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[图帖] 细评中国军用涡扇发动机发展历程[43P]

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细评中国军用涡扇发动机发展历程[43P]

近日,《中国航空报》报道,又有两款航空发动机完成了装机状态的高原试验。先进的涡轮风扇发动机代表着国家航空工业乃至整个重工业实力的桂冠。今天楼主带大家一起了解下中国军用涡扇发动机发展历程。

奇特后风扇布局的涡扇5

涡扇-5采用后风扇布局,在改动较小的情况下将涡喷发动机改装为涡扇发动机,涡扇-5是一种无加力型中小推力级别发动机,在涡喷-6发动机的基础上取消了加力燃烧室,增加了后风扇。涡扇-5配套轰-5改进型,其推力比涡喷-5甲增加了35%,耗油降低30%,由于轰-5改进型下马,涡扇-5的研制工作于1973年终止。

作为我国首次研制涡扇发动机的尝试,涡扇-5采用的是较为奇特的后风扇布局。这种设计好处是可在改动较小的情况下将涡喷发动机改装为涡扇发动机,很符合我国当时的技术现状。涡扇-5是一种无加力型中小推力级别发动机,在涡喷-6发动机的基础上取消了加力燃烧室,增加了后风扇。



1963年初,空军提出改进当时的轰五型轰炸机。606所决定在风险尽可能小的前提下研制一款推力大而且省油的涡扇发动机装到改进型轰五上 以彻底提高其的飞行性能。后来606所在现有涡喷-6发动机的基础上研制一种后风扇式涡轮风扇发动机,定名为涡扇-5。



涡扇-5原计划配套轰5改进型,根据改装结果,其推力比涡喷-5甲增加了35%,耗油降低30%,但由于轰-5改进型下马,涡扇-5的研制工作也于1973年终止。但其多项设计为后来的国产涡扇发动机积累了经验。

重大决策失误 使涡扇5失去了使用价值

用涡喷6发动机改型为涡扇5发动机,之所以用涡喷6为原型进行改进设计,主要是想使研制工作在时间及技术上得以简化,保证研制工作的成功。与涡喷6相比,涡扇5取消了加力燃烧室部分,增加了后风扇部件,去掉了压气机放气装置,增加了零级导流叶片等。用涡喷6为原型进行改进设计,大的方向是对的,符合我国当时的国情,可是增加了后风扇部件,却是大大的失败之处,

在五六十年代,人们在设计第一代涡扇发动机的时候遇到了很大的困难。首先是由于大直径的风扇与相对小直径的低压压气机联动以后风扇叶片的翼尖部分的线速度超过了音速,这个问题在当时很难解决,因为没有可利用的公式来进行运算人们只能用一次又一次的试验来发现、解决问题。第二是由于在压气机之前多了风扇使得压气机的工作被风扇所干拢。第三是细长的风扇叶片高速转动所引起的振动。

而涡扇5发动机的后风扇设计一下子完全避开了这三个最主要的困难。涡扇5发动机的后风扇实际上是一个双节的叶片,叶片的下半部分是相当于涡轮叶片,上半部分是相当于风扇叶片。叶片与核心发动机的工作,没有丝毫的联系,,而且叶片的后置也不会对压气机的工作产生不良影响。但在回避困难的同时也引发了更严重的新问题。



第一台样机于1965年初制造完毕,1966年达到设计指标,1970年通过长期试车考核,1971年装于一架轰-5上进行了多次滑跑试验。后来由于空军取消了对轰-5的改进计划,涡扇-5于1973年5月停止研制。



作为我国自研的第一代涡扇发动机 涡扇5才用一种奇怪的后风扇布局。简单的说就像汽车的废气涡轮一样是装在燃烧室后面的 利用高温燃气推动产生推力。这种布局的有点时对于核心机改动很少。只是简单地附加上去一个风扇。别瞧不起这么小的改装根据试车数据,涡扇5的推力比轰五原来的发动机涡喷-5甲增加了35%,耗油降低30%,

首先是叶片的受热不匀,涡扇5发动机的后风扇叶片的涡轮部分在工作时的最高温度达到了870 度,而风扇部分的最低温度只有30度左右。其次,由于后风扇不像前风扇那样工作在发动机的冷端,而是工作在发动机的热端,这样一来风扇的可靠性也随之下降,而飞机对其动力的要求最重要的一条就是高的可靠性。而且风扇后置的设计使得发动机的由于形状上的原因其飞行阻力也要大于风扇前置的发动机。 所以,你看看现在有带后风扇的发动机么, 后风扇叶片的使用寿命,可靠型,耐久型是非常差的,还不能增加加力燃烧室啊。如果,当初,用涡喷6为原型进行改进设计,是增加前置风扇(现在涡扇的风扇位置),而不是投机取巧的弄后风扇的涡扇5,增加前置风扇,还可以弄成带加力的,可以给歼-6和强-5使用啊,不带加力的可以给轰5使用啊。增加前置风扇,实际是单转子涡扇发动机啊 如幻影2000的M53-P2发动机

