隨著發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)的效率與工作壓比越來越高,其尺寸也越來越小,,與隨涵道比增加而變得巨大的推進(jìn)器相比已越發(fā)不成比例,。這使得高壓壓氣機(jī)的出口葉片的高度達(dá)到0.5英寸甚至更小。在如此小的尺度上,,不僅使得葉尖間隙難于維持,,而且核心機(jī)內(nèi)也很難有足夠的空間安裝連接風(fēng)扇和低壓渦輪的驅(qū)動(dòng)軸。此外,,由于核心機(jī)的長徑比越來越大,,設(shè)計(jì)者面臨發(fā)動(dòng)機(jī)主軸撓曲的問題,而這又會(huì)對(duì)間隙控制產(chǎn)生進(jìn)一步影響,。
普惠公司技術(shù)與環(huán)境副總裁艾倫•艾伯斯坦(Alan Epstein)表示:“我們由此產(chǎn)生了將核心機(jī)反向安裝的突破性想法,�,!笨諝馊匀徽Mㄟ^風(fēng)扇進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī),但與之前直接進(jìn)入壓氣機(jī)不同,,空氣通過外側(cè)通道到達(dá)核心機(jī)的后面,,再從相反方向進(jìn)入。這種布局與加拿大普惠公司的PT6發(fā)動(dòng)機(jī)類似,,空氣從后向前流經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī),,燃?xì)馔ㄟ^動(dòng)力(低壓)渦輪后向前排出,渦輪再通過一套齒輪系統(tǒng)連接到風(fēng)扇,。渦輪,、齒輪箱和風(fēng)扇的連接將通過“一個(gè)相當(dāng)短的軸,而且由于核心機(jī)并不與動(dòng)力部分相連,,可以很方便的將核心機(jī)卸下進(jìn)行維修”,,艾伯斯坦解釋到。
這一方案還解決了另一個(gè)問題,。這種類似在D8上應(yīng)用的嵌套式發(fā)動(dòng)機(jī)無法滿足美國聯(lián)邦航空管理局(FAA)目前適航標(biāo)準(zhǔn)中的“1/20”準(zhǔn)則,,這一準(zhǔn)則規(guī)定發(fā)動(dòng)機(jī)在發(fā)生非包容失效時(shí)碎片只能有1/20的概率穿出從而導(dǎo)致另一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)也失效。而在這一方案中由于核心機(jī)與推進(jìn)器不再通過機(jī)械相連接,,艾伯斯坦指出:“設(shè)計(jì)者想出了可以讓核心機(jī)彼此之間呈一定角度來安裝的絕妙方式,。”
艾伯斯坦說道:“它們的安裝角度可以達(dá)到大約50度,,核心機(jī)的出口也通過一個(gè)偏轉(zhuǎn)50度的引氣管道與動(dòng)力渦輪相連,。這樣,兩個(gè)核心機(jī)間的角度就超過了90度,,這在幾何結(jié)構(gòu)上很容易實(shí)現(xiàn),。這也讓我們能夠獲得更大的涵道比,而且如果只是偏轉(zhuǎn)核心機(jī)氣流的話對(duì)主氣流的影響也不明顯,,壓力損失也很低,。”
普惠希望為未來的研究勾勒一個(gè)路線圖,,可能與NASA一道進(jìn)一步確定其結(jié)構(gòu)形式,,評(píng)估與更短的進(jìn)氣道有關(guān)的因素,這也有助于研發(fā)下一代齒輪傳動(dòng)式渦扇發(fā)動(dòng)機(jī),。其它關(guān)注領(lǐng)域還包括研究引氣管道,,評(píng)估其重量與溫度要求,以及能否采用陶瓷基復(fù)合材料制造,。艾伯斯坦表示:“接下來的問題就是如何讓FAA相信這種發(fā)動(dòng)機(jī)能夠滿足認(rèn)證要求,。”
對(duì)于麻省理工學(xué)院(MIT)領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)來說,普惠新穎的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)是D8方案構(gòu)型的關(guān)鍵因素,。另一個(gè)關(guān)鍵因素是通過NASA的大尺寸風(fēng)洞試驗(yàn)驗(yàn)證后置安裝的發(fā)動(dòng)機(jī)組在邊界層吸入(BLI)時(shí)的效率收益,。據(jù)D8項(xiàng)目的首席研究員MIT教授埃德•格雷特爾(Ed Greiter)介紹:“在真實(shí)構(gòu)型下動(dòng)力節(jié)省可以達(dá)到8%左右,這是能夠?qū)⑦吔鐚游敫拍钣糜诿裼眠\(yùn)輸領(lǐng)域的證據(jù),�,!贝朔硎鍪歉窭滋貭�2015年1月在奧蘭多參加美國航空航天學(xué)會(huì)的科學(xué)技術(shù)大會(huì)時(shí)做出的。
在傳統(tǒng)的飛機(jī)設(shè)計(jì)中,,有很大一部分動(dòng)能隨著機(jī)身尾部的低速尾跡和發(fā)動(dòng)機(jī)的高速排氣損失掉了,,這也增加了對(duì)動(dòng)力的需求。通過吸入和重新利用邊界層氣流,,格雷特爾表示“BLI能夠減少尾跡和排氣的動(dòng)能浪費(fèi),。”憑借安裝在機(jī)身后段上方的發(fā)動(dòng)機(jī),,D8能夠吸入大約40%的低動(dòng)能氣體。
通過對(duì)采用了邊界層吸入和傳統(tǒng)吊艙安裝的“非邊界層吸入”形式的D8模型成對(duì)進(jìn)行風(fēng)洞測試,,MIT團(tuán)隊(duì)通過測量推進(jìn)器維持相同狀態(tài)時(shí)向氣流輸出的機(jī)械功,,對(duì)邊界層吸入的收益進(jìn)行了定量研究。結(jié)果顯示在推進(jìn)器出口面積不變時(shí),,采用邊界層吸入可以使所需功率降低8.4%,,當(dāng)流量相同時(shí)這一數(shù)值提高到了10.4%。格雷特爾表示:“這是非常明顯的收益,�,!�
MIT的技術(shù)負(fù)責(zé)人亞麗杭德拉•烏蘭加(Alejandra Uranga)表示:“其最主要的效果是通過降低排氣速度提高了推進(jìn)效率,原因是進(jìn)入推進(jìn)器的氣流速度更低了,。D8的發(fā)動(dòng)機(jī)與現(xiàn)役發(fā)動(dòng)機(jī)如CFM56-7相比,,單位推力相當(dāng)?shù)七M(jìn)效率更高,這也是我們認(rèn)為研究結(jié)論同樣能在全尺寸發(fā)動(dòng)機(jī)上適用的原因,�,!�
烏蘭加表示D8模型的測試范圍覆蓋8度迎角和15度側(cè)滑角,流動(dòng)狀態(tài)正常,。單發(fā)停車測試也并未顯示出對(duì)運(yùn)行中的發(fā)動(dòng)機(jī)有不利影響,;格雷厄爾還表示,吸入發(fā)生畸變的邊界層氣流導(dǎo)致風(fēng)扇效率的損失與其所帶來的收益相比“根本就不在一個(gè)數(shù)量級(jí)上”,。他還補(bǔ)充道:“未發(fā)現(xiàn)任何因素能夠否定D8的構(gòu)型,。”