talks between representatives of airlines and the British Government concerning the American Government's position on buying foreign engines'.The U.S. Congress was concerned that the import of foreign engines would result in a United States payments deficit of $3,800 million and the loss of 18,000 to 20,000 jobs. ”——美国国会也是有人反对。

“In addition, the project had suffered a serious setback with the sudden death of Chief Engineer Adrian "Lom" Lombard in July 1967, a loss that was described as Rolls-Royce having been "deprived of one of the finest trouble-shooting engineers in the industry”——首席工程师也突然死亡。由于其战略重要性，该公司被当时保守的爱德华·希思政府国有化，允许RB211的开发完成。

“As Lockheed was itself in a vulnerable position, the British government required that the US government guarantee the bank loans that Lockheed needed to complete the L-1011 project. If Lockheed (which was itself weakened by the difficulties) had failed, the market for the RB211 would have evaporated. Despite some opposition, the US government provided these guarantees.[19] In May 1971, a new company called "Rolls-Royce (1971) Ltd." acquired the assets of Rolls-Royce from the Receiver, and shortly afterwards signed a new contract with Lockheed. This revised agreement cancelled penalties for late delivery, and increased the price of each engine by £110,000.”——英国政府要求美国政府提供保障。

“Hugh Conway (managing director RR Gas Turbines), persuaded Stanley Hooker to come out of retirement and return to Rolls Royce.[21][22] As technical director he led a team of other retirees - including Cyril Lovesey and Arthur Rubbra - to fix the remaining problems on the RB211-22. The engine was finally certified on 14 April 1972,[23] about a year later than originally planned, and the first TriStar entered service with Eastern Air Lines on 26 April 1972. Hooker was knighted for his role in 1974.[24]”——退休人员返聘上阵，经理被授爵。

yinalan

Architect 发表于 2018-5-10 08:50
“1970年5月，在对海菲尔制成的风扇进行的测试中，没有通过鸟击测试。幸好罗尔斯·罗伊斯为了研究了一种钛 ...

GE双转子，罗罗玩三转子，普惠在双转子基础上加齿轮箱，各有各的玩法