民用航空发动机涡轮叶尖间隙主动控制技术分析_曾军1
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AERONAUTICAL SCIENCE & TECHNOLOGY
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2012/2
航空科学技术
0 引 言
民用航空发动机换发的主要原因
之一是涡轮部件衰退造成涡轮排气温
度超过给定裕度和耗油率增加，而涡
轮叶尖间隙的增加是涡轮效率衰减的
主要因素。较小的涡轮叶尖间隙可以
减少叶片尖处的燃气泄漏，增加涡轮
效率，使发动机能以较少的燃油消耗
和较低的转子进口温度满足性能和功
率目标。如果涡轮叶尖间隙过小，在
发动机状态快速改变时会导致叶尖与
涡轮外环发生碰磨。因此，涡轮叶尖
间隙控制对发动机高效、安全而可靠
地工作至关重要。
涡轮叶尖间隙主动控制技术（以
下简称主动间隙控制技术）是一项通
过控制涡轮叶尖间隙的变化来降低发
动机耗油率、提高可靠性和延长使用
寿命的重要技术措施，同时对减少污
染物的排放也有较大的贡献，因此，
该项技术被认为是发展先进民用大涵
道比涡扇发动机所必须掌握的核心技
术之一。图1显示了涡轮主动间隙控制
民用航空发动机涡轮叶尖间隙主动
控制技术分析
导 读:综述了民用航空发动机涡轮主动间隙控制技术发展现状，总结并分析了涡轮叶尖间隙的影响因素与变
化机理，介绍了主动间隙控制方法及其发展趋势，给出了涡轮主动间隙控制方案分析和主动间隙控制系统的关
键技术。
关键词： 民用航空发动机；涡轮；主动间隙控制
Keywords
：
civil
aircraft engine
；
turbine
；
active clearance control
曾军 王鹏飞／中国燃气涡轮研究院
Analysis on Turbine Active Clearance Control Technology of Civil Aircraft Engine
技术对延长发动机使用寿命的贡献。
1 主动间隙控制技术发展现状
20世纪中期，一些航空发动机研
究与设计部门开始对主动间隙控制技
术进行研究，并开展了大量的试验验
证工作。
20世纪 70 年代 末到 80 年代 初，
美、欧的主要发动机厂商成功地将主
动间隙控制技术应用于民用大涵道比
涡扇发动 机 高 、低压涡 轮 。 早期的
通用电气公司CF6系列发动机、普惠
公司JT9 D系列发动机均采用了主动
PW1000G等发动机也在高、低压涡轮
上采用了比较成熟的主动间隙热控制
方法。罗-罗公司曾经尝试在RB211发
动机上采用主动间隙机械控制技术，其
工作原理是由发动机主调节器控制液压
作动筒推动摇臂转动，使锥面机匣前后
移动，达到按发动机循环工作需要主动
改变叶尖间隙的目的。但是这种装置结
构复杂，在热态工作时易出现“卡死
现象”，最后没有在型号上应用。通
用电气、普惠等公司还花费了很大的
精力对现役发动机上使用的主动间隙
控制系统进行改进，以提高性能。例
没有使用主动间隙
控制技术的发动机
使用了主动间隙
控制技术的发动机
较短的服役寿命
更长的服役寿命
排气温度限制
增加的使用时间
时间
出口燃气温度(EGT)
图1 主动间隙控制对发动机寿命的影响
间隙热控制方法，其工作原理是
利用从风扇出口或压气机某级引
出的空气来冷却涡轮机匣，通过
控制引气量或引气温度等参数来
调整涡轮机匣温度分布，以达到
控制涡轮机匣与涡轮外环组件的
径向热膨胀位移，减小发动机巡
航状态叶尖间隙的目的。此后的
CFM56、PW4000/6000、V2500
以及最新的G Enx、 LEA P-X和
郑瑜伊
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