Website: Email : Tel : 0918.775.368
Chơng 1
tổng quan về động cơ CFM 56 - 5B
I. Giới thiệu
Động cơ CFM 56-5B là sản phẩm của sự hợp tác quốc tế giữa công ty General Electric
của Mỹ và tập đoàn sản xuất động cơ tua bin khí hàng không SNECMA của Pháp.
Đây là loại động cơ tua bin khí phản lực, hai trục hai luồng khí và không trộn dòng.
Lực đẩy động cơ sinh ra chủ yếu là do luồng khí qua quạt nén phía ngoài tạo nên, khoảng
80%. Còn lại 20% lực đẩy là do luồng khí nóng qua máy nén, buồng đốt, tua bin và ống
đẩy sinh ra.
Hiện nay họ động cơ CFM 56-5B đợc lắp trên các loại máy bay A319, A320, A321 do
Airbus Industrie sản xuất. Đầu tiên loại động cơ này đợc dùng trên máy bay Airbus A321
vào tháng 3 năm 1994 đến tháng 11 năm 1994 động cơ CFM 56-5B
4
đợc cấp chứng chỉ
khả phi cho máy bay A320.
Sở dĩ họ động cơ này đợc sử dụng rộng rãi trên máy bay A319, A320, A321 là do
chúng đã đợc kế thừa những thành quả công nghệ của họ động cơ CFM 56-5A trớc đó.
Họ động cơ CFM 56-5B có tỷ suất pha trộn không khí cao làm tăng lực đẩy và giảm tối
đa mức tiêu hao nhiên liệu cho động cơ. Đặc biệt họ động cơ này đợc trang bị buồng đốt
vòng đôi cho phép giảm tối đa lợng khí NO có trong khí thải. Với tỷ suất pha trộn luồng
khí cao và không trộn dòng nên động cơ đã giảm đợc đáng kể tiếng ồn tác động đến môi
trờng xung quanh sân bay. Đồng thời nó còn đợc trang bị hệ thống điều khiển động cơ
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Website: Email : Tel : 0918.775.368
bằng kỹ thuật số FADEC II ( Full Authority Digital Engine Control ) cải tiến, cho phép
tơng thích với hệ thống điều khiển hiện đại đang đợc ứng dụng trong lĩnh vực hàng không
dân dụng.
Ngoài những u việt trên họ động cơ CFM 56-5B đợc thiết kế dựa trên kỹ thuật modul
hoá từng phần. Toàn bộ động cơ đợc chia làm 4 modul chính, có thể tháo rời từng modul.
Modul 1: Bao gồm tầng quạt và máy nén thấp áp

Chiều dài của động cơ (m)
2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6
Đờng kính quạt nén (m)
1,734 1,734 1,734 1,734 1,734 1,73
Nhiệt độ khí xả EGT (
0
C)
930 930 930 930 930 930
Lợng khí vào động cơ m
0
(lb/s )
943 900
Trang bị cho máy bay
A321 A321 A321 A320 A319 A319
IIi. Các bộ phận chính của động cơ
1. Quạt nén. (Fan)
Quạt nén là bộ phận tạo ra lực đẩy chính cho động cơ, khoảng 80%. Nó đợc dẫn động
bởi trục tua bin thấp áp N
1
. Quạt có 36 lá cánh quạt đợc chế tạo bằng hợp kim Cu-Ni-In,
các cánh này đợc lắp trên moay ơ quạt bằng các chốt hãm và chúng có thể xoay quanh
moay ơ một góc nhỏ. Để tránh hiện tợng va chạm các cánh với nhau do lực ly tâm gây ra
khi quay, ở 2/3 chiều dài cánh ngời ta thiết kế một vòng đỡ để giữ khoảng cách giữa các
cánh cố định với nhau. Moay ơ của quạt nén đợc chế tạo bằng hợp kim Titan TA6V, và
nó đợc lắp trên trục N
1
bằng các bulông.
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Quạt và máy nén thấp áp

