商用航发动力最强者：GE90发动机转子支承和风扇盘简介

原创 李杰陈光吕跃进 航空之家

GE90为双转子高涵道比涡扇发动机。两个转子共用5个支点支承在3个承力支架上；低压转子有3个支点，即风扇转子用2个支点悬臂支承 ( 支点在风扇盘后)2个轴承装在中介机匣上；低压涡轮转子在位于第4级轮盘后的短轴上有１ 个支点，其轴承装在涡轮后轴承机匣中。

低压涡轮轴插入风扇轴中，作为低压涡轮的前支点。

高压转子用2个支点、3个轴承支承；高压压气机前点采用滚珠/ 滚棒双轴承并列结构，滚珠轴承装在弹性支座中，滚棒轴承装在刚性较强的弹性支座上，此两个轴承均固定在中介机匣上，高压涡轮后支点采用滚棒轴承，支承在高、 低压涡轮间的承力框架上。

GEnx发动机的转子支承方案如下图所示：

图1、GE90发动机的转子支撑方案示意图

GE90发动机风扇

(1) 复合掠形大流量宽弦复合材料风扇叶片

在GE90系列发动机上，GE公司用碳纤维加强高韧性环氧树脂复合材料代替钛合金制成了当今世界上最大的风扇叶片，是由GE公司研发的一项新技术。GE90发动机风扇段结构如图2所示。

图2、GE90发动机风扇段结构

复合掠形大流量宽弦复合材料风扇叶片新的复合成形工艺包括: 新的复合工艺造型、先进的传感器和数据采集系统、数据—信息转换技术、压缩成形工艺、高压固化工艺和模拟处理用的小尺度模型等。叶片是以数百层经树脂浸渍的预浸纱布带从叶根向叶尖以渐薄的方式进行缠绕模压而成形。

图3、GE90发动机复合材料风扇叶片

(2) GE90复合掠形大流量宽弦复合材料风扇叶片的材料和进展。

在GE90系列发动机上，GE公司的碳纤维加强高韧性环氧树脂复合材料制成的当今世界上最大的风扇叶片 (如图3和图4所示) 其设计和制造有很大技术风险。

图4、GE90风扇叶片剖面图

为提高叶片抗分层性能和抗剪强度，GE公司发展了一种称之为 “ 大力神” 8551-7/IM7的增韧环氧/ 石墨纤维，在环氧中加入了凯芙拉微粒。

复合掠形大流量宽弦复合材料风扇叶片的技术关键是其新的复合成形工艺。

与波音公司在其波音787飞机机翼及机身上使用复合材料的理由一样，复合材料更轻，可降低油耗；同时还不发生腐蚀，从而节约维修费用。

为将复合材料技术作为其新一代低噪声、低成本发动机的关键技术，GE公司为此而进行了长达30多年的努力和研究.

图5、GE90风扇盘鼓混合式轮盘

(3)GE90复合掠形大流量宽弦复合材料风扇叶片的优越性

复合掠形大流量宽弦复合材料风扇叶片使现代涡轮风扇发动机的风扇叶片达到了一新的水平。GE90系列发动机上使用的复合材料风扇叶片在服役中的表现优异，运转效率更高、噪声更低。新复合材料技术的应用使GE90系列发动机更轻、燃油效率更高。

用碳纤维加强高韧性环氧树脂复合材料制造的风扇叶片比钛合金夹芯结构的风扇叶片轻。在抗振特别是抗颤振性能方面也优于钛合金，抗鸟击能力和低噪声指标也获得适航当局的合格批准。

图6、GE90发动机调压器和风扇盘

GE90发动机风扇盘和风扇机匣

由于风扇叶片长而宽，采用常规的轮盘就会因轮缘很宽而很重。因此，GE90风扇轮盘做成多盘的盘鼓混合式结构 ( 如图5和图6所示) 即由3个带鼓的薄盘焊接而成。在GE90的衍生型GE90-115B中，由于风扇直径进一步加大，弦长加大，且做成后掠形，叶片叶根处宽度加大，为此其盘鼓混合式结构的薄盘增加了1个，成为4个带鼓的薄盘焊接而成。风扇叶片仍采用燕尾型榫头连接到轮盘上。

图7、CF6-80C2发动机风扇的包容环

增压级鼓式转子连接到轮盘后缘处3级 ( GE90-115B为4级) 工作叶片均安装在鼓中的环形燕尾槽中。第1级处的进口导流叶片做的很高，可将吸入的外物甩出，避免进入核心机。

包容环依然采用了CF6-80C2的结构 ( 如图7所示) 即在铝合金机匣上缠绕多层凯芙拉编织条带。这种结构重量轻，而且包容能力强 (如图8所示)。

图8、GE90发动机风扇机匣

风扇出口导向叶片距风扇叶片较远，以减小噪声，这是现代高涵道比涡扇发动机通常采用的降噪措施之一 ；另外它也作为中介机匣的承力支板，即在机匣中心轮毂处，通过导向叶片与外环相连并传递负荷。

原标题：《商用航发动力最强者：GE90发动机转子支承和风扇盘简介》

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