手机版|商飞网站群|企业邮箱|供应商|求职者|同业者|传媒者
ENGLISH

航空史话

始于山寨,盛于革新——中国航空发动机发扬历程回顾

时间:2018年10月17日 17:50   来源:微信@航空制造网
视力保护色:
【字号

  航空发动机是飞机的心脏,是飞机性能的决定因素之一。由于战斗机发动机要在高温?高压?高转速和高负荷的环境中长期反复地工作,而且还请求具有重量轻?体积小?推力大?使用安全可靠及经济性好等特点,因此,此刻世界上真正具备独立研制发动机的国家只有美?俄?英?法?中等少数几个。中国航空发动机的研制是在新中国成立后一片空白的基础上发扬起来的,从最初的仿制?改进?改型到今天可以独立设计制造高性能航空发动机,走过了一条布满荆棘的发扬道路。今天就跟随小编的步伐来回顾一下中国航空发动机的发扬历程。

  

  照葫芦画的“三个瓢”

  涡喷5发动机是我国按照前苏联BK-1φ发动机的技艺资料仿制的第一种涡喷发动机,由沈阳航空发动机厂研制。涡喷5是一种离心式?单转子?带加力式航空发动机,单台最大推力为25.5千牛,加力推力为32.5千牛,重量为980千克,首要用于国产歼-5战斗机。涡喷5发动机大量使用了高强度材料和耐高温合金,加上喷管的加工工艺请求精度高,叶片型面复杂,加力燃烧室薄壁焊接等多项先进制造技艺,对我国当时的制造能力是一个考验。经过各方面的通力协作及努力,首批涡喷5发动机在1956年6月经过鉴定,开始投入批量生产,比原筹划提前了近一年多,为国产歼-5战斗机的顺遂投产起到了十分关键的作用。涡喷5发动机的研制成功,标志着中国航空发动机产业已从制造活塞式发动机时代发扬到了喷气式发动机的时代,成为了当时世界上为数不多的几个可以批量生产喷气式发动机的国家之一。

  

  图1. 涡喷5发动机

  

  图2. 涡喷5发动机

  涡喷6发动机是我国按照前苏联提供的PⅡ-9B型发动机技艺资料制造的一种加力式涡喷发动机,首要用于装备国产歼-6战斗机及稍后研制的强-5强击机。同涡喷5发动机相比,涡喷6在性能上有了很大的提高,由亚音速发扬到了超音速,压气机的结构也从离心式发扬为轴流式,其最大推力为25.5千牛,加力推力为31.8千牛,虽与涡喷5相差不大,但重量却减轻了23%,只有708千克,直径也缩短了48%,大大减少了飞机的迎风面积,适合歼-6超音速飞行。虽然涡喷6第一台发动机在1958年就已组装完成,但因为受到当时“大跃进”运动的影响,使得涡喷6发动机出现了一系列的质量问题,1959年3月交付的60台发动机持续暴露出严重的质量问题,使得当时全军的歼-6飞机几乎全部停飞。1960年,中央军委决定对沈阳航空发动机厂实行全面质量整顿,并对涡喷6发动机实行重新试制。1961年10月,重新试制的涡喷6发动机最终经过了全寿命试车查核,随即转入批量生产,当年即交付了72台,包管了歼-6飞机作战的请求。但由于涡喷6发动机是依据前苏联提供的发动机资料仿制的产品,因此也具有前苏联发动机所存在的一些缺陷。直到1970年,沈阳航空发动机厂才彻底处置了使用中所出现的各种问题,再一次提高了歼-6飞机作战的机动能力。而后又相继研制了涡喷6甲和涡喷6A/B三种型号。

  

  图3. 涡喷6发动机

  

  图4. 涡喷6发动机

  涡喷7发动机是按前苏联提供的P-Ⅱ-300发动机的技艺资料制造的,首要用于当时研制的2倍音速歼-7飞机。涡喷7发动机性能较涡喷6有了很大的提高,其最大推力为38.2千牛,加力推力达55.9千牛,分别比涡喷6提高了50%和77%,并且为轴流式双转子结构,带有6级低压气机和2级涡轮组成高压和低压两个转子。火焰筒采用气膜冷却式,加力燃烧室也作了改进,消除了涡喷6发动机高空加力点火不稳固的缺点。尾喷口的调节由自动装置控制,材料上使用了较多的新材料,像压气机和涡轮叶片分别采用了不锈钢和高温合金。无论在性能还是在结构上,涡喷7都较涡喷6复杂,对制造工艺的请求也更加严刻。1965年,涡喷7的研制工作全面展开,由于前期准备工作充足完备,试制工作发展顺遂,同年10月第一台发动机即装配完成。1966年12月经过技艺鉴定,开始批量生产。