đây là loại trục rỗng đợc chế tạo bằng thép hợp kim đặc biệt, đợc đỡ trên 3 ổ bi là ổ bi cầu
1B, ổ bi đũa 2R phía trớc và ổ bi đũa 5R phía sau.
Mỗi tầng máy nén gồm hai phần là phần động gồm các cánh động lắp trên Rô to và
phần tĩnh gồm các cánh tĩnh lắp trên Stato.
Các cánh tĩnh máy nén thấp áp đợc chế tạo bằng hợp kim Titan. Số cánh động và cánh
tĩnh trên mỗi tầng của máy nén thấp áp đợc phân bố nh sau:
Tầng 1: Có 64 cánh động và 122 cánh tĩnh
Tầng 2: Có 70 cánh động và 122 cánh tĩnh
Tầng 3: Có 70 cánh động và 116 cánh tĩnh
Tầng 4: Có 68 cánh động và 100 cánh tĩnh
ở trên Stato máy nén thấp áp tại cuối tầng 4 ngời ta thiết kế hệ thống van xả khí. Đây
là các van một chiều VBV ( Variable bleed valve) có chức năng điều chỉnh lu lợng khí
vào máy nén cao áp để khắc phục hiện tợng hóc khí ở máy nén thờng gây nên hiện tợng
chết máy của động cơ.
3. Máy nén cao áp HPC. (High Pressure Compressor)
Máy nén cao áp của động cơ CFM 56 -5B là loại máy nén dọc trục 9 tầng, đợc cấu tạo
bởi 2 phần là bánh công tác hay còn gọi là roto và phần tĩnh (Stato).
Roto của máy nén cao áp đợc lắp trên trục tua bin cao áp N
2
bằng các loại bulông chịu
lực và chịu nhiệt, đây cũng là loại trục rỗng chế tạo bằng thép hợp kim Titan. Nó đợc đỡ
bởi 2 ổ bi đũa 3R, 4R và ổ bi cầu 3B.
Chín tầng máy nén cao áp tạo nên roto máy nén, gồm 3 phần: Tầng 1 và tầng 2 chế tạo
có dạng hình tang trống. Riêng tầng 3 có dạng hình trụ và đợc ghép vào tầng 2 và tầng 4
bằng các bulông. Từ tầng 4 đến tầng 9 có kết cấu dạng hình tang trống.
Các cánh của bánh công tác đợc lắp trên moay ơ mỗi tầng của roto máy nén cao áp, có
nhiệm vụ truyền năng lợng cho dòng khí.
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Máy nén cao áp

Trên vỏ buồng đốt ngời ta khoan các lỗ nhỏ để không khí thứ cấp từ máy nén cao áp
thổi vào nhằm mục đích điều chỉnh nhiệt độ khí sau buồng cháy T
T4
trớc khi vào tua bin
cao áp. Bởi vì vật liệu chế tạo cánh tua bin có độ bền nhiệt giới hạn. Nếu nhiệt độ khí quá
cao sẽ phá huỷ cánh tua bin cao áp. Đồng thời các lỗ nhỏ này có công dụng tản nhiệt và
nó không cho ngọn lửa phía trong ruột tiếp xúc trực tiếp với vỏ buồng đốt.
Nhiên liệu đợc phun vào buồng đốt qua các vòi phun với áp lực cao để tạo sơng mù
giúp cho quá trình hoà trộn không khí và nhiên liệu diễn ra nhanh chóng và đều hơn. Nh
vậy hiệu suất cháy sẽ cao hơn rất nhiều đồng thời cho phép tiết kiệm tối đa nhiên liệu.
Buồng đốt đợc trang bị 20 vòi phun nhiên liệu và 2 nến đánh lửa bố trí đối xứng nhau.
Khi động cơ hoạt động ở chế độ cất cánh cần lực đẩy tối đa thì cả 20 vòi phun cùng hoạt
động. Còn ở chế độ bay bằng cần lực đẩy nhỏ thì chỉ có 10 vòi phun hoạt động.
Ưu điểm của buồng đốt vòng đôi là khối lợng nhỏ gọn , tổn thất thuỷ lực thấp nhất và
có nhiệt độ, áp suất đều ở cửa ra. Ngoài ra buồng đốt loại này cho phép tiết kiệm tối đa
nhiên liệu tiêu hao do có hiệu suất cao và nồng độ NO trong khí xả thấp hơn các loại
khác. Vì vậy làm tăng tính cạnh tranh thơng mại cho động cơ CFM 56 -5B.
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Nhợc điểm của buồng đốt loại này là dễ bị cong, vênh, méo khi có ngoại lực tác động,
khó kiểm tra, thay thế và hiệu chỉnh.
5. Tuabin cao áp HPT. (High pressure Turbine)
Tua bin cao áp
Động cơ CFM 56-5B đợc thiết kế một tầng tua bin cao áp đây là loại tua bin dọc trục.
Tuabin cao áp có nhiệm vụ biến nhiệt năng, áp năng của dòng khí cháy từ buồng đốt
thành cơ năng để quay trục N
2
của tua bin và truyềnd động để kéo quay máu nén cao áp.
Thực chất chức năng cơ bản của tua bin làm cho dòng khí giãn nở trên tua bin và nhận
năng lợng của dòng khí để sinh ra cơ năng trên trục động cơ.Tua bin cao áp cấu tạo gồm