生不逢时的涡扇6

1964年5月,空军提出设计一种比歼7歼击机更先进的新型飞机的技术要求。此后,沈阳飞机研究所和沈阳航空发动机研究所开始方案研究。1964年10月,提出了新型飞机和发动机的初步方案,经过空军和航空工业部门讨论,决定新机设计分两步走。第一步,设计一种新飞机,装两台改进设计的涡喷发动机,即后来的歼-8飞机和WP7甲发动机。第二步,设计一种更先进的高空高速歼击机,装一台新设计的加力式涡扇发动机,新发动机编号为涡扇6,代号WS6。1965年9月完成方案论证工作,开始技术设计,1966年5月投入试制。“文革”期间研制进度受到一定影响,1968年6月首台试验机开始台架运转试车。1980年10月,性能达到设计指标。1982年10月通过24h飞行前规定试车。整机试车共334h。后因飞机研制计划的改变,涡扇6失去使用对象,于1984年停止研制。



资料图:在涡扇5样机还没完成总装的1964年,代号为910甲的涡扇-6图纸设计正式开始。这是中国第一次完全自行设计双转子加力式大推力涡扇发动机,其全加力推力达到惊人的12.5吨,这指标和后来引进AL-31F相当。这种大跃进即使在今天看来也是相当惊人,更何况在那个年代。



资料图:当时的想法是把有加力功能的涡扇6作为新型歼击机歼9的动力,无加力涡扇6发动机作为轰6和运9以及大型客机的动力。本来就因技术薄弱而磕磕绊绊的涡扇六又因文革雪上加霜,研制进程走走停停,试车过程中喘振不断。

涡扇6发动机是沈阳航空发动机研究所自行研制的第一种推重比为6一级的军用加力涡扇发动机。它是针对高空高速歼击机的技术要求而设计的。在发动机参数和控制计划的选择方面,充分注意了提高发动机推重比和高速性能。选用了高的涡轮进口温度和接近最佳的总增压比,采用了跨音速风扇、气冷式高温涡轮和平行进气的加力燃烧室。选用了能够发挥高空高速性能优势的控制计划。该发动机的特点是:高速推力大,亚音速巡航经济性好,起动、加速快。转子采用5支点支承方案,结构紧凑,布局合理,并应用了较多的钛合金材料。因此,发动机重量轻,推重比大。

涡扇6在研制过程中,曾遇到大量的技术问题,其中比较主要的有:起动困难、压气机喘振、涡轮进口温度高及振动大等。主要原因是自行研制的初期,缺少技术储备,主要部件的试验研究不够充分,特别是核心机压气机部件效率较低、喘振裕度小,给调试带来不少困难。主要部件经过多次修改、试验和在整机上反复调试,作了大量的工作,到1980年底使各部件及总体性能均达到了设计指标。

1980年,在WS6的基础上发展了涡扇6改进型(代号WS6G)。和原设计相比提高了低压转子转速,风扇由3级改为2级,但其压比却由2.15提高到2.6,因而涵道比有所下降。同时提高了涡轮进口温度,将原来的环管燃烧室改为环形燃烧室。在外廓尺寸与WS6相同和质量减轻100kg的条件下,设计状态的加力推力提高了13.2%,推重比提高18.9%。于1982年2月进行了WS6G准验证机试车,达到了预计的的推力指标,证明了WS6G方案在技术上是可行的。后因国内没有与之相配的飞机,因而未能立项研制。

1970年,还针对运输机发展的需要,发展了WS6甲(即910甲)型发动机,采用单级风扇,带中间压气机,增大了总空气流量和涵道比,不带加力。生产了3台试验机。后因飞机研制计划改变,于1973年停止研制。



研发历时16年,1982年涡扇-6通过24小时地面试车试验。即将空中实验时,其配套的歼9歼击机项目彻底下马。好不容易才看到成功曙光的涡扇6因此也没有完成最后研制。606所众人欲哭无泪,总结会变成追悼会,有些人从此就离开了自己心爱的事业,中国的航空动力之路怎么就这么难,此时,30而立的共和国在航空发动机自主研制方面还是一片空白。涡扇6,是中国航空动力人永远的痛。



而就在1982年涡扇-6正式通过24小时“飞行前试车”,接近装机应用标准时,其配套的歼9型高空高速歼击机在项目“三上三下”之后已彻底下马,而歼13也在此前决定改用仿制米格23配套发动机的涡喷-15型。好不容易才看到成功曙光的涡扇6因此也没有完成最后研制。