  

  图5. 涡喷7发动机

  

  图6.涡喷7发动机

  1970年改由贵州航空发动机厂生产,后期贵州航空发动机厂对涡喷7发动机的技艺又实行了多项革新,大大提高了涡喷7发动机的性能及质量水平。而后伴随着歼-8飞机动力装置的需求,我国又成功研制了涡喷7甲型发动机,成功地实现了从单纯仿制生产到自行设计改型的转变。

  半路夭折的“一根草”

  1964年,我国开始了新一代歼击机和强击机的研制工作,即歼-9和强-6的研制筹划。为此,沈阳航空发动机设计科研所提议了双轴涡喷?单轴涡喷和涡扇三类共22个设计方案实行对比,经过筛选一致认为只有涡扇型可以满足这两种飞机的性能请求,遂将其命名为涡扇6型发动机。这是我国第一次设计大推力发动机,其设计为双轴内外涵混合加力式涡扇发动机,设计最大推力为70.6千牛,加力推力为121.5千牛,推重比为6。涡扇6于1964年10月开始实行初步设计,1966年完成了全部图纸设计。1966年初开始由沈阳航空发动机厂实行样机试制,1969年完成了2台试验机的制造工作。涡扇6的初步调试在1968年就已开始,整个调试工作包括运转试车?性能调试?持久试车?高空台及飞行台试验?国家定型试验等5局部。在5年多的运转调试期间,先后处置了压气机部件性能差和高压压气机喘振裕度小的问题?起动及中转速喘振等故障。1974年,发动机达到了100%转速,加入高转速运转试车。但此时又出现了高压转子振动大?高转速喘振和涡轮前温度超过设计值等问题。1979年11月,所出现的各种问题相继被处置,发动机实现了高转速长时间稳固运转。1980年,涡扇6开始加入性能摸底试验阶段,1981年实行了加力燃烧室试验,发动机加力推力达到了123.5千牛,达到了加力状态的设计性能。1973年,由于歼-9飞机的设计指标实行了修改,性能有了进一步的提高(达到了双2.5,即升限2.5万米,速度2.5马赫),加之为满足1976年上马的歼-13飞机的研制需要,1980年又拟定了对涡扇6发动机的改型方案,即涡扇6G。改进工作首要是在保持原发动机外形尺寸不变的情况下,将发动机的最大推力增补到138.2千牛,最大推力提高到83.3千牛,推重比提高到7。1982年2月,首台涡扇6G实行了地面试验,实测其最大推力和加力推力均达到预期指标,可以实行实机飞行试验,为其进一步发扬铺平了道路。然而,在80代初期,由于空军装备体制产生变化,歼-9和强-6飞机筹划相继下马,作为其配套动力的涡扇6也失去了使用对象。1983年7月,涡扇6发动机的研制工作全部中止,1984年初,研制筹划被正式取消.

  

  图7.涡扇6发动机

  自主研发的“三块宝”