- Stato của tuabin thấp áp gồm các cánh hóng và có cấu tạo nh ống đẩy Lavan thu hẹp
dần. Khi dòng khí giãn nở qua tuabin thì nhiệt độ và áp suất dòng khí giảm dần đồng thời
vận tốc (động áp) của dòng khí tăng lên. Đó chính là nhờ dạng khí động của các cánh roto
và stato trên mỗi tầng.
7. Hộp giảm tốc (Accessory Gearbox)
Hộp giảm tốc của động cơ CFM 56 -5B có 2 chức năng quan trọng là:
+ ở chế độ khởi động động cơ: Truyền chuyển động từ cụm máy khởi động cho
trục truyền động trung gian để quay trục tua bin cao áp N
2
.
+ ở chế độ khi động cơ làm việc: Truyền chuyển động từ trục tua bin cao áp N
2
thông qua bộ truyền động trung gian để dẫn động cho các cụm máy lắp trên hộp giảm tốc.
Các khối máy này bao gồm:
- Cụm máy phát (Integrated Drive generator)
- Bơm thuỷ lực (Hydraulic pump)
- Cụm các bơm dầu bôi trơn (Lubrication Unit)
- Cụm khởi động (Starter)
- Bơm nhiên liệu (Fuel pump)
- Cụm thuỷ cơ HMU (Hydro mechanical unit)
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Hộp giảm tốc và bộ truyền động trung gian
Hộp giảm tốc của động cơ CFM 56 -5B có 2 chức năng quan trọng là:
+ ở chế độ khởi động động cơ: Truyền chuyển động từ cụm máy khởi động cho
trục truyền động trung gian để quay trục tua bin cao áp N
2
.
+ ở chế độ khi động cơ làm việc: Truyền chuyển động từ trục tua bin cao áp N
2

