V2500高压涡轮转子叶片

V2500

研制背景

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

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。

结构和系统

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。

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 级叶片凸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。

三、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。

四、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。

五、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。

风扇叶片

V2500采用的是由罗罗公司设计和发展的无凸台宽弦空心叶片。它的制造是在两块钛合金薄板之间放入同样是用钛合金作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甩到旁路管道，因此同普通窄弦叶片相比，它可以使由于外来物击伤而导致的发动机拆卸减少4倍。