  涡喷13系列发动机的研制使我国结束了不能研制生产高性能涡喷发动机的历史,虽然其性能及技艺还不是特别先进,但却是我国从仿制改型向自行设计制造的重要转变。加入80年代后,我国的航空发动机研制能力已具备了一定的实力,而这个时期也是我国新型歼-8Ⅱ和歼-7Ⅲ飞机研制的关键时刻。由于飞机性能请求的提高,必须要有一种新的发动机作为这两种飞机的动力装置,因此涡喷13“受命而生”。涡喷13发动机在结构上对压气机实行了大幅度改进,使得喘振裕度明显提高,低压转子加了轴间轴承,振动小,压气机转子盘和叶片大量使用了钛合金,既减轻了重量又提高了叶片的工作强度。此外,还增补了较为先进的发动机控制装置,提高了发动机的控制性能?可靠性和稳固性。发动机的推力也提高到了43.1千牛,加力推力则达到了64.7千牛,分别比涡喷7提高了50%和15%,发动机的翻修间隔也达到了350小时。涡喷13发动机的研制工作从1978年开始全面展开,1980年,首批3台发动机开始实行调试试车,到1984年先后完成了可靠性试车,1985年开始装机试飞,满足了歼-8Ⅱ飞机的研制进度。80年代末,经过改进的涡喷13A发动机也开始了研制,改进的首要方向放到提高性能及可靠性上,并采纳了多项办法。改进后的发动机前涡轮温度提高了50度,发动机的加力推力提高到了64.7千牛。多项试验表明,涡喷13A发动机的匹配性好,工作稳固,可靠性有了明显的改善。1991年,涡喷13A开始加入批量生产,成为量产歼-8Ⅱ的改型机歼-8B的标配动力。后又相继研制了涡喷13F发动机?涡喷13FⅠ型发动机以及涡喷13AⅡ和涡喷13B等型号。值得一提的是涡喷13B发动机,该发动机的各方面性能都是涡喷13系列中性能最好的,首要是在压气机?机匣?涡轮叶片及加力燃烧室上作了重大的改进,发动机的加力推力提高到了68.6千牛,耗油率则下降了2.5%,达到了当初的设计目标。

  

  图8. 涡喷13发动机

  “昆仑”发动机是我国第一种完全自行设计?研制的国产涡喷发动机,具有完全的“自主常识产权”,其所使用的技艺?材料?工艺等完全立足国内。“昆仑”发动机的研制有几分偶然因素在内,最终能有今天的这个结果非常不易。1984年,上级下达了研制“昆仑”发动机验证机的使命。1987年正式立项,开始加入原型机的研制阶段。而此时恰逢我国颁布了“全新的发动机通用标准”,上级请求“昆仑”发动机的研制要全面贯彻新的国军标,这使“昆仑”发动机研制进度大大拖慢。“昆仑”发动机的地面试车过程中曾先后出现过高压涡轮叶片折断?高压压气机和低压压气机叶片断裂?发动机管路渗漏油?空中润滑油消耗量过大?舱壁温度过高等问题,而在装机试飞中又出现了局部加力脉冲?加力点火成功率低?高空大速度喘振停车?高空小速度切断加力停车等各种重大技艺问题。企业技艺人员经过近一年多的攻关,将出现的所有技艺问题都圆满处置了,研制工作也顺遂加入了最后阶段,最后在2001年12月经过了国家测试,于2002年正式设计定型,历经18年的时间。后来,我国又先后推出“昆仑”Ⅰ?“昆仑”Ⅱ型发动机。尤其是“昆仑”Ⅱ型发动机,其最大推力和加力推力分别比“昆仑”型发动机提高到了53.9千牛和76.4千牛,最大推力和加力推力时的耗油率则下降到0.093千克/牛"小时和0.18千克/牛"小时,推重比为7。由于“昆仑”Ⅱ型发动机的安装方式和外形尺寸与我国大量在役的涡喷7?涡喷13系列发动机根本相同,具有很好的互换性,因此可以很方便地安装到现役各型歼-7?歼-8飞机上,从而使这两种飞机的性能有了一个跨越式的提高,极大地提高了我海空军航空兵的空中作战能力。

  

  图10. “昆仑”发动机

  “斯贝”MK202引进后,由西安航空发动机厂承担试制生产,国内称其为涡扇9发动机。随着歼-7飞机研制生产的顺遂实行,当初引进的数十台“斯贝”MK202也被用到了第一批生产的飞机上。随后,为满足歼-7未来生产改型的需要,西安航空发动机(集团)有限企业在90年代初期又开始实行涡扇9的全面国产化工作。1995年11月,局部国产化的涡扇9发动机顺遂完成150小时试车,但此时涡扇9的国产化率只达到了70%,仍有一局部设备不能生产。因此在1999年下半年,涡扇9发动机全面国产化工作发动,西航集团企业先后霸占了精铸(锻)无余空心量叶片?数字式电子控制系统等一系列技艺难关,于2000年底一次成功点火发动;随即开始的150小时工艺试车于2001年初圆满结束,试车检验结果表明各项性能及技艺指标均达到试车验收准则,国产化的涡扇9发动机被重新命名为“秦岭”发动机。2002年6月1日上午,凝聚着西航航空人无数心血和汗水的“秦岭”发动机首飞成功,而后又经过几十个架次的科目飞行,表明该发动机的性能和稳固性均达到预定请求。2003年7月,“秦岭”发动机国产化工程在西安经过技艺鉴定,从而结束了我国国产涡扇发动机装备上的空白。

