文/陈光

RB199的7个轴承中,4个轴承采用了挤压油膜减振器,低压转子的滚珠轴承置于涡轮盘处,较为特殊。

2.4.1 挤压油膜减振器

除风扇后的2个滚棒轴承(1号、2号)和高压涡轮后的中介轴承(5号)外,其他4个轴承包括3个滚珠轴承及中压涡轮后滚棒轴承采用了挤压油膜减振器,这是滚珠轴承采用挤压油膜最多的发动机。

1号、2号轴承未采用挤压油膜可能是由于两支点间间距短,转速相对较低,振动问题较小。5号轴承为中介轴承,当然不好用挤压油膜。

2.4.2 中介轴承

高压涡轮后轴通过中介轴承(5号)支承于中压涡轮轴上。这种将高转速的转子通过中介轴承支承于转速较低的转子支承方案用得较多。

但大多数的发动机中,将中介轴承的外环固定于转速较高的轴内,而将轴承内环固定于转速较低的轴上;在工作中,轴承的游隙会增大,易引起中介轴承滑蹭损伤。

在RB199中,与其他发动机做得不同,将中介轴承内环固定在转速较高的转轴上,而将外环固定于转速较低的转轴上;工作中,中介轴承的游隙是减小的,不易引发轴承打滑。

2.4.3 7号滚珠轴承

发动机工作中,滚棒轴承仅承受径向负荷;但滚珠轴承除承受径向负荷外,还要承受很大的轴向负荷,即滚珠轴承的工作条件比滚棒轴承要恶劣得多,因此,一般不将滚珠轴承置于涡轮前后。

但RB199却将低压转子的滚珠轴承置于中压涡轮与低压涡轮间的承力框架中(见图9),这是当今唯一的一型将滚珠轴承置于涡轮附近的发动机。

3 中央附件传动装置

在多数发动机的中央附件传动装置中,直接将主动锥齿固定在高压压气机前轴上,通过插在从动锥齿的传动杆将功率输到外置的附件传动机匣;但 RB199却没有采用这种传统的设计。

在RB199中,高压压气机前短轴最前端作有正齿轮(如图6所示),与一个具有内齿轮的内齿圈啮合,内齿圈的中心与高压压气机前短轴的中心是错开的,如图10所示。

主动锥齿轮装在内齿圈上,也即传到主动锥齿的转速,已不是高压压气机转速,而是经过内啮合的齿轮偶减速后的转速,大大低于高压压气机转子转速。这种结构的中央传动装置也是罕见的。

图10、中央传动装置示意图

4 风扇、中高压压气机

4.1 风 扇

RB199风扇(图11)为3级,压比为2.5,无可变弯度进口导叶。

4.1.1 无可变弯度进口导叶

在战斗机用发动机中,RB199是少有的无可变弯度进口导叶的发动机之一(另两型为EJ200与 RD 33),这是因为 RB199为三转子发动机且风扇平均级压比低(1.357)。

风扇无可变弯度进口导叶不仅结构简单、零件数少和重量轻,而且固有可靠性也高。

4.1.2 焊接转子

3级钛合金制的轮盘与鼓环是焊接成一体的,风扇后轴焊接到2级盘后。焊接转子是现代发动机广泛采用的结构。

4.1.3 整体叶盘

早期,风扇叶片是单个做成的,用燕尾形榫根与轮盘连接,如图11所示。但据近期的报道,3级叶片已改为单独做成后,是用电子束焊焊到轮盘上的,即3级均为整体叶盘且相互间又焊接成一整体,还发展了一套修补整体叶盘叶片的方法。

图11、RB199风扇结构图

4.2 中压压气机

中压压气机为3级,如图6所示。

为便于安装2级叶片,2级盘通过2级与3级间鼓环与3级盘焊接成一整体,1级盘与1级、2级间鼓环及后轴焊为一体,2级轮盘中心处做有带波纹环的安装边,通过安装边用螺栓将2级、3级转子连接到1级盘上。

采用波纹环的作用是使两个转子既在中心处,也在外缘处互相抵紧,以增加转子纵向刚性,这种设计在其他发动机上还从未见到过。

后轴与安装滚珠轴承(3号)的后短轴通过圆弧端齿联轴器连接成一体。

4.3 高压压气机

高压压气机为6级,1级、2级盘与叶片采用钛合金,3级盘采用高温合金钢,叶片采用镍铬系合金,4~6级盘和叶片均采用镍基合金。

4.3.1 转 子

高压压气机1级、2级盘均采用钛合金,因此,1级、2级盘通过两盘间的内鼓环焊接成一体;3,4,5,6级盘分别与2级、3级间,3级、4级间,4级、5级间,5级、6级间内鼓环焊为一体,然后各级盘通过前端的内鼓环与前一级盘用短螺栓相连,组成了焊接与短螺栓连接的混合型转子。

第3级盘前端焊有高压压气机前轴,第6级盘焊有高压压气机后轴,前后轴均用圆弧端齿联轴器分别与前短轴、高压压气机大鼓轴相连。

4.3.2 静 子

高压压气机机匣做成1级1个整环,共5个机匣,相互间用短螺栓相连,并由3级后的隔环连接到外涵通道的内机匣上。除6级静子叶片环焊在燃烧室扩压器前端外,各级静子叶片均焊到各级的机匣上。

5 燃烧室与涡轮

5.1 燃烧室

RB199采用了带蒸发管的短环形燃烧室,如图12所示。

5.1.1突扩式扩压器

RB199采用了突扩式扩压器,由压气机流出的空气在很短的一段环形扩压段流出后,通道面积突然扩大到充满燃烧室腔室,气流速度急速下降,达到能组织燃烧所需的低速度。

这种扩压器长度很短,但气动损失较大,用于战斗机的发动机还是可以的,RB199是最早采用突扩式扩压器的发动机。

5.1.2 蒸发管式喷油装置

图12、RB199燃烧室结构图

采用蒸发管式喷油装置会使燃油雾化非常好,燃烧区很短,而且高空性能好。RB199的燃烧室长仅250mm、火焰筒长仅200mm,是燃烧室长度最小的发动机之—,这与它采用了蒸发管式喷油装置是不可分的。

5.1.3 电化学加工的火焰筒

RB199火焰筒是由镍基合金锻造坯料用电化学加工ECM 方法加工出来的。

早期发动机的火焰筒基本都是用板料焊接而成的,由于板料焊接的火焰筒易出现变形与裂纹等故障,寿命较短,因此在现在一些新研制的发动机中,很少采用了。

电化学加工方法是常用的一种方法。它加工出的火焰筒能完全满足所要求的型面,既有足够的刚性,又有长的寿命。

5.2 涡 轮

RB199高压、中压涡轮各为1级,低压涡轮为2级。其中,高压涡轮的工作叶片和导向叶片以及中压涡轮工作叶片是冷却的,其他叶片不冷却。

高压、中压涡轮及两级低压涡轮的工作叶片均带冠。高压涡轮工作叶片带冠是罗·罗公司惯用的设计,它研制的斯贝、RB211系列、遄达系列发动机的高压涡轮工作叶片均带冠。

带冠能提高涡轮效率,特别是高压涡轮叶片最短,其效果会更好些;但高压涡轮工作叶片处于最高的温度条件下,带冠后,对叶片、轮盘的强度均会带来较多的问题,因此,其他公司研制的军、民发动机中,很少在高压涡轮工作叶片上带冠。