什么是备份,怎么备份?

核心提示汉语拼音:bèifèn解释:(1) make up the number 〈方〉∶虚设,以…充数(2) reserved∶备用的份额其他解释:当病毒入侵或者系统错误操作对操作系统带来的较大的或致命的麻烦时,为避免重装系统的费时费力,在系统稳

汉语拼音:bèifèn

解释:

(1) make up the number 〈方〉∶虚设,以…充数

(2) reserved∶备用的份额

其他解释:

当病毒入侵或者系统错误操作对操作系统带来的较大的或致命的麻烦时,为避免重装系统的费时费力,在系统稳定时对系统盘(一般是C盘)所有数据拷贝成一文件,存储于其他的盘;当系统出现问题时可以利用这个文件进行恢复的操作,叫备份。

上所述只能算是系统备份,而备份包括系统备份和文件(数据)备份:系统备份即将操作系统文件备份生成文件保存下来,当系统出现问题时可以将这个备份文件恢复到备份时的状态;而文件(数据)备份即对重要数据资料如:文档、数据库、记录、进度等备份下来生成一个备份文件放在安全的存储空间内,当发生数据被破坏或丢失时可将原备份文件恢复到备份时状态。一般备份工作用备份软件来处理。优秀的系统备份软件有Ghost等,优秀的数据备份软件有国内的爱数备份软件等。

备份的方式

[编辑本段]

备份是容灾的基础,是指为防止系统出现操作失误或系统故障导致数据丢失,而将全部或部分数据集合从应用主机的硬盘或阵列复制到其它的存储介质的过程。传统的数据备份主要是采用内置或外置的磁带机进行冷备份。但是这种方式只能防止操作失误等人为故障,而且其恢复时间也很长。随着技术的不断发展,数据的海量增加,不少的企业开始采用网络备份。网络备份一般通过专业的数据存储管理软件结合相应的硬件和存储设备来实现。

目前比较常见的备份方式有:

定期磁带备份数据。

远程磁带库、光盘库备份。即将数据传送到远程备份中心制作完整的备份磁带或光盘。

远程关键数据+磁带备份。采用磁带备份数据,生产机实时向备份机发送关键数据。

远程数据库备份。就是在与主数据库所在生产机相分离的备份机上建立主数据库的一个拷贝。

网络数据镜像。这种方式是对生产系统的数据库数据和所需跟踪的重要目标文件的更新进行监控与跟踪,并将更新日志实时通过网络传送到备份系统,备份系统则根据日志对磁盘进行更新。

远程镜像磁盘。通过高速光纤通道线路和磁盘控制技术将镜像磁盘延伸到远离生产机的地方,镜像磁盘数据与主磁盘数据完全一致,更新方式为同步或异步。

数据备份必须要考虑到数据恢复的问题,包括采用双机热备、磁盘镜像或容错、备份磁带异地存放、关键部件冗余等多种灾难预防措施。这些措施能够在系统发生故障后进行系统恢复。但是这些措施一般只能处理计算机单点故障,对区域性、毁灭性灾难则束手无策,也不具备灾难恢复能力。

主要灾备技术概览

[编辑本段]

系统灾难恢复(BMR)

系统灾难恢复,就是在系统出现崩溃的时候,能够用非常少的步骤,将系统重建,包括上面的系统补丁、应用软件和数据。这样可以提高恢复的准确性、缩短恢复时间、缩短业务中断时间。

目前的主要灾备技术,在恢复的时候有这么几种方式:

采用公用的一张光盘,所有的系统都采用这一张光盘。这个光盘可以启动系统,同时可以启动网络,然后备份服务器将备份在磁带库(或者虚拟带库)中的整个硬盘内容或者第一主分区内容恢复到灾难机。这样不论灾难机原来有多大容量数据,都可以存放在整个备份系统的备份设备中,统一进行管理,而且不需要经常刻光盘,也就是说光盘不需要经常更新。比较典型的代表是BakBone NetVault VaultDR。右图是BakBoneNetVault VaultDR灾难备份和恢复的数据流,所有系统采用统一的光盘进行。

