CFM56-3发动机

CFM56-3发动机

7 CFM56-3发动机

CFM56-3型发动机于1984年取得适航证，并于1984年11⽉装于波⾳这样才使进⼝处下缘与地⾯保持了0.711m的⾼度(仍⽐

JT8D的0.762m低)。从图19可以看出，波⾳737-300飞机发动机进⼝处的外形做成椭圆形，这是各种飞机中少见的⼀种进⼝形

状。

7.1 基本结构

CFM56-3(见图20)是在CFM56-2的基础上，将风扇直径改⼩⽽成的，因此，除风扇部件外，其余结构均同与-2型的，图21⽰

出两型发动机的共同之处及不同之处

由图21可以看出，新的风扇叶⽚是由CF6-80的风扇叶⽚按⽐例缩⼩⽽成，⽤中间凸肩取代了-2型中的叶冠结构，另外，增压

压⽓机也稍做了改动，⽽承⼒框架及外机匣、包容环则改⽤了新的结构。7.3 CFM56-3轴承⽀承构造低压和⾼压转⼦共⽤5个

轴承⽀承，其中有1个中介轴承，低压转⼦⽀承⽅案为0-2-1⾼压转⼦⽀承⽅案为1-0-1，⾼压后轴通过中介轴承(4号)⽀承于低

压涡轮轴上；前⾯3个轴承装在中介机匣上，共⽤1个滑油腔；后⾯2个轴承⽀承于涡轮后轴承机匣中，共⽤1个滑油腔。CFM56-3总体结构设计概括起来是：2个转⼦、5个⽀点(其中1个中介⽀点)、2个承⼒框架(中介机匣、涡轮后轴承机匣)、2个

滑油腔。图7⽰出了它们的简图

7.2 性能

发动机的性能参数⽐较如下图。在CFM56系列中有发动机性能参数。

7.3 风扇

叶⽚Ti／TA6v钛合⾦做的实⼼、带中间凸肩的风扇叶⽚取代了-2型中的46⽚带冠叶⽚，叶⾝⾼368mm根部为燕尾形榫头。其

安装⽅式同于-2型，虽然叶⾝上带有减振的中间凸肩，但在使⽤中叶⽚中振动应⼒仍⼤，因此，1989年12⽉起在根部加装减

振块(见图22)，利⽤减振块与叶⽚中间根间的相互⼲摩攘减振，将振动应⼒减低。据俄罗斯的研究表明，采⽤⼲摩擦的减振块

后，能将叶⽚的振动应⼒降低60％左右，减振效果甚佳。

罗·罗公司的RB211-535E4、TRENT等发动机的⾼压涡轮叶⽚(带冠)中，也装有类似结构的减振块。在CFM56-5型上，沿⽤了-3型的这种减振块。图22还⽰出了减振块的安装结构，减振块装于叶⾝底座与榫头间截⾯较窄的中

间根处，夹在两叶⽚间，由于中间根呈前⼩后⼤的三⾓形，因此，减振块也做成三⾓形的，为避免减振块由后端逸出，在轮盘后缘安装了由螺栓固定到轮盘上的保持块，减振块后端铣出的台阶⾯卡在保持块中。