2
đạt đến tốc độ >
50% thì ECU điều khiển 2 nến đánh lửa ngừng hoạt động. Lúc này động cơ bắt đầu hoạt
động.
IV. Các hệ thống chính của động cơ CFM 56 -5B
1. Hệ thống điều khiển động cơ FADEC
FADEC là cụm từ viết tắt từ thuật ngữ Full Authority Digital Engine Control. Đây là hệ
thống điều khiển động cơ bằng kỹ thuật số, áp dụng những thành quả của công nghệ điện
tử và tin học. Tất cả chơng trình hoạt động, sự cố đợc lập trình và lu dới dạng số cho khối
máy tính điều khiển động cơ ECU. Đồng thời chúng có liên hệ mật thiết với khối máy
tính chính kiểm soát hoạt động của máy bay trên buồng lái.
Nguồn điện cung cấp cho khối máy tính điều khiển động cơ ECU là nguồn điện xoay
chiều 115
v
400Hz lấy từ 2 máy phát và nguồn 28
v
DC từ ắc quy dự phòng. ECU kiểm tra
tất cả các hoạt động của động cơ, thờng xuyên gửi tín hiệu lên bảng điều khiển trên bàn
máy thông qua khối giao diện động cơ-máy bay EIU. Tín hiệu đợc truyền dới dạng số
thông qua các bus dữ liệu tiêu chuẩn ARINC 429.
ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến về trạng thái, tình trạng hoạt động hiện thời của
động cơ. Đó là cảm biến về nhiệt độ dầu bôi trơn, nhiệt độ nhiên liệu, áp suất dầu bôi
trơn, áp suất nhiên liệu phun vào buồng đốt, nhiệt độ vỏ động cơ, nhiệt độ khí xả EGT, lu
lợng dầu bôi trơn, cảm biến tắc lọc...
Tất cả tín hiệu này đợc ECU gửi về máy tính trung tâm trên buồng lái và hiển thị trên
màn hình chính ECAM. Khi có tín hiệu phản hồi từ máy bay trở lại ECU nhận và xử lý để
bảo đảm động cơ hoạt động liên tục, an toàn và đạt hiệu suất cao nhất.
Ngoài ra, ECU còn quản lý hệ thống nhiên liệu của động cơ và hệ thống khởi động.
Quá trình cung cấp nhiên liệu, khởi động hoàn toàn do ECU điều khiển tự động.
Động cơ CFM 56 -5B còn đợc trang bị hệ thống điều khiển độ giãn cách giữa cánh

tuabin và vỏ động cơ.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu động cơ CFM 56 -5B
Nhiên liệu từ thùng dầu máy bay đợc đa đến hệ thống nhờ bơm thấp áp (LP pump)
sau đó nhiên liệu đợc đi qua bộ trao đổi nhiệt dầu bôi trơn / nhiên liệu. Qua đó nhiệt độ
của dầu bôi trơn đợc truyền cho nhiên liệu. Sau khi qua bộ trao đổi nhiệt, nhiên liệu đi
qua bộ lọc và đến bơm cao áp. Tại bộ lọc, bơm đều đợc lắp các van an toàn để phòng khi
áp suất trong hệ thống quá cao (do tắc lọc) nhiên liệu sẽ qua van trở về nguồn. Sau khi
qua bơm cao áp, nhiên liệu đợc đi tới các vòi phun để cung cấp cho buồng đốt và một
phần nhiên liệu đi đến khối thuỷ cơ HMU để điều khiển các van. Một phần nhiên liệu từ
khối thuỷ cơ và các bộ trao đổi nhiệt đợc trở lại thùng chứa qua van một chiều. Trớc khi
nhiên liệu hồi về có một đờng nhiên liệu đợc trích ra từ bơm thấp áp để trộn lẫn nhiên liệu
trở về có tác dụng làm giảm nhiệt độ nhiên liệu vào thùng.
3. Hệ thống thổi ngợc.
Hệ thống thổi ngợc hay hệ thống đảo chiều lực đẩy có nhiệm vụ đổi chiều luồng khí
thổi qua luồng ngoài theo chiều ngợc lại, mục đích để tăng lực hãm của máy bay làm
giảm quãng đờng chạy đà khi hạ cánh.
Hệ thống thổi ngợc của động cơ CFM 56 - 5B là loại cơ cấu thổi ngợc dạng lới. Trong
cơ cấu này các phần tử dùng để đổi chiều luồng khí là các dãy profil cánh. Bình thờng
khi không cần đảo chiều lực đẩy thì cơ cấu này đóng xuôi theo vỏ động cơ. Khi hệ thống
hoạt động thì cơ cấu mở ra và các dòng khí thổi ra ngoài đợc các cánh hớng theo chiều
ngợc lại. Hệ thống đảo chiều hoạt động đợc là nhờ hệ thống thủy lực chính của máy bay
và cơ cấu dẫn động.
Cấu tạo của hệ thống thổi ngợc gồm các phần tử sau:
Bộ điều khiển thuỷ lực HCU( Hydraulic Control unit)
Cảm biến vị trí mở cửa thổi ngợc (Switches for the deploy position)
Cảm biến vị trí đóng cửa thổi ngợc (Switchs for the stow position)
Hệ thống các khoá cửa thổi ngợc
Hệ thống điều khiển điện, điện tử nối với khối máy tính điều khiển động cơ
ECU và khối giao diện động cơ - máy bay EIU
Các cơ cấu dẫn động (Actuator)