和当时绝大部分尖端军工项目一样,本就饱受技术基础薄弱困扰的涡扇6在文革期间研制进度缓慢,直到1979年才实现高转速长时间稳定运转,1981年完成全加力地面试验,推力达到预定指标,但油耗仍然偏高,寿命不足。随后还进行推力达14.1吨的改进型涡扇6甲研制。



同运10一起下马的“涡扇8”

涡扇8发动机(代号915)是运10飞机的动力装置,属前风扇、短外函、轴流式双转子涡轮风扇发动机。起飞推力80.07千牛,起飞耗油率54.56公斤/千牛·小时,其性能、寿命等指标在60年代末尚属较先进的航空发动机。该发动机于1972年开始投料试制,至1980年底国家投资1.84亿元,共生产3轮计12台发动机。在研制中,新建主机厂,改建叶片生产厂,形成有3000余人的航空发动机研制队伍,基本走完发动机研制工作的全过程。1983年6月,上海市航空工业办公室召开涡扇8发动机研制成果总结交流会,认为已基本具备设计定型的条件和小批量生产的能力。后因运10飞机停止研制,发动机研制也告一段落。在研制过程中,市内外有60多个单位承担发动机本体和配套协作项目,并大量采用新技术、新工艺、新材料。成品附件、轴承、金属材料、非金属材料和毛坯均立足于国内,取得了丰硕的科研成果。



涡扇8是我国首种大型喷气客机运-10计划配套动力,代号915甲,该发动机在运10下马前就已经在一架波音707上进行过试验,但正如涡扇-6一样,1985年运-10和远程轰炸机两个项目相继下马后,涡扇-8也停止研制。



涡扇8是美国人在B52上使用的JT33航发的仿制版。推力80.07千牛,起飞耗油率54.56千克/千牛小时,其性能、寿命等指标在60年代算是较先进的航空发动机。该发动机于1972年开始投料试制,至1980年底国家投资1.84亿元,共生产3批12台发动机。



在研制过程中已经建立起完善的配套工厂,形成有3000余人的航空发动机配套生产队伍,基本走完发动机研制工作的全过程。1983年6月,在上海召开涡扇8发动机研制成果总结交流会上,就认为当时涡扇8已经成熟可以定型并小批量生产了



涡扇8发动机成果及扩大应用

涡扇8发动机的研制成功,得到国外有关人士的关注和好评。1984年5月27日,美国克利夫兰州立大学(CLEVELANDSTATE

UNIVERSITY)工学院副院长、教授张君毅(GEORGEC.CHANG)到航发厂参观,称赞上海能造出这样的发动机很了不起。1985年上半年法国国营飞机发动机研究制造公司(SNECMA)国际部发动机经理柏拉图诺夫(AR-MANDPI-ATONOFF)参观发动机时,也感到十分惊奇,并对每一个零备件仔细辨认,看是否混有美国制造的部件,并说:“知道得这么晚,太可借了。”1985年5月23日,美国通用电器公司(GENERAL

ELECTRIC

COMPANY)航空发动机分部副总裁克莱勃司(KREBS)到航发厂参观时说:“你们在10年前能完成这样一台十分复杂的发动机,的确是一个伟绩。即使在今天看到它,也给我留下了极深刻的印象。”

航发厂和航空机械厂在研制涡扇8发动机中,取得大量科研成果。1986年,“涡扇8发动机设计与制造技术”获上海市科技进步一等奖。至1989年底,先后获得部、市级以上科技成果奖共26项。与此同时,还应用发动机研制成果,为航空工业和其他行业服务。



中国首台大推力“涡扇8型”民用航空发动机A



试车一次成功

一、船用燃气发生器

1976年,上海交大经过理论分析研究,提出用涡扇8发动机改为船用燃气轮机的方案,即将涡扇8发动机风扇顶切并去掉第四级涡轮,改为船用燃气发生器,配上动力涡轮作船用动力装置。1978年10月4日,上海市708工程办公室下达任务,由航发厂将第一轮1台发动机拨给交大,作船用改装试验。原型机改装为燃气发生器及试车工作,由交大和航发厂合作进行。1979年8月改型竣工,8月18日进行首次试车。至1982年8月交大“顶切课题”试验结束。同年11月,航发厂为探索非航空用发动机烧多种燃料的可能性,又进行发动机烧10号轻柴油的试验,取得较为满意的效果,能满足海军提出的中等功率动力装置的要求。海军装备部认为涡扇8发动机顶切试验成功,证明涡扇8发动机船用改型机是国内同类型性能最好的机组之一。1984年7月,涡扇8发动机顶切试验研究获中国船舶工业总公司重大科技成果二等奖。