需要针对每台计算机单独刻光盘,恢复的时候需要利用针对性的光盘来恢复,每台机器都需要自己的光盘,而且需要定期不断更新。这种方式的最大不足是经常要刻光盘,否则灾难出现的时候如果没有光盘或者光盘太久了,都会影响恢复的速度和恢复后的状态。这种技术的典型代表是EMC NetWork Recovery Manager模块。

恢复时需要借助网络启动,也就是需要具备一台相同操作系统的主机作为引导机器,然后利用备份的内容进行恢复。这种技术的典型代表是Symantec NetBackup的Bare metal Restore模块。

操作系统自己提供的灾备工具。对于大多数Unix小型机,都提供系统备份工具。借助于系统自身提供的磁带机,利用一个简单的命令,HP-UX采用make_recovery就可以把整个root卷备份到服务器自带的4mm磁带上。在恢复的时候,这盘磁带可以自启动系统,采用一个命令就可以将整个root卷恢复到硬盘上。这种方式的好处是简单和经济,尤其对于Unix系统,这样的方式远比目前备份软件提供的BMR模块方便、安全和经济,因为备份软件提供的BMR模块往往需要相同平台的其他服务器来启动。

数据远程复制

将数据在另外的地方实时产生一份可用的副本,此副本的使用不需要做数据恢复,可以将副本立即投入使用。数据复制的最大好处是副本数据立即可用,没有数据恢复时间,RTO 非常好,同时因为是实时复制,RPO也非常好,几乎不会丢失数据。缺点是费用远比数据备份要高,不仅仅是数据复制系统价格高,还需要另外的硬盘存储空间和主机系统,甚至建立另外的远程机房,考虑网络布线,这些都将带来成本大大增加,所以数据复制的建设和维护费用远远大于数据备份。

数据复制目前有如下实现方式:

基于主机。基于主机的数据复制技术,可以不考虑存储系统的同构问题,只要保持主机是相同的操作系统即可,而目前也存在支持异构主机之间的数据复制软件,如BakBone NetVault Replicator就可以支持异构服务器之间的数据复制,可以支持跨越广域网的远程实时复制。缺点是需要占用一点主机资源。

基于存储系统。利用存储系统提供的数据复制软件,复制的数据流通过存储系统之间传递,和主机无关。这种方式的优势是数据复制不占用主机资源,不足之处是需要灾备中心的存储系统和生产中心的存储系统有严格的兼容性要求,一般需要来自同一个厂家的存储系统,这样对用户的灾备中心的存储系统的选型带来了限制。

基于光纤交换机。这项技术正在发展中,利用光纤交换机的新功能,或者利用管理软件控制光纤交换机,对存储系统进行虚拟化,然后管理软件对管理的虚拟存储池进行卷管理、卷复制、卷镜像等技术,来实现数据的远程复制。比较典型的有Storag-age,Falcon等。

基于应用的数据复制。这项技术有一定局限性,都是针对具体的应用。主要利用数据库自身提供的复制模块来完成,比如OracleDataGuard,Sybase Replication 等。

CDP 连续数据保护技术

CDP 技术是目前最热门的数据保护技术,它可以捕捉到一切文件级或数据块级别的数据写改动,可以对备份对象进行更加细化的粒度的恢复,可以恢复到任意时间点。

CDP技术目前是一个新兴的技术,在很多传统的备份软件中都逐渐融入了CDP的技术。比如BakBone NetVault Backup 8.0 追加了TrueCDP模块,Symantec BackupExec11d等。其他公司包括EMC,Symantec都并购了一些CDP的软件,正在和传统的备份软件进行整合,目前还都在整合中。

CDP技术包括两种:

Near CDP,就是我们说的准CDP,它的最大特点是只能恢复部分指定时间点的数据(FPIT,Fixed Point In Time),有点类似于存储系统的逻辑快照,它无法恢复任意一个时间点。目前Symantec 、CommVault的CDP都属于这种类型。

TrueCDP,我们称之为真正的CDP,它可以恢复指定时间段内的任何一个时间点(APIT,Any Point In Time),目前BakBone TrueCDP属于TrueCDP类型。

