V2500发动机简介

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第1章 V2500航空发动机简介
V2500是先进的双转子、轴流式、高涵道比涡轮风扇航空发动机，由国际航空发动机公司（IAE）设计生产。

该发动机适用于中程和短程客机，它的推力在22000lbf~33000lbf之间，专门为空客公司的A319.、A320、A321以及麦道公司的MD-90飞机设计。

由于V2500发动机具有更高的可靠性和效率，同时还具有较低的噪音和废气排放，符合环保的理念。

因此A320飞机的客户大多选装V2500发动机。

到目前为止，V2500发动机的累计飞行小时数已经达到4000万飞行小时，已交付发动机达2600台，固定订单和意向订单达5000台。

V2500发动机的低压转子包括1级风扇,4级低压压气机，5级低压涡轮；高压转子包括10级高压压气机和2级高压涡轮。

其燃烧室为环形燃烧室。

1.1 研制概况
上世纪70年代中期，出于航空公司对130~150座级飞机的需求，各大发动机制造商开始酝酿10~15t推力的先进涡轮风扇发动机
1983年9月，美国普拉特·惠特尼公司(P&W)，英国罗尔斯·罗伊斯公司(R·R)，日本航空发动机公司(JAZC)，联邦德国的MTU公司和意大利的菲亚特公司联合组成了国际航空发动机公司(IAE)，共同研制和生产一种推力为11100daN(25000lbf)级的涡扇发动机，即V2500，型号编号中V表示五家公司合作生产，2500表示以101klbf为单位的推力级，其中V2500-A1和V2500-A5应用于空客A320系列飞机，V2500-D5应用于波音的MD-90飞机。

普拉特·惠特尼公司占30%的股份，负责燃烧室、高压涡轮和涡轮排气机匣的研制；罗尔斯·罗伊斯公司也占30%的股份，负责高压压气机部分的研制；日本航空发动机公司是由石川岛播磨重工业公司(IEE)、川崎重工业公司(KHI)、和三菱重工业公司(MHI)组成，占有19.9%的股份，负责风扇和低压压气机的研制；德国的MTU公司占有12.1%的股份，负责低压涡轮的研制；菲亚特公司占有8%的股份，负责附件齿轮机匣部分的研制。

1985年12月第一台发动机开始运转，但试车暴露出高压压气机喘振裕度偏
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低，容易进入失速的问题。

在普惠公司的参与下，将风扇增压级增加到3级，高压压气机压比稍做降低，结构也做了些许改进，至1988年4月24日取得美国联邦航空局颁发的型号适航证，7月开始装在空中客车公司的A320上试飞，1989年5月正式投入使用。

V2500发动机研制中采用了12台试验机，研制经费近12亿美元。

发动机采用了宽弦风扇叶片、浮壁式燃烧室、单晶涡轮叶片和粉末冶金涡轮盘、叶尖间隙主动控制和全权限数字电子控制系统，降低了发动机的燃油消耗率，提高了发动机的可靠性和发动机的竞争力。

1.2 结构和系统
进气口：环形，无进气口导流叶片，无防冰装置。

风扇：单级轴流式。

采用的是罗尔斯·罗伊斯公司从RB211-524E4和RJ500设计和发展而来的无凸台宽弦空心叶片，其增压比为1.7，叶片材料为钛合金，长度为558mm。

它的制造是在两块钛合金薄板之间放入同样是钛合金制成的蜂窝状结构的材料，然后通过活性扩散焊接的方法将其连成一体。

这种叶片以极轻的重量获得了极大的强度，可以抗击外来物的击伤。

另外，由于其宽弦叶片本身的性质，跑道上的细小碎片和尘土可以被摔倒旁路管道，因此同普通窄弦叶片相比，她可以使由于外来物击伤而导致的发动机拆卸工作减少4倍。

到现在为止，这种宽弦叶片在全球累积了1亿小时的服务经验。

低压压气机：4级轴流式(V2500-A1为3级)。

真空电子束焊接的鼓筒以螺栓固定在风扇之后，没有放气环。

高压压气机：10级轴流式。

前5级静止叶片可调，增压比为16，压气机机匣为钢机匣，后面级为双层机匣。

燃烧室：短环形。

采用了普拉特·惠特尼公司的浮壁燃烧室技术。

燃烧室壁是由金属层板外壳组成的，里面挂有合金扇形块。

这些扇形块“浮”在它们和外壳之间的冷空气上。

这样的设计提高了冷却效率，消除了压力，并且这些铸件都可以单独更换，因而减少了维修费用。

高压涡轮：2级轴流式。

采用三维设计叶形、冷气单晶涡轮叶片和超塑性等温锻造的粉末冶金盘。

材料为MERL76，第1级导向器用MAR-M509精铸，第
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2级导向器用MAR-M247精铸，涡轮外环采用可调主动间隙控制。

低压涡轮：5级轴流式。

采用三维设计叶形和叶尖主动间隙控制。

附件：所有的附件置于风扇机匣下方，第三代全权限数字电子控制系统由汉密尔顿标准公司提供；齿轮式燃油泵由森德斯特兰/梯津赛伊奇(SI3)公司提供；燃油调节器由卢卡斯公司提供。