1986年2月28日,国防科工委向中科院下达将从英国引进的斯贝(SPEY)发动机改为1.5万马力燃气低压压气机的研制计划。同年12月,航空机械厂有关工程技术人员赴京实物考察后,与中科院工程热物理研究所签订研制合同。工厂在研制过程中,解决了低压压气机转子整体切顶工艺等关键问题。1987年4月13日完成转子改装,静子机匣于同年6月完成。1988年5月11~12日,中科院、国防科工委在北京召开1.5万马力船用燃气轮机低压压气机成果鉴定会,航空机械厂就“五级切顶及机匣填补”作了介绍,鉴定委员会对该项成果给予高度评价。



“涡扇8型”发动机用于我国自主研发制造大型飞机“运-10”心脏之一,先后飞到北京、乌鲁木齐、郑州、合肥、广州、昆明、成都、拉萨等地,累计试飞130次,飞行时间170小时,各项性能达到设计标准,在我国航空工业史上留下了光辉一页。

二、RYLAD0.05燃气轮机

1983年9月17日,航发厂与兵器工业部201研究所签订试制3K42燃气轮机合同。由201研究所提供全套设计图纸,航发厂研制生产其主机,南京第二机床厂制造齿轮传动系统。经过2年工作,于1986年3月首台新机总装完毕。同年4月进行空载试车,点火一次成功,燃烧稳定,转速达到额定值,各项空载参数达到预期要求。后又进行加载试车,加载状态达到66%,耗油率为1103克/马力·小时。同年底首台新机交201研究所继续试车,各项参数均达到原型机指标。1987年该厂又向201研究所交付4台新样机。

1989年9月16日,炮兵军工产品定型委员会办公室在201研究所召开3K42燃气轮机技术鉴定会,将其定名为RYLAD

0.05燃气轮机。专家鉴定组一致认为;该燃气轮机性能稳定、可靠,基本达到原样机要求,尚有一定潜力,原材料和加工制造立足于国内,并在工艺上有所突破。该机的研制成功,填补了国内地面小功率轻型燃气轮机的空白,为今后发展小功率轻型燃气轮机动力装置奠定良好基础。

三、南京航空学院发动机试车台

南京航空学院362研究所地处南京市城区,原有航空发动机试车台结构落后,性能不好,噪音严重,周围单位和居民反映十分强烈。为此南京航空学院提出改造试车台的要求,并获部批准。1981年由三机部第四规划设计院设计了较为先进的涡喷6发动机和长空发动机悬挂式试车台,由于其结构原理与航发厂涡扇8发动机试车台相似,遂向362研究所推荐航发厂承接台架设备制造任务。

1982年1月14日,航发厂与362研究所鉴订委托任务书,台架主体工程的制造和安装,由航发厂机动科负责;土建、供电工程由南京市第二建筑公司负责。1984年2月,航发厂完成全套零件制造任务,运抵南京航空学院装配。同年12月,台架各系统调试完毕,发动机上台架热试车一次成功,性能达到设计要求,其测试数据精度和噪音治理均属航空发动机室内试车台的国内先进水平。

四、涡喷6、涡喷13发动机备件

涡喷6发动机是歼击机装用的主要机种,数量较大,在外场使用过程中,陆续发现一些产品质量问题,维修中亟需更换大量零组件。1978年8月17日,三机部为利用涡扇8发动机生产线,向航发厂和航空机械厂下达生产涡喷6发动机一级转子叶片、涡轮轴、火焰筒备件任务。

1979年,航空机械厂为涡喷6发动机一级转子叶片备件生产另建1条生产线,场地面积500平方米,设备12台,工艺装备103种775套,定员40人。产品制造按沈阳发动机厂提供的设计图纸、技术文件进行。为了加速试制进程,由沈阳发动机厂提供合格毛坯2万片、F-61Φ28合格棒材300根,作高速锤试锻用。1979年8月,首批叶片试制成功,12月提交成都发动机厂200小时长期试车。1980年7月分别由沈阳发动机厂、成都发动机厂及其驻厂军代表对叶片进行鉴定后,同意成品出厂装机使用。1980~1981年底共生产叶片备件12434片。

航发厂承担涡喷6发动机涡轮轴的生产任务,共有零件3项、组件1项。1979年工厂根据沈阳发动机厂提供的涡轮轴产品设计图纸、技术文件投入生产试制。涡轮轴备件首批毛坯由黎阳发动机公司厂拨给,轴套、密封圈毛坯由沈阳发动机厂提供。1980年5月,航发厂生产的涡轮轴组件通过200小时长期试车。同年8月,三机部二局和空军航空工程部订货部批复同意批量生产。至1984年,累计生产涡轮轴707根。

与此同时,航发厂承担的火焰筒零件18项、组件5项的生产任务,也于1980年1月首批生产4台套火焰筒,并在成都发动机厂通过200小时工艺长期试车。同年5月,三机部二局、空军航空工程部订货部批复同意转入批量生产。至1984年,累计生产火焰筒整机692台套、散装件1710台套、涡流器19175只。