当前灾备的主要应用情况

目前采用灾备方案的分布在各个行业,不过大家都是按照一定的梯度来使用。

首先采用的是系统灾难备份(BMRBare metalRecovery),因为这种方案成本最低,只要在建设数据备份系统的时候追加一些模块就可以完成。不需要附加的存储空间,也不需要附加的容灾机房,所以,有条件的用户几乎都可以实施。只不过有的用户采用操作系统提供的备份工具来辅助,有的用户采用备份软件提供的灾难模块来完成。这样的用户数量最大,分布在各个行业。BakBone 的VaultDR在使用BakBone NetVault的备份软件用户中被广泛采用。很多用户非常喜欢BakBone VaultDR不用关心操作系统类型,而且一张标准光盘可以应用到所有Intel x86服务器进行灾难备份和恢复。

其次是建立容灾系统的用户,大数据量的高端企业普遍采用基于存储的数据复制技术,比如电信、金融行业。中低端用户普遍采用基于主机的数据复制软件,成本较低,而且不需要进行严苛的存储系统采购,尤其是BakBone的NetVault Replicator不但可以进行远程数据复制,而且可以支持异构平台,所以在国内外有广泛的用户,一些政府部门、电力公司、证券部门、网站公司等目前都采用这种方式,而且大多运用在Windows、Linux平台。基于存储交换机层的虚拟存储技术虽然也在有了一些用户,但是因为此技术起步时间有限,技术成熟度需要进一步验证,很多用户只是做为试点,没有大范围的展开。对于基于应用的数据复制方式,也有部分高端客户在采用,而且也有大量的用户。

对于CDP技术,才刚刚起步,这种技术满足了很多关心灾备的用户的需求,在RTO 和RPO方面都能得到很高的标准,同时还可以进行任意历史版本的重现,正在被越来越多的用户所关注,相信将来会有非常广泛的用户。BakBone的TrueCDP可以进行任意时间点的恢复,是真正意义上的CDP,将会比其他准CDP产品有更大的优势,会被更多关心灾备的用户所选用。

应用误区

灾备系统因为能够带来业务的连续性,正越来被大家所重视,但是在使用过程中也要切记出现一些误区。

没有选择适合自己的。没有仔细分析和明确业务连续要求,对RTO和RPO没有进行仔细研究,要么不做,要做就想追求最全面的,这样可能忽视了最需要的建设,没有切实满足自己的需要。

认为灾备系统是万能的,夸大灾备系统的作用,忽视了备份系统、高可用系统的建设。其实各个系统都有自己的作用,需要根据实际需求进行建设。

没有有步骤分阶段的进行灾备建设,总想等实际成熟的时候全面建设,甚至还没有先进行数据备份系统的建设,就开始着手进行灾备系统建设。不进行备份系统建设,就没有满足数据安全的底线,在关键时刻缺少一份完整的数据,而花费大量的财力进行灾备系统建设,反而得不偿失。

多种灾备技术的选用不合理,比如主机系统的资源可以接受基于主机的复制软件来运行,却选用了基于存储系统的设计,造成必须选用相同类型的存储设备,增加了总体费用。

对BMR系统灾难备份总是希望选用备份软件自带的BMR模块。其实,备份软件自带的BMR模块对于Window和Linux比较方便,但并不是对于所有的Unix系统都合适,在Unix系统备份方面,Unix自带的系统备份工具和自带的磁带机就非常方便,一个命令就可以完成系统备份,还不用依赖于其他服务器,远远胜于一些备份软件自带的BMR模块,不但操作方便,而且减少费用。

未来发展方向

未来的技术发展应该是多种技术并存,而且越能满足客户需求的方式更能得到客户的关注。

未来的发展之一应该是基于主机的异构复制技术会有更广泛的市场。因为大多数客户具备异构主机环境,支持异构环境的数据复制技术,就可以利用现有环境,各台主机之间互为复制。对于不支持异构环境的复制软件,就需要购买相同的存储或者购买相同操作系统的主机进行数据复制,增加了灾备的总体费用。