3型的风扇轮盘做了较⼤的改动，由图23可见，与轮盘做成⼀体⼩轴，在-2型中是由盘前缘向前伸的(见图12)，因此，风扇轴

是穿过盘孔与⼩轴相连接的；在-3型中，⼩轴是由轮盘后缘向后伸出的，因此，风扇轴是在轮盘后端与⼩轴相连接，不需穿过

盘⼼，这盘⼼的孔径可以⼩些，相应地轮盘厚度可以薄

些。

固定在轮盘前缘的进⽓锥做成两段，后段⽤RR58／AU2GN铝合⾦做成，⽤后安装边与轮盘相连，并作为风扇叶⽚的前挡

环，防⽌叶⽚由前端逸出。前锥是⽤KINEL5504复合材料做成的锥形薄壳件，它与后段⽤过盈配合并⽤螺钉连接。全锥形进

⽓锥具有较好的防冰能⼒，但是砂⽯、⾬⽔和碎冰等外物易于进⼊核⼼部分，在CFM56-3出现⼏次飞机遇到⼤⾬造成空中停

车事件后，除了采取其他措施(后⽂将叙述)外，对前锥的形状进⾏了试验研究，结果发现如果前锥做成椭圆形，有利于将外物

甩向外涵道，因此，1991年2⽉将前锥改成椭圆形。⽬前，这两种形式的前锥同时在使⽤中的发动机存在，新⽣产的发动机则

按椭圆形前锥⽣产,GE90采⽤了类似的前椭后锥的结构。

为了使⼈们容易发现发动机是否在⼯作，于1984年5⽉起，在进⽓锥上加涂⼀⽩⾊螺线形条带，如图24所⽰。据称，当发动机

⼯作时这种⽩⾊条带形成的变幻的⾊带．不仅使⼈们看出发动机是在旋转着，⽽且可驱散远⽅的飞鸟。罗.罗公司的发动机，也采⽤了类似的⽩⾊条带。

发动机在⼤⾬中，吸⼊的⾬⽔未能在进⼊核⼼机前甩出到外涵⽓流中，是造成这四起事件的主要原因，因为在发动机设计阶

段，对此了解不够，因⽽在设计中没有采取较好的措施，例如风扇出⼝的分流环距风扇叶⽚后缘太近等。为了解决遇⼤⾬，⾬⽔进⼊核⼼机过多的问题，采取了下述⼏个措施：

(1)加⼤风扇叶⽚与分流环的间距，将分流环(风扇后外涵，内涵⽓流分流处的环形结构)的进⼝整流罩换装长度较⼩的，使分流

环与风扇叶⽚后缘的间距加长(1989年5⽉)，便于将进⼊风扇后的⾬⽔甩到外涵。在CFM56-3的原设计中，分流环与风扇叶⽚

后缘的间距很短，见图25。由图25可看出，风扇叶⽚后缘与分流环之间的距离太近。因此，在CFM56-3之后发展的发动机，

分流环与风扇叶⽚后缘的间距均做得较长，图26、27分别⽰出GE90-115B、RB211-535E4风扇叶⽚与分流环的结构图，由图26，27上可见分流环与风扇叶⽚后缘的间距均较⼤，即是2例。

(2)加装放⽓活门。重新在增压压⽓机后加装12个放⽓活门，在发动机慢车状态下打开可将进⼊发动机的外物包括⾬⽔甩到外

涵⽓流中(1989年5⽉)。⼀般放⽓活门设置在增压压⽓机出⼝拐弯处，便于⽔在拐弯处离⼼⼒作⽤下甩到外涵，如图26中GE90-115B的放⽓活门。

（3) 提⾼空中慢车转速。在坏天⽓条件下着陆时，将发动机空中慢车转速加⾼到45％N1(正常情况为32％N1)，以增加⾬⽔流

过风扇、增压压⽓机的离⼼⼒，增加将⾬⽔甩到外涵的能⼒。

(4)进⽓锥改形。将进⽓锥改成先椭后锥的形式。

对于前两项，不仅新⽣产的发动机要贯彻，在外场使⽤的约1500台发动机也进⾏改装。为了考核这些改进是否能在特⼤⾬中

有救，进⾏了⼀次特有的飞⾏试验，如图28所⽰，利⽤⼀架美空军的KC-135空中加油机盛满⽔，作为喷⽔设备，飞在⽤波⾳707改装的飞⾏试车台的前上⽅，试验的CFM56-3发动机装在左翼外侧发动机吊舱中。加油机的加油管正对试验发动机的进⽓