1982年10月,在黎阳发动机公司帮助下,航发厂承接涡喷13发动机备件的生产任务。备件包括加力燃油总管等6大组件78个图号计100套,以及长箍、箍段、箍套等小零件27个图号,共2万余件。该厂根据黎阳公司提供的产品设计图纸及技术文件组织生产。在制造中分别突破燃油总管焊接变形、直射小油孔钻孔精度等7个技术关键问题。1983年完成产值231.49万元,次年完成产值81.72万元。

五、发动机修理

1975年12月,航发厂承接北京民航局1台JT3D-7发动机的修理任务,主要是1号轴承损坏,进气机匣安装边局部断裂,风扇机匣前安装边局部变形等。因是第一次修理国外发动机,由设计科编制了修理技术要求,车间工艺室编制了翻修工艺,配制了部分英制专用工具,根据故障部位,局部分解、更换了由民航提供的备件、进气机匣、风扇机匣和1号石墨封严环等。经过台架试车,性能符合技术要求,于1976年4月20日油封,同年5月出厂交付民航装在波音2408号飞机使用,性能质量均符合要求。

1975~1979年,工厂共为中国民航检修JT3D-7发动机4台,交付后投入航线使用。同时还为中国民航修理JT3D-7发动机的火焰筒、齿轮箱和对一级风扇叶片进行超声波检验,得到中国民航的好评。

六、露天标准试车台

航发厂的大场试车台,原系运10飞机反推力装置露天试车台,于1974年6月由上海电动工具厂筹建,1982年12月基本竣工。当时,随着国内自行研制的航空发动机日益增多,迫切需要标准试车台对新研制发动机进行海平面性能标定,为设计定型提供科学依据。由于具有优越的地理、台架、气动条件,航空部决定将其改建为露天标准试车台。在航空部第四规划设计院和计量测试研究所的协作下,该厂经过1年零2个月的努力,完成了改建任务。该台采用微机系统自动采集数据和数据处理程序,提高了采集数据的精度和速度;编制多元回归计算机程序,确保发动机性能标定中数据处理的科学性。经多次对比试车验证,表明台架及测试系统工作稳定,重复性良好,仪表精度已满足涡喷和涡扇发动机性能标定的要求。1983年11月1~3日,航空部在上海召开鉴定会通过鉴定。1983年12月28日,国防科工委正式命名为“上海航空发动机露天标准试车台”,并认定:航空发动机露天标准试车台的建成,填补了国内航空发动机试验设备的空白。

露天标准试车台通过国家鉴定后,从1984年3月起,曾先后为国产涡喷13、苏制P-13、国产FW-41等多种型号发动机进行性能标定试车。结果表明,具有良好的发动机性能标定条件,解决了多种型号发动机悬而未决的推力性能争议,结束了几十年来依靠国外发动机传递推力的状态。1986年3月25日,该台的航空发动机海平面性能标定项目获上海市1985年度科技进步二等奖。

英国鬼怪的孪生心脏 “涡扇9”



“外来的和尚好念经”,和倒霉的涡扇-6不同,“斯贝”MK202是我国计划在70-80年代多种军机上使用的配套动力。这种来自英国著名的罗尔斯•罗伊斯公司的航发在当时空军提高战力的指望,"斯贝MK202"曾装在当时世界最先进的战斗机F-4K上。



由于种种原因,特别是其计划配套的多种机型先后下马,“斯贝”MK202来华之后的仿制工作并不顺利,这使得最后其唯一真正的配套机型歼轰7于1998年服役时,厂家还需要通过翻修仓库中引进多年的50台原装“斯贝”来保证首批“飞豹”部队能够正常接装飞机。



1972年,中国与英国接触 讨论引进其“斯贝”MK511型民用涡扇发动机的可能,并计划在这基础上发展自己的军用型涡扇发动机。1974年,英方出人意料的主动提出向中国提供“斯贝”MK511型的军用型“斯贝”MK202型发动机的生产许可证,这无疑是一个意外的惊喜。1975年12月13日,中、英双方签订了“斯贝”MK202型发动机的引进合同,中国可以按许可证在国内生产组装该型发动机。

“斯贝”MK202引进后,由西安航空发动机厂负责试制生产,国内称其为涡扇-9发动机。由于种种原因,涡扇-9一直没有完全实现国产化。



涡扇9这个项目从1975年正式签订“斯贝MK202”的生产合同开始。直到2003年7月17日,全国产化版的涡扇-9才通过国产化工程技术鉴定,获准投入批量生产。实现全国产的涡扇-9被命名为“秦岭”。