未来的发展之二就是CDP技术。CDP融合了数据备份和数据复制的优点,既可以进行实时数据保护,还可以任意时间点的历史数据恢复,将会具有更加强大的生命力。随着TrueCDP和传统备份软件的无缝衔接,将会有越来越多的用户采用TrueCDP 进行灾备系统建设。右图是目前广为流行的BakBone NetVault TureCDP 备份系统架构图。

常见的备份技术

[编辑本段]

备份系统的作用:很多系统管理员认为,投资建立一个备份任务的管理,较原来复杂的备份系统只是在恢复的时候才起作用有些浪费,并且平时增添了很多的管理任务,这对于企业来说是一个大的浪费。

这个问题是一个大问题,直接涉及到对于一个企业的信息系统的投资回报率(ROI)。当IT系统的重要性非常高,企业的关乎生命的数据都在计算机系统里面,那么数据的保护就非常重要,这是其一。另外,实施备份系统并不会带来更多的管理任务,相反为系统管理员带来了很多维护上的方便,主要有以下几点:

备份的自动化,降低由维护员的操作带来的风险;

数据库在线备份,保证24×7小时业务运行;

文件系统及数据库数据的时间点恢复,历史版本管理;

磁带的复制(Cloning),可降低磁带的出错几率和实现异地容灾保存;

网络备份、LAN-Free及Serverless多种备份方式;

系统灾难快速恢复。

因此,如果企业必须实现上述功能,而企业又不实施备份系统时,需要的人力及设备的投资如果大于实施备份系统的投资,则该备份系统的投资是可以被接受的。

备份系统的功能:用户只需要简单的备份就可以了,不必要那么复杂。用户买了很多备份系统中没有用处的先进技术,没有必要在系统中实现过多的复杂功能。

备份系统实现的功能是备份技术发展到一定阶段的产物,先进技术的出现也由于用户的系统中有这样的需求。当IT系统发展到一定程度,用户对IT系统的依赖型增强,IT系统的数据量越来越大,对系统备份的要求就水涨船高。但

好的备份系统应该有如下的特点:

备份系统可根据应用系统的需要非常容易地进行扩展;

满足未来的数据量及应用系统升级带来的备份系统的压力;

备份系统中,尤其是备份软件的可升级能力。

总体来说,备份技术已经经历了几个发展阶段,从传统的磁带备份到网络备份,从SCSI LAN-Free备份到SAN结构的动态共享LANFree备份,直到目前出现的Serverless备份。可以预见,未来备份产品有以下几个趋势:

磁盘备份技术:随着SATA磁盘价格进一步下降,磁盘的备份优势逐渐体现出来。目前EMC已经推出了使用磁盘作为虚拟磁带库的产品,在功能上可以替代磁带库的功能。笔者认为,该产品的大批量投放市场,会在一定程度上引发备份硬件设备的升级换代。

iSCSI技术:该技术可以利用现有的TCP/IP网络进行数据传输,用户可以很方便地实现数据的远程异地保护。目前市场上已经出现了较多这样的产品,相信随着产品的成熟,会有很多异地备份和容灾方案会选择该技术。

NDMP协议:NDMP(网络数据管理协议)作为一种标准,目前已经发展到了Version 4,支持该协议的产品,可以非常方便地实现NAS服务器数据的快速备份和恢复。对于大数量的小文件,该技术有着得天独厚的优势。

SnapShot备份技术:目前很多的磁盘阵列都提供了SnapShot功能,而对于磁盘阵列上的SnapShot,我们可以充分利用SnapShot技术进行数据的Serverless备份,这对于企业级的大型系统有着十分重要的意义,极大地降低了备份时对于生产系统的资源占用,并且可以非常快速地恢复。

实现备份介质的生命周期管理

通常每盘磁带都有一定的使用次数限制,因此,对于磁带备份系统来说,磁带使用了一定次数后,就应该摒弃掉,不能用来备份关键数据。

备份系统的维护:人们投资购买了全自动的备份系统,目的就是降低维护工作量,只要实施了该系统,维护工作就可以放松了,只要过一周或者一个月检查一下备份的状态就可以了。

当用户实施了备份系统后,对于备份系统的维护工作仍然非常重要。主要由以下因素决定。

由于目前很多单位IT系统的主机很多,应用系统很多,并且每套应用系统都有相应的管理和维护人员,备份是各种应用数据备份任务的集中管理。因此对于应用系统较为复杂的用户来说,可以设立备份系统管理员或者存储备份工程师,对整体备份系统进行维护。