⼝处喷⽔，以模拟飞机在空中遇到⼤⾬的条件，试验结果表明，这些改进是合适的，因此，在CFM56-5型中也采⽤了。

V2500发动机在设计中，将风扇叶⽚后缘与分流环间的间距拉得很开，加上采⽤了宽弦风扇的叶⽚，使进⼊核⼼机的⽔量较

⼩。在取证试验中，它的吞⽔量⽐FAR33部要求的4％⼤5倍，也即吞⼊了空⽓质量流量20％的⽔进⾏试验．结果仍然很佳。

因此，在新设计的发动机中，都在此处留有较⼤间距，图

9所⽰的普惠公司的MTFE发动机即是⼀例。在CFM56发动机中，它的最新型号CFM56-7也采⽤了⼤的间距。

7.4 压⽓机

7.4.1增压压⽓机

结构如图15 由进⽓锥、风扇叶⽚、增压转⼦、增压转⼦、增压器⼯作叶⽚、风扇承⼒框架组件组成。

3级增压压⽓机转⼦采⽤了⿎式结构，直接与风扇轮盘后缘安装边⽤螺栓连接。由于增压压⽓机转⼦转速低，直径⼩，轮缘处

的切向速度⼩，因此，在所有⾼涵遭⽐涡扇发动机中，均采⽤纵向刚性好、结构简单的⿎式转⼦。

7.4.2 ⾼压压⽓机

结构(见图29)。9级压⽓机压⽐约为12.0，平均级压⽐为1.32，第1级⼯作叶⽚叶尖切线速度为400 m/s，平均展弦⽐为1.49，

转⼦做成盘⿎混合式的结构，由5个组件组成，即钛合⾦做的前轴、1～2级转⼦、3级轮盘，由镍基合⾦做的4～9级转⼦，压

⽓机后篦齿封严盘，在第3级轮盘处⽤螺栓将1～2

级转⼦、4～9级转⼦,前轴连接起来，在后篦齿封严盘处，⽤螺栓将压⽓机转⼦与⾼压涡轮转⼦连接组成发动机的⾼压转⼦。

钛合⾦做的1～3级⼯作叶⽚⽤轴向燕尾榫头装在相应级中的轮盘轴向榫槽中，⽽镍基合⾦做的4～9级⼯作叶⽚则分别装在各

级轮盘的环形燕尾槽中，所有的⼯作叶⽚均可在不分解转⼦的情况下拆换，4级盘与5～9级转⼦均⽤低压(增压)压⽓机后的空

⽓通过前轴上的⼏个孔引⼊转⼦内腔中，进⾏内部冷却，图30⽰出了转⼦内部冷却空⽓流动情况。第1级⼯作叶⽚上，作有增

加刚性的肋条，⽤以防⽌流⼊核⼼机的外物打坏第1级⼯作叶⽚，除此之外，进⼝导流叶⽚不仅做成弯⼑形式，还与⼯作叶⽚

前缘间留有较⼤缝隙，以避免外来物(鸟等)卡在静叶与⼯作叶⽚间弄坏⼯作叶⽚。各级⼯作叶⽚数为：38，53，60，68，75，82，82，80，76。⼤涵道⽐风扇发动机受⼒及压⽓机内部冷却如下图。

7.5 机匣

机匣做成沿圆周是对开的两半．由前⾄后⼜做成两段，前机匣的前段上装有从进⼝导向叶⽚到第5级静叶共6排静叶，前机匣

的后段从第3级静叶后向后呈扩张形，直⾄第5级静⼦叶⽚后缘，然后与也做成扩散形的延伸机匣⽤螺栓相连，延伸机匣向后

延伸直到第9级⼯作叶⽚后缘处，与燃烧室外机匣前伸段相连，形成压⽓机后段的外层承⼒机匣，⽤Incol718做成的延伸机匣

与⽤钛合⾦做的前机匣虽是⽤螺栓连接在⼀起，但⼀经连接后，就不允许再分解。

由于前机匣与1～3级⼯作叶⽚均是⽤钛合⾦做的，为避免⼯作中钛制⼯作叶⽚与钛制机匣相磨碰引起钛着⽕问题，在机匣内

径与⼯作叶⽚相对应的位置上，嵌有防⽕隔层及易磨层，见图29中圆图中所⽰。

由进⼝导流叶⽚⾄第3级静叶共4排，做成安装⾓是可以调节的。安装6～8静叶的后机匣由Incol903做成，⽤后安装边与燃烧室外机匣前安装边⽤螺栓相连，前端是悬臂地插在前机匣中。第9级的静叶做在燃烧室中的扩散通道内。

压⽓机前后机匣在使⽤中均做了较⼤的改动，前机匣于1988年2⽉改⽤M152合⾦钢做，⽽且将原来⽤Incol718做的延伸段也

改⽤M152，将两者作为⼀整体。改⽤合⾦钢后，取消了原来装在机匣内的防⽕隔层，这⼀改进，使零件数⽬减少了约140

件，重量增加5.64k由于M152的膨胀系数低于钛台⾦的，因此机匣内径向内缩⼩了0.127mm。

CFM56-3的⾼压压⽓机后机匣原来⽤低膨胀系数的Incol1903合⾦做，1986年11⽉改⽤了Incol1907做，Incol1907也是低膨胀

系数合⾦，但它抗锈能⼒较好，⽤以提⾼后机匣的抗锈蚀能⼒。

后机匣原来沿圆周做成上下对半的，但在1984年12⽉改成沿圆周做成四段，即每90°⼀段，分开⾯分别在垂直与⽔平位置

上。但在-5系列中⼜恢复成上下两半的结构。在使⽤中曾出现第1、第2级⼯作叶⽚燕尾型榫头在轮盘的榫槽中磨蚀并引起叶根

断裂的事件，反映出榫头长度不够，为此，由1991年1O⽉起，将叶⽚榫头加长，相应地将轮盘厚度也加⼤。第1级叶⽚掉头

轴向长度增加7.6mm，叶⾝未做变化，第2级叶⽚榫头轴向长度增加了6.4 mm，叶⾝只是在靠近根部处厚度稍为增⼤了⼀点，

其他全部未变。为适应叶⽚榫头轴向尺⼨加⼤，1,2级轮盘相应地做了改动，由于榫头尺⼨加⼤，叶⽚重量相应加⼤，为此，

轮盘其他尺⼨也稍做修改，见图31所⽰。做了上述改动后，发动机重量增加了2.7 kg。

CFM56-5系列上。原来的结构同于-3的，在-3型做了改进后，-5系列发动机上也于1991年底做了类似的改动。

7.6 燃烧室

燃烧室由扩压器，⽕焰筒，外壳，内壳，涡流器，喷咀，点⽕器组成。

7.6.1发动机燃烧室要求

（1）各种条件下稳定燃烧不脉动、不息⽕；（2）具有⾼的完全燃烧度和最⼩的散热损失；（3）有⼤的容热强度；(物理意

义) （4）⼝流场符合要求；（5流体阻⼒⼩；(总压恢复系数) （6结构简单，维修⽅便，寿命长；（7）启动性能好

7.6.2短环形燃烧室

有20个低压喷嘴，由燃油总管来的燃油是单路的，进⼊喷嘴后，在弹簧加载的分配活门作⽤下，分成主、副油路进⼊喷⼝，