传闻烧钱上千亿的涡扇10



涡扇10航发。也叫“太行” 1978年预研,1987年立项,2005年12月28日完成设计定型审查考核,历时18年。太行发动机是中国首个具有自主知识产权的高性能、大推力、加力式涡轮风扇发动机,它结束了国产先进涡扇发动机的空白。太行发动机由中国航空研究院606所研制,是国产第三代大型军用航空涡轮风扇发动机。采用大推力涵比及全自动数字化控制系统,推力达到12000KGF 。目前主要用于装备中国第三代高性能歼-10战斗机和歼-11B战斗机 。现在已经大批量地装上了歼10B、歼11B。



1986年。606人在经历涡扇6的下马这个巨大的打击后。抹抹眼泪站起来继续搞我们自己知识产权的大推力航发。涡扇10立项后就开始了核心机的改进工作,1987年,开始进入验证机研制阶段,1993年完成。



1992年10月验证机在086号飞行台上开始试验,97年开始型号研制(飞行前试验阶段),考虑将其作为歼11和歼10两种战机的动力,并申请了一架苏27作为试飞平台。可以说,这是一个极具风险的选择,我国的两种主力战斗机动力的宝都压在太行发动机的身上,一旦失败,对我国的国防和发动机发展都将造成无法弥补的损失。2000年624所高空试验台具有了大推力发动机的试验能力,随后开始型号的高空台试验,型号装机首飞是在2001年7月,



2002年6月装单台太行发动机的苏27试飞台进行了首飞,取得阶段性成果,2003年12月装两台WS10A的歼11A首飞,03-04年间WS10A开始试装歼10战斗机。2005年5月11日开始定型持久试车,2005年11月10日通过长久初始寿命试车,05年12月28日完成定型审查考核。WS10A的涡轮前温度已从原有WS10的1710K提高到1747K,推重比也由原来的7.14提高到7.5左右,推力也由122KN提高到132KN,达到了90年代的世界先进水平。历经20年研制出来的太行发动机,在中国当时的经济环境和技术环境下是非常不容易的,但是仍然存在可靠性问题,需要不断改进。目前太行已经大量装在我国自产的J11和J10型战机上使用。

全自研的涡扇20 技术很先进



涡扇-20(WS-20),是一款推力范围为13000至16000千克力(kgf)的大涵道比涡扇发动机。这款发动机是以“太行”发动机为核心机,中国自行研制的大涵道比涡扇发动机,该发动机将主要用于运-20大型运输机,未来,还可作为大型客机、新型双发中型运输机、飞翼布局远程隐身轰炸机和第二代远程反潜巡逻机的主要动力。



近日,中国试飞院一架伊尔75试飞照片曝光,该机左翼内侧安装了一台新型大涵道比涡扇发动机,疑似就是国产大型运输机运20的“中国心”WS-20发动机。这是该型发动机首次亮相。

该发动机短舱短粗,外形类似于美国CFM56-7发动机和GE90发动机。被认为就是国内以WS-10“太行”发动机为基础研制的WS-20大涵道比涡扇发动机。该发动机未来计划用于运20运输机。其变体还可能作为国产大型客机、远程轰炸机等型号的主要动力。

如果WS-20发动机确认进入飞行测试阶段,那么它有可能在未来5至10年内投入使用。这样运20才可以摆脱目前试飞时由于无合适国产发动机而不得不使用俄罗斯伊尔76同型的D30发动机的窘境。



资料图:中国试飞院的伊尔76发动机测试平台 如果WS-20发动机确认进入飞行测试阶段,那么它有可能在未来5至10年内投入使用。这样运20才可以摆脱目前试飞时由于无合适国产发动机而不得不使用俄罗斯伊尔76同型的D30发动机的窘境。



资料图:试飞中的运20,因为“国产心”的问题尚未解决,使用了俄制D30涡扇发动机

俄罗斯伊尔76的D30发动机属于冷战时代的设计,至今各项性能早已落后。但D30是中国军方目前能够采购得到的最好的大型机用涡扇发动机。D30被中国军方用于运20原型机和轰6K轰炸机上,未来假如国际关系有变,发动机的供应或无法确保,这是中国军方所最不愿看到的情况



据外国媒体推测,这种大涵道比涡扇发动机已经进入飞行试飞阶段,将在未来5至7年内投入使用。至此,我国成为继美、英、法、俄之后第五个能够独立研制大涵道比高性能涡扇发动机的国家,该型发动机不仅填补了我国航空发动机领域的一项重要空白,更是作为我国航空发动机发展道路上具有里程碑意义的一件大事,可以说,迈过这道坎,中国航空发动机将正式进入发展的“快车道”。

涡扇20意义重大 成未来国产特种军机大心脏



LEAP-X发动机(资料图)