Bộ lọc
Bơm.
Van an toàn.
Van an toàn.
Bộ lọc
Van phân phối điều khiển bằng điện
Website: Email : Tel : 0918.775.368
- Tín hiệu càng đã đợc thả từ hệ thống điều khiển càng LGCIU (Landing gear control
interface Unit)
- Khối máy tính điều khiển động cơ đa động cơ về chế độ lực đẩy nhỏ nhất. Khi khối
máy tính điều khiển động cơ ECU đã nhận đủ các tín hiệu logic trên thì nó bắt đầu mở
van phân phối điều khiển bằng điện cấp áp suất thuỷ lực cho bộ điều khiển thuỷ lực HCU.
- Các truyền cảm áp suất gửi tín hiệu tơng tự về áp suất thuỷ lực hệ thống cho ECU, lúc
này các khoá thuỷ lực đợc mở ra. Các cảm biến vi trí cửa thổi ngợc liên tục cho ECU các
thông tin về vị trí. Khi các khoá đợc mở ra 100%, nguồn thuỷ lực đợc cấp cho các xy lanh
để mở cửa thổi ngợc. Sau khi nhận đợc các tín hiện mở cửa 100% từ các truyền cảm vị trí
thì ECU đóng các van phân phối để khoá nguồn thuỷ lực cấp từ hệ thống và chuẩn bị cho
quá trình đóng cửa thổi ngợc.
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Chơng 2
Tính toán nhiệt khí động động cơ và tua bin
A. điều kiện làm việc và các số liệu cho trớc
I. Điều kiện làm việc
-Động cơ làm việc ở mặt đất : H = 0 ,V = 0 (M
H
= 0 ứng với H = 0), n = n
max
-áp suất môi trờng xung quanh :p
H

1m
m
G
= 347.9 kg/s
-Nhiệt độ khí cháy trớc tua bin :
K1400T
0*
3
=
-Tỷ số nén của quạt :
1.7
*
Q
=
-Tỷ số nén luồng thấp áp (quạt + máy nén thấp áp) :
4
*
k.TA
=
-Tỷ số nén của máy nén cao áp :
7
*
k.CA
=
-Các tham số không khí :
+k=1,4; R=287 J/kg.độ; C
P
=1004,5 J/kg.
0
K.

H

+=
= 288
o
K
*
H
*
1
TT
=
= 288
o
K
b.Tốc độ của dòng khí tại cửa vào máy nén :
-Tốc độ âm thanh tới hạn: a
th
= 18.3 .
*
1
T
= 310.56 m/s
-Khi đó: C
1
=
1

. a
th

1
*
1









= 97272 Pa ; với
TBV

=0,96
2.Thiết diện trớc máy nén cao áp (x-x)
a.áp suất hãm: p
*
x
= p
*
1
.
890883
*
k.TA
=

Pa

= 432.3
o
K
Trong đó: hiệu suất máy nén thấp áp
0.97
*
K.TA
=

3.Thiết diện trớc buồng đốt chính (2-2)
a.áp suất hãm: p
*
2
= p
*
1
.
*
k

= 2723616 Pa
b.Nhiệt độ hãm: T
*
2
= T






= 145 m/s
4.Thiết diện trớc tua bin (3-3)
a.áp suất hãm: p
*
3
=
bd
*
2
.p

= 2614671 Pa
0,96
bd
=

:tổn thất ở buồng đốt
b.Nhiệt độ hãm : T
*
3
= 1400
0
K
c.Lu lợng tiêu hao nhiên liệu tơng đối:
( )
( )
uCH
LM
*
2

-Ta có :
3
*
3
*
3kc
3
.Fm.p
T.G
)q(
=
= 0.1727
Với m=0,0396; F
3
=0,13 (m
2
) ; G
kc