1.3 V2500发动机技术参数
V2500-A1发动机：
起飞推力(daN) 11130 总增压比29.4
巡航耗油率[kg/(daN.h)] 0.592 质量(kg) 2303
推重比 4.93 空气流量(kg/s) 355.5
涵道比 5.40 涡轮进口温度(℃) 1427
风扇直径(mm) 1613 长度(mm) 3200
V2500-A5发动机：(见表1)
1.4 V2500发动机在中国的客户
在中国，V2500发动机为190多架在役的飞机提供动力，确认订购的飞机有
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一半以上选装V2500发动机。

以下是V2500发动机在中国的客户：
一、中国国际航空股份有限公司：数量不详。

二、中国东方航空公司：数量不详。

三、中国南方航空股份有限公司：南航于1996年开始使用V2500发动机，是V2500发动机的最大用户之一，总共运行着136架配备该发动机的飞机，其中包括13架波音的MD-90和123架空客的A320系列飞机。

有5架配备IAE发动机的飞机尚未交付，并于今年又订购了20架A320飞机，全部选装V2500发动机。

四、四川航空股份有限公司：川航已经投入服役和确认订购的A320系列飞机共85架，已投入运营的50 架飞机装备V2500发动机，包括11架A321、25架A320和14架A319。

今年川航又为其确认订购的A320系列飞机订购了V2500发动机。

五、上海航空股份有限公司：上航的10架A321飞机全部选装V2500发动机。

上航现在已经并入东航。

六、深圳航空有限责任公司：深航2009年订购的28架空客A320飞机全部选装V2500发动机，是IAE的新用户。

1.5 V2500发动机常见问题
一、高压压气机HPC第3级叶片：高压压气机HPC第3级叶片土台的不规则磨损会导致发动机提前更换，更有甚者出现发动高压压气机第3级叶片断裂，导致整台发动机损坏。

二、高压压气机HPC第4级叶片：高压压气机HPC第4级叶片也出现过断裂的问题。

IAE曾怀疑这是因为叶尖和机匣间隙过小造成的，由叶尖摩擦引发的也根部后缘位置产生交换应力引发裂纹，实验室的调查也发现所有裂纹的起点都是在叶片根部后缘处。

三、高压压气机5/6/7级叶片：5级叶片中曾有一批叶片在制造过程中使用了不合格的工具，导致叶片上的止动片槽应力集中，从而导致在翼飞行时5级叶片断裂。

另外6和7级叶片也出现断裂的问题，通过重新设计叶根的形状，增加叶根部分的深度和宽度，为优化叶片的平衡，叶片的安装位置向压力面前移，同时也改变了叶片的材料。

通过一系列的改装，高压压气机第5/6/7级叶片的断裂问题得到很好的解决。

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四、高压涡轮1-2级空气封严：高压涡轮1-2级空气封严有裂纹会导致N2高压转子振动有突然增大的趋势。

通过改进高压涡轮的第2级静子叶片，增加冷却气流，改善高压涡轮1-2级空气封严的冷却，可以解决该问题。

五、高压涡轮第1级叶片的改进：发动机在高推力的工作状态下，叶片经常会面临叶尖烧蚀的问题，导致发动机提前下发，在翼时间大大缩短。

新的叶片应用更好的内部冷却、合金材料和表面涂层，同时还增加了清除沙子的一些改进措施。

六、高压涡轮第1级叶片外空气封严问题：曾有发动机因外空气封严冷却孔堵塞，导致外空气封严烧穿，进而烧穿高压涡轮机匣的例子。

1.6 V2500SelectOne TM
针对V2500发动机出现的问题，IAE研制了改进型V2500涡轮风扇发动机——V2500SelectOne TM，该发动机是最新的发动机生产标准，按计划于2008年投入运行。

在研制过程中，IAE悉心听取了客户对发动机改进的意见，经过努力，向用户交付了可靠性最高、燃油消耗率最少、性能余度最大同时也是成本最低、排放最少、环境最友好的发动机。

IAE声称改进后的发动机燃油消耗率降低了1%，发动机的在翼使用时间延长了20%，并获得了额外12度的ECT裕度（发动机排气温度裕度），同时减少了CO2和NO x等的排放。

改进型的V2500SelectOne TM发动机主要有以下改进：
一、高压压气机4~8级叶片和3~5级静子叶片更换为3D叶片。

叶片的基本轮廓前缘由圆形变为椭圆形，所有叶片表面都提高了光洁度。

二、取消了原来高压压气机第6/7/8级的减震丝。

三、高压压气机VSV可调静子叶片的控制逻辑也做了相应的改变。

改装了3/4级转轴作动壁上低速校装孔的位置，提高了发动机在启动过程中的喘振裕度。

四、高压涡轮部分也做了较大的改进。

更换了新的高压涡轮第1级和第2级叶片、新的高压涡轮第1级静子叶片和第2级静子叶片，以及新的高压涡轮第1级外空气封严。

相对于旧的涡轮叶片，新的涡轮叶片采用了更先进的表面涂层和气膜冷却技术；新的涡轮静子叶片采用了改善的内部冷却和额外的平台冷却；新的高压涡轮第1级外空气封严也提高了耐用性；同时还提高了外径静封严的封严效果。

五、安装了新软件的电子发动机控制器以确保发动机的性能更可靠。

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