随着数据量的增大,应用系统的增长,备份策略随着时间的迁移应进行优化。

备份系统涉及的技术包括操作系统、数据库、存储、磁带库等诸多技术,因此建议备份系统管理员对各种知识有一定的了解,并且除了参加备份系统知识的培训外,还要参加操作系统、数据库等产品的专业培训,以保证应用系统在出现灾难时尽快实现数据的恢复。

关键数据库的日常备份如果失败,可能导致数据库的挂起。例如,对于Oracle数据库来说,如果不及时对数据库的“归档日志”进行备份,则会导致整个数据库的停止。

如果磁带库备份系统中有“克隆”的功能,还需要每日将“克隆”的介质取出,放置到异地保存,以利于容灾。

备份系统产品的选择:在选择产品时,备份磁带库容量尽可能大,磁带机速度尽可能快,尽可能使用最先进的技术。

在产品的选择过程中,性价比是最重要的指标之一,但绝不是全部。建议用户在选择产品的时候考虑以下几个因素:

本系统应用数据的类型、数据量、备份策略(全备份、增量备份等)及关键数据的保留时间决定了磁带库的总容量;

备份时间窗口和备份数据量的峰值数据量决定了磁带机的最低数量;

应用系统的种类和数据类型决定备份时采用哪些技术。

如用NAS设备备份,尽量选择NDMP备份;SAN架构备份尽量选用磁带机动态共享;磁盘阵列提供了镜像或者SNAP功能,可以使用SnapShot备份技术。

磁带机技术的选择方面,建议选择较为通用的设备,对于该磁带机来说,操作系统及备份软件对其兼容的程度较好。

由于磁带机属于机械设备,故障率较磁盘、光盘等设备要高,因此配置磁带机时尽量保持冗余。目前SATA磁盘技术有了突飞猛进的发展,磁盘备份技术已经成为了发展方向。

硬件设备考虑备件的提供情况及提供商的服务水平,而对于备份软件来说,提供专业服务及技术支持也是需要考虑的重要因素。

备份软件应该具有较广泛的兼容性。

数据容灾与数据备份的联系

[编辑本段]

企业关键数据丢失会中断企业正常商务运行,造成巨大经济损失。要保护数据,企业需要备份容灾系统。但是很多企业在搭建了备份系统之后就认为高枕无忧了,其实还需要搭建容灾系统。数据容灾与数据备份的联系主要体现在以下几个方面:

数据备份是数据容灾的基础

数据备份是数据高可用的最后一道防线,其目的是为了系统数据崩溃时能够快速的恢复数据。虽然它也算一种容灾方案,但这种容灾能力非常有限,因为传统的备份主要是采用数据内置或外置的磁带机进行冷备份,备份磁带同时也在机房中统一管理,一旦整个机房出现了灾难,如火灾、盗窃和地震等灾难时,这些备份磁带也随之销毁,所存储的磁带备份也起不到任何容灾功能。

容灾不是简单备份

真正的数据容灾就是要避免传统冷备份所具有先天不足,它能在灾难发生时,全面、及时地恢复整个系统。容灾按其容灾能力的高低可分为多个层次,例如国际标准SHARE 78 定义的容灾系统有七个层次:从最简单的仅在本地进行磁带备份,到将备份的磁带存储在异地,再到建立应用系统实时切换的异地备份系统,恢复时间也可以从几天到小时级到分钟级、秒级或0数据丢失等。

无论是采用哪种容灾方案,数据备份还是最基础的,没有备份的数据,任何容灾方案都没有现实意义。但光有备份是不够的,容灾也必不可少。容灾对于IT而言,就是提供一个能防止各种灾难的计算机信息系统。从技术上看,衡量容灾系统有两个主要指标:RPO(Recovery Point Object)和RTO(Recovery Time Object),其中RPO代表了当灾难发生时允许丢失的数据量;而RTO则代表了系统恢复的时间。