G
kk
Tra bảng hàm khí động ta có:
3

= 0.109
-
*
333
T.18,13.C

II
= 270622 J
c.Công của máy nén thấp áp:










=

1.R.
1k
k
L
k
1k
*
k.TAk.TA
= 96619 J
d.Công của máy nén cao áp :






lmnl
k.TA
T.TA
L.m
gg1
L
L
+
+
=
= 371567 J
m = 5.6 : Hệ số phân luồng
g.Tỷ số giãn nở ở tua bin cao áp:
*
t.CA
*
3
t.CA
*
T.CA
..R'.T
1k'
k'
L
e
1
1


=

k'
*
T.TA
*
T.TA
e

=
= 4
6.Thiết diện trớc tua bin thấp áp (y-y)
a.áp suất hãm :
*
T.CA
*
3
*
y
p
p

=
= 970739.42 Pa
b.Nhiệt độ hãm :
.R'
1k'
k'
L
T
T.CA
*

= 230483 Pa
b.Nhiệt độ hãm:
.R'
1k'
k'
L
T
T.TA
*
T.TA

=

= 319.78
o
K
*
t.TA
*
y
*
4
TTT
=
= 790.3
o
K
c.Tỷ số giãn nở ở tua bin :
*
4

p
=
= 2.27
-Nhiệt độ:
*
45
.T
1k'
2
T
+
=
= 678.4
o
K
-Nhiệt độ hãm :
mf
5
*
4
*
4
*
5

TT
TT

=
= 673.73

=
= 121129.5 Pa
-Tốc độ dòng khí ở cửa ra miệng phun:
555
k'.R'.TaC
==
= 510.02 m/s
-Lực đẩy riêng :
( )
5nlr
.Cg1P
+=
= 582.7 N.s/kg
-Suất tiêu hao nhiên liệu :
r
nl
r
P
3600.g
C
=
= 0.0172kg/N.h
c. Tính toán nhiệt khí động tua bin động cơ.
I. Các số liệu cho trớc và sơ đồ luồng chảy
1. Các số liệu cho trớc
- Lu lợng khí cháy qua tua bin
G
KC
=G
NL

- Đờng kính trong tua bin D
ng
=0,7 m.=const
2. Sơ đồ dạng luồng chảy tua bin .
3. Quy ớc tên các thiết diện của tua bin.
- Thiết diện 0-0:Tại cửa vào lá thiết bị phun tầng 1.
- Thiết diện 1-1:Tại cửa ra lá thiết bị phun tầng 1.
- Thiết diện 2-2:Tại cửa vào lá thiết bị phun tầng 2.
- Thiết diện 2-2:Tại cửa ra lá quay tầng 2.
II. Tính toán nhiệt khí động tua bin
Website: Email : Tel : 0918.775.368
Website: Email : Tel : 0918.775.368
1.Tính các thông số dồng khí tại cửa ra tua bin (2-2).
Nhiệt độ dòng hãm tại cửa ra tua bin :
=

=
R.
1'k
'k
L
TT
T
*
0
*
2
789.699
o
K

1'k
'k
L
1.PP
245627 Pa
2. Tính diện tích của ra tua bin tại thiết diện (2-2)
- Chọn hệ số M tại cửa ra tua bin M
2C
= 0.7
Tra bảng hàm khí động thấp áp có mật độ tơng đối của dòng q(
2
)= 0.9116
- Chọn góc thoát của dòng tại cửa ra tua bin
=
2

75
o
Theo phơng trìng lu lợng thấp áp có diện tích lu thông cửa ra tua bin F
2
là:
=

=
22
*
2
*
2KC
2

.
=
4
T'.R'.k
368 m/s
Trong đó
=

+
=
C2
*
4
4
M.
'k
1'k
1
T
T
720.8
0
4. Tính các thông số hình học của tầng đầu tại thiết diện (0-0)
Chọn số : M
0
=0.3
Tra bảng hàm khí động thấp áp có : q(
0
)= 0.4877
Diện tích cửa vào tua bin :