C919的发动机,采用美法合资的CFM国际公司的LEAP-X,先进归先进,却无法用于军机。很多人由此对自主知识产权的C919的“参军”前景表示怀疑。





长江-1000A发动机

不过,这“心脏”已经有了更好的选择。

有分析人士认为,这就是中国以涡扇-10“太行”为核心机自研的涡扇-20发动机,主要用于运-20。

根据加拿大《汉和防务评论》推测,涡扇-20推力为13—14吨,采用全权限数字控制(FADEC)技术。如果总重200吨的运-20上用了四台涡扇-20,那么80吨级的C919改用2台涡扇-20,动力足够用了。



疑似就是国产大型运输机运-20的“中国心”WS-20(涡扇-20)发动机。这是该型发动机少数的几次亮相。

据外媒推测,涡扇-20将在未来5至7年内投入使用,令中国成为继美、苏、英、法后第五个独立研制大涵道比高性能涡扇发动机的国家。

此外,在2012年珠海航展上,展出了国产长江-1000A发动机,据称用于C919。不过与涡扇-20相比,此款发动机的进展尚不明朗。

停车险情不断 发展不易的涡扇11

1986 年,南方航空动力公司开始以乌克兰 AI-222-25 型涡扇发动机为蓝本进行测绘仿制,新型号发动机被命名为 WS-11(涡扇-11)。1992 年 8 月 WS-11 开始研制,1995 年点火,1998 年 10 月 26 日首次装上 K-8 型飞机首飞,2001 年 10 月 WS-11 定型试飞结束并小批量交付,经过一段曲折的使用、试验历程后,WS-11 于 2002 年 3 月正式定型。中国自用的 K-8 早期被称呼为教练-8(JL-8,不称呼教-8)后来由于 WS-11 发动机研制成功,并装备该机,使用 WS-11 发动机的教练-8 编号又统一变更为练-11(L-11)。



涡扇-11的研制成功,还填补了我国小推力涡扇发动机的空白,为JL-10“猎鹰”引进的AI-225-25F发动机(正是AI-25的深度改进型)的国产化,以及自行研制新一代小推力涡扇发动机(“岷山”系列)打下了基础。



自用型教练8起初使用的是从乌克兰AI-25发动机,后改用国产型涡扇11,使用涡扇-11的JL-8有时也被称作练11。值得一提的是,在L-11和涡扇-11的定型试飞中,均出现空中停车险情,足见涡扇-11发展不易。2002年定型的涡扇-11也是我国第一种投入批量生产的涡扇发动机。

未来中国运输机的动力”涡扇18“



据报道,涡扇-18(WS-18)发动机主要仿制于俄罗斯D-30KP-2发动机。D-30KP-2是俄罗斯索洛维耶夫设计局(现称彼尔姆航空发动机科研生产联合体)研制的涡轮风扇发动机,其最大推力为12.5吨,涵道比2.42:1,翻修寿命3000小时。D-30KP是前苏联时期研制的第一种大涵道比高性能涡轮风扇发动机,特点是推力大、耗油率低、性能可靠。目前,中国空军伊尔-76运输机和轰-6K型轰炸机装备的均是俄制D-30KP-2型发动机



WS-18各方面的性能应该和CFM-56相近,重量为2000公斤,耗油量比苏制D30航发低20%。这样,在载油量不变的情况下,国产军用大运的航程要比伊尔-76大很多。WS-18发动机单台推力117.6千牛,带有蚌壳式反推力装置。最终运-20运输机的配套发动机将是涡扇-20(WS-20)发动机,单台推力160千牛左右。图为伊尔76装备的D30发动机。

从核心机开始 第一个纯自研型号涡扇15

涡扇15是第四代隐形战斗机歼20的目标动力装置,是我国第一个从核心机开始就完全自主研制的涡扇发动机型号,其能否顺利研制成功,决定了歼-20未来服役的早晚和性能的高低。目前,涡扇-15已经进入地面长时试车阶段,如果一切顺利,距离在空中试车台上的空中试验也为期不远了。



传WS15于2014年完成验证机

由于航空发动机技术的落后和巨大差距,中国自行研制的军用和民用飞机长期受到发动机能力薄弱的困扰。目前,中国通过“两机专项”(即国家航空发动机和燃气轮机“两机”科技重大专项)投入巨资力图改变过去的窘境。航空发动机和燃气轮机“两机”科技重大专项已经顺利成为国家第20个重大技术专项,与空天飞机和高超音速飞行器专项一起成为国家航空航天领域的重要突破聚焦。目前,中国航空发动机发展已经进入快车道,一系列新型发动机项目正在进入关键攻关阶段。业内人士预计,航空发动机重大专项的投资规模有望达到1000亿元的水平,其投资周期可能缩短至10年以内,值得投资者重点关注。