容灾不仅是技术

容灾是一个工程,而不仅仅是技术。目前很多客户还停留在对容灾技术的关注上,而对容灾的流程、规范及其具体措施还不太清楚。也从不对容灾方案的可行性进行评估,认为只要建立了容灾方案即可高枕无忧,其实这具有很大风险的。特别是在一些中小企业中,认为自己的企业为了数据备份和容灾,整年花费了大量的人力和财力,而结果几年下来根本就没有发生任何大的灾难,于是放松了警惕。可一旦发生了灾难时,后悔晚矣!这一点国外的跨国公司就做得非常好,尽管几年下来的确未出现大的灾难,备份了那么磁带,几乎没有派上任何用场,但仍一如既往、非常认真地做好每一步,并且基本上每月都有对现行容灾方案的可行性进行评估,进行实地演练。

数据容灾等级

设计一个容灾备份系统,需要考虑多方面的因素,如备份/恢复数据量大小、应用数据中心和备援数据中心之间的距离和数据传输方式、灾难发生时所要求的恢复速度、备援中心的管理及投入资金等。根据这些因素和不同的应用场合,常见的容灾备份等级有以下四个:

本地备份、本地保存的冷备份

这一级容灾备份,实际上就是上面所指的数据备份。它的容灾恢复能力最弱,它只在本地进行数据备份,并且被备份的数据磁带只在本地保存,没有送往异地。

在这种容灾方案中,最常用的设备就是磁带机,当然根据实际需要可以是手工加载磁带机,也可以是自动加载磁带机。前者主要适用于存储数据容量较小的中小型企业,主要产品有IBM的TotalStorage Ultrium 外置式磁带机 3580,单盒磁盘窝囊可达200GB,压缩后可存储400GB数据,可满足绝大多数中小企业,乃至大型企业数据备份需求。HP的磁带机产品线更是非常全面,手工加载的磁带机目前主要有HP Surestore DAT 24、HP Surestore DAT 40、HP StorageWorks DAT 72,它们单盘磁带所能存储的容量分别是24GB、40GB和72GB,不同用户可灵活选择,另外HP还有一个LTO-Ultrium磁带机系列磁带机和DLT/SDLT系列磁带机。

自动加载磁带机中IBM主要有 TotalStorage企业磁带机 3592,HP有StorageWorks DAT 40x6T等。

大尺寸风扇是大涵道比涡扇发动机的特有技术。随着发动机涵道比的增加,风扇向着大直径、低压比方向发展,其设计要求是效率高、噪声低、重量轻、抗外物损伤能力强。在三维黏性CFD设计方法的基础上发展起来的掠形叶片可以降低叶片进口气流相对马赫数,减少激波损失,提高风扇效率和流量。掠形叶片使风扇叶片效率提高3%~5%,空气流量增加3%~10%。由于前掠叶片的失速裕度比后掠叶片的大,因此前掠叶片更受人们的重视。

在材料、结构和工艺方面有无凸台宽弦空心钛合金叶片和树脂基复合材料叶片。前者用超塑性成型/扩散连接(SPF/DB)工艺制成,后者由增韧环氧树脂/石墨纤维预浸带缠绕,然后用模压成型。此外,Kevlar复合材料缠绕的多层包容环和叶片圆弧形榫根等也值得引起重视。 高压比多级高压压气机是大涵道比涡扇发动机的关键技术。由于民用发动机的总压比不断提高的趋势,目前超过40,今后将进一步提高到50以上。军用发动机的高压压气机压比一般为6~8,还没有超过10的,但是民用发动机的一般为12~20,GE90的10级(在后来的GE90-115B中减为9级)高压压气机的压比更达到23,平均级压比为1.37,都是所有实用中发动机的高压压气机之最。正在研制中的PW6000发动机的高压压气机以6级达到11的压比,平均级压比近1.5。研究中的平均级压比为1.4~2.1。

所涉及的技术包括全三维黏性CFD分析技术、先进叶(型掠形叶片、串列叶片、弯曲叶片和倾斜叶片)、吸附式叶片和主动稳定性控制。

其他有关高压压气机的关键技术有叶尖间隙控制、机匣处理、整体叶盘和整体叶环等。 当前对环境排放的忧虑集中在空港周围的社区,而且,如果污染问题得不到解决,就会影响到空运的未来发展。欧盟和美国的环境保护局对ICAO施加压力,要求制定进一步降低飞机排放NOx 条例。