发动机路线图显示赶超国际水平

中国航空发动机的发展一直牵动着国人的心,由于航空发动机技术的落后和巨大差距,中国自行研制的军用和民用飞机长期受到发动机能力薄弱的困扰,成为限制中国发展航空事业的最大技术障碍,到目前为止,除少量军机和民机使用国产发动机外,中国发展的重点军机,如歼-10系列战斗机、718工程验证机等均采用国外发动机,这种受制于人的状况既影响国家安全也非大国产业发展所能忽视。

此前有媒体报道,由中航工业成飞民机研制的C型919大客机机头在四川成都举行下线仪式。据悉C919机头的构造最为复杂,要把约4000项零件,组成178个小组件,然后拼接成40余个大组件,最后形成上下部再合拢。首架机头部件成功下线,这也为后续机头部件积累了经验。

目前,中国通过“两机专项”(即国家航空发动机和燃气轮机“两机”科技重大专项)投入巨资力图改变过去的窘境。航空发动机和燃气轮机“两机”科技重大专项已经顺利成为国家第20个重大技术专项,与空天飞机和高超音速飞行器专项一起成为国家航空航天领域的重要突破聚焦。

北京航空航天大学在其官方网站上披露了我们航空发动机发展路线图,展示了中国航空发动机发展的最新情况,内容让人颇感震惊和意外。我国“两机专项”将航空发动机发展分为聚焦突破、支撑变革和学科创新三个部分,聚焦突破主要是国家重点军用两用发动机项目的研制,支撑变革是对现有发动机进行改进,学科创新是探索和预研新一代发动机项目,从图中我们可以发现我国发动机进度表:涡扇-15发动机将于2014年完成验证机;涡扇-10改发动机将于2015年首飞;长江-1000A发动机将于2016年首飞;空天发动机将于2016年挂飞;推比15一级的第五代发动机将于2016年完成核心机。



资料图:歼-20的2013号原型机在成都飞机制造厂首飞成功,该机是歼-20的第五架原型机

中国航空发动机发展已经进入快车道,一系列新型发动机项目正在进入关键攻关阶段。据境外媒体报道,WS-20发动机已随运-20飞机试飞升空,推比达到9以上的新一代中推发动机即将获得立项研制,推比为10一级的WS-15第四代发动机正在进行上机试飞前的准备工作,推比为12一级的改进型四代军用发动机已经进入预先研究。推比为8.5一级的改进型“太行发动机”将于未来几年试飞。为新一代远程隐身无人机、无人隐身攻击机、长航时无人机和有人驾驶远程隐身轰炸机研制的新型系列无加力发动机已经进入攻坚阶段。功重比1200千瓦级、1500千瓦级、2000千瓦级和5000千瓦级的WZ-9改、WZ-16、WZ-10和WZ-20三款重点涡轴发动机项目进展顺利。下一代先进涡轴发动机、下一代先进中推和推比15一级的第五代大推正在进行探索,其中推比15一级的第五代发动机将于2016年上马核心机。

千亿发动机市场待挖掘

目前,航空发动机和燃气轮机“两机”科技重大专项已经顺利成为国家第20个重大技术专项,与空天飞机和高超音速飞行器专项一起成为国家航空航天领域的重要突破聚焦,其中航空发动机的投入引发了市场的重点关注。

业内人士预计,航空发动机重大专项的投资规模有望达到1000亿元的水平,其投资周期可能缩短至10年以内。相对于其他重大专项的20年左右周期,投资强度大幅提高。据外媒报道,在未来20年的时间里,中国最终将在发动机领域投入多达3000亿美元。据估计,普惠公司为F-35战机研制F135发动机共投入了约84亿美元。由此可见,发动机研发工作的投资规模较大。



光大证券(601788,股吧)在其报告中也指出,基于中国的“大飞机”项目,预计到2020年,中国需要购买2000架大飞机,需要6000台发动机,将产生300多亿美元的市场需求;未来我国低空空域如果开放,通用航空将快速发展直升机,我国军机、大飞机及直升机的航空发动机合计每年的平均市场规模约为50亿美元。根据相关预测,中国航空运输量目前以每年8%的速度增长,我国将在20年内成为全球飞机和发动机市场的最大买家。到2026年,中国的飞机需求总量接近3000架,由此有望带动航空发动机市场需求总量达到6500台,总价值约为650亿美元。

分析人士指出,目前,中国正在进行若干个以航空发动机为主的基础科学研究项目和基础科研基地建设,这些项目从材料、科研规划、科研设备、试验手段入手,为国家“两机专项”的顺利发展保驾护航。参照美国的IHPTET计划和VAATE计划,预计中国“两机专项”将重点围绕核心机独立研制、加强预研、产品系列化方面提出要求。一国经济实力与军工实力在发展上通常存在着大约20年到30年左右的时差。所以在30年经济快速发展之后,中国加大对航空发动机的研制力度也就不足为奇。如无意外,这样的投资规模应可持续二、三十年或更长。
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