飞机的排放标准陆续有1986年、1996年、2004年和2008年生效的ICAO的CAEP1、2、4和6,相对前一个标准后者分别降低20%、16.5%和12%。

目前,大多数的民用飞机满足现行1996年ICAO的LTO NOx 标准还有余,而关于巡航NOX排放对臭氧层破坏和全球大气变暖的忧虑却在增加。

所涉及的关键技术技术有径向和轴向分级燃烧、贫油直接喷射(LDI)、富油/快速掺混/贫油(RQL)燃烧燃烧和能减少冷却空气的新的高温陶瓷基复合材料。减低排放的主动燃烧控制技术也在研究中。

通用电气公司正在研制的GEnx采用双环腔与旋流(TAPS)燃烧室后,其NOx、烟、UHC、CO的排放只有CAEP标准的45%、10%、5%和30%;普o惠公司在PW4098和PW8000发动机中采用泰龙-II(TALON)燃烧室后,UHC、CO、NOx和烟的排放分别为目前标准限制值的3%、24%、65%和94%。在罗o罗公司在ANTLE计划下研究的一种贫油单级同心分级燃烧室,通过减少油气滞留时间、加强混合、优化化学恰当比和瓦片冷却结构实现这个目标。2005年第一季度在发动机上进行验证,其NOx排放比1996年的CAEP4标准低50%以上。 在大涵道比涡扇发动机中,低压涡轮的效率对耗油率有重要影响,其重量和成本分别占全台发动机的25%和15%左右。因此高效多级低压涡轮的设计对发动机性能、重量和成本十分重要。

在低压涡轮设计中已普遍三维黏性CFD设计技术。因为低压涡轮通道有较大的扩张度,采用正交设计后,叶片的尖部和根部弯曲,形成所谓的弯曲叶片。主动叶尖间隙控制已经得到普遍的应用,通过对机匣喷射冷却空气可以在不同的工作状态下都保持最佳的间隙。

德国MTU公司在低压涡轮方面有丰富的设计经验,该公司正在研究三维气动设计方法、先进封严系统、高效冷却系统、低成本轻重量材料、低损失空腔设计和主动/被动附面层控制技术。最近,在先进涡扇综合(ATFI)验证机上验证了膨胀比为4.5的两级涡轮,一种高升力叶栅可使叶片数减少20%而不降低效率,用钛铝金属间化合物取代传统镍基合金可使叶片减重40%。在GP7200发动机研制中,5级低压涡轮达到92.4%的等熵效率。

近来各国正在研究低压涡轮叶片分离控制。美国空军研究实验室推进所涡轮发动机部在低压涡轮上进行涡流发生器射流(VGJ)的试验和仿真研究。试验结果发现:采用VGJ可以大大减小低雷诺数下的吸力面附面层分离。用0.4%的气流测得的尾涡损失降低达65%,叶片的压力分布还有所改善。 从60年代中期到90年代中期,给定推力的噪声水平已经减少20dB。对于听者,主观上的噪声强度减轻了四分之三。现在执行的ICAO第三章噪声标准比1971年执行的第一和第二章低20dB,到2001年将对2006年1月1日起取证的飞机采取更严格的第四章噪声标准,又将比第三章低10dB。事实上,生产中的飞机都满足这个标准,将在2014~2015年投入使用的第五代飞机噪声将比第三章标准低35~40dB。欧洲和美国都制定了在10年和20年内将噪声在分别降低10dB和20dB的研究计划。

对于早期安装涡喷发动机的客机,其主要噪声源是发动机尾喷管排气,而在安装涡扇发动机的飞机上,风扇的噪声成为最主要的,其次才是核心排气(起飞)或飞机机体(着陆)。

当前采用或在研究中的降噪措施主要有:

(1)尽量提高涵道比,降低发动机平均排气速度,但受到风扇和发动机尺寸的限制。

(2)在对气动性能不造成大的损失的条件下,降低风扇叶尖切线速度;采用掠形叶片和倾斜叶片;锯齿形风扇出口导向叶片后缘和吹气式尾迹管理;合理选择叶轮机转子叶片和静子叶片的数目比例;加大转子和静子的轴向距离;减小叶尖间隙;低损失空腔设计。

(3)采用对转风扇 在欧洲航空第6框架内的环境友好航空发动机计划下正在研究对转风扇,并将在俄罗斯中央航空发动机研究院的试验台上进行气动声学试验。希望能降低噪声5分贝。

(4)在减少喷气噪声方面,正研究各种加快内外流气流之间和喷流与大气混合的喷管,具体的方案有非轴对称风扇喷管、中心线偏置的风扇和核心喷管以及锯齿形核心和风扇喷管。

(5)采用向上倾斜的进气口(scarf inlet)和喷口,使噪声向上传布。

(6)采用加长外涵道,广泛敷设利用赫姆霍茨效应原理的消声衬垫,包括频率自适应衬垫,甚至噪声主动控制技术。 在齿轮传动涡扇发动机中,高效、长寿命大功率减速器是不可或缺的重要部件。减速器的作用是保证两个不同转速的部件相互匹配和高效传递功率,因此它的技术要求很高。

普惠公司由于坚信齿轮传动涡扇发动机的潜在效益,多年来在高效大功率减速器的发展方面已经投入几亿美元。该公司的STAR-1减速器的传动功率达24000kW已经完成了1000h的部件试验和1000h的发动机试验,机械效率超过99%,热负荷仅为预期值的一半,寿命指标为30000h。正在研究的一种功率近30000kW的减速器也已经做了100h的发动机试验。

在减速器的发展中,除了要设计轻重量的齿轮外,还必须采用新的滑油和冷却技术。普o惠公司采用了一种自动定心(self-centering)技术,几乎消除了齿轮副之间的偏心和应力。

在为未来窄体客机的齿轮传动涡扇发动机的研制中,普o惠公司以意大利的Avio公司作为合作伙伴,负责减速器的研制和制造。该公司在航空发动机的机械传动方面拥有丰富的经验。这种齿轮传动涡扇发动机将在2007年进行地面验证,2008年飞行验证。 间冷回热循环可以降低压气机加压所需的功、进入燃烧室的气流温度和回收排气中的热,因而有利于提高发动机热效率和减少NOx排放。与常规涡扇发动机相比,间冷回热循环发动机可降低NOx排放80%,减少燃料消耗和CO2排放18%。

这是一项比较远期的技术。在欧洲的环境友好发动机技术验证(CLEAN)计划中,正在验证一种带齿轮传动风扇的间冷回热循环发动机技术。在这种三转子方案中,涵道比可以达到15左右,风扇叶尖速度也有相应的降低。风扇通过齿轮箱由高速的低压压涡轮驱动。超大涵道比发动机对高总压比的要求由高压和低压压气机之间的中间冷却器和采用双级燃烧室的回热核心机来满足。间冷器用外涵空气作为冷源。在CLEAN计划中的关键技术包括齿轮传动风扇系统、高压压气机主动喘振控制系统、间冷器、贫油预混预蒸发燃烧室、高速多级低压涡轮、涡轮中央框架和轻重量高效回热器。

CLEAN计划的验证机已经在2004年交付,安装在德国斯图加特的高空模拟试车台上,并在两个半月内试验了80h。结果表明,间冷回热发动机概念的目标已经基本实现,装备这种发动机的飞机可以节省燃油达17%,减轻飞机重量6%。

除了上述特有关键技术外,大涵道比涡扇发动机的研制还需要重视以下技术:

(1)反推力装置设计技术;

(2)环境和吞咽试验技术;

(3)发动机状态监视、故障诊断和预测维修技术;

(4)长寿命、高可靠性设计技术;

(5)多(全)电发动机技术;

(6)低污染、可再生替代燃料;

(7)低阻力短舱设计,如层流短舱设计;

(8)推进系统/飞机一体化技术,如半埋的分布式推进系统和翼身融合体机体的一体化设计。

 
友情链接
鄂ICP备19019357号-22