  

  图11. “秦岭”发动机

  锋芒待露的“一把刀”

  20世纪80年代初期,中国航空科研院因70年代上马的歼9?歼13等名目的纷纷下马,与之配套的研发长达20年的涡扇6系列发动机也因无装配对象被迫下马,于是中国在战斗机动力方面与世界发达国家的差距拉到20年以上。面对中国航空界的严峻局面,国家于80年代中期决定发扬涡扇10系列发动机。依据装配对象的不同,涡扇10系列有涡扇10?涡扇10A?涡扇10B?涡扇10C?涡扇10D等型号,其中涡扇10A是专门为中国赶超世界先进水平而上马的新歼配套的。中国为加快发扬涡扇10系列发动机,采纳两条腿走路方针:一是引进国外成熟的核心机技艺。中美关系改善的80年代,中国从美国进口了与F100同级的航改陆用燃汽轮机,这是涡扇10A核心机的重要技艺来源之一;二是自研改进。中国充分运用当时正在实行的高推预研局部成果(如1992年试车成功的中推核心机技艺,性能请求全面超过F404),对引进的核心机加以改进,使核心机技艺与美国原型机产生了较大变化,性能大为增强。涡扇10/10A是一种采用3级风扇,9级整流,1级高压,1级低压共12级,单级高效高功高低压涡轮,即所谓3+9+1+1结构的大推力高推重比低涵道比先进发动机。该发动机在研制时成功地采用了跨音速风扇;气冷高温叶片,电子束焊整体风扇转子,钛合金精铸中介机匣;挤压油膜轴承,刷式密封,高能点火电嘴以及整机单元体设计等先进技艺。其中涡轮叶片采用定向凝固高温合金先进材料,以及采纳了对流?前缘撞击加气膜“三合一”的多孔回流复合冷却的先进技艺,使涡轮叶片的冷却效果提高了2倍。涡扇10的涡轮叶片虽然是定向结晶的DZ125,但采用了我国独创的低偏析技艺,其综合性能可以和第一代的单晶高温合金媲美。但同样存在不足,最大缺点是涡轮叶片有中空局部,某些部位壁薄,在凝固时柱状界面之间容易产生裂缝,使得制造上受到限制。但总体来说,涡扇10A的性能参数在国内还是首屈一指,这也使得中国航空动力事业达到了发达国家80年代中期水平,在中国航空发动机发扬史上具有里程碑式的重要意义

  

  图12.涡扇10系列发动机

  展望未来

  昔时我国航空发动机根本上只能靠仿制,这里面既有技艺发扬初期没有技艺积累的困难在,也有投入少,资金难的问题。但是路是一步一步走出来的,随着歼20、运20的上马,对应的配套发动机也相继展开了研制。在这一类型的发动机里,所请求达到的性能都是世界一流水平的,大家可以说是没有可以仿制的对象,如果一定要说有,那么也是别的国家最顶尖的产品,他们是不或许拿给大家来仿造的。就拿歼20所配套的涡扇15来说,作为第四代战斗机,其中一个重要的技艺指标就是超音速巡航,而此刻国际上所能达到准则的只有美国F22所使用的F-119发动机,即使俄罗斯的AL-41,此刻也仅仅是在研制阶段。欧洲的台风战斗机所使用的EJ-200发动机,也仅仅是特殊条件下可以勉强达成超音速巡航。

  近几十年来,大家忍受了各种外界的制约,从仿制到自行研制,笔者认为,正是国外的封锁让大家有了前进的动力。大家仿制了几十年,现在大家有了技艺累计,国家强大带来的资金充裕,各方面因素,让大家有了从蹒跚学步到助跑前进的大进步。当这些关键性技艺得到突破后,我相信之后一连串的跨越式发扬和连锁反应,将会在军工领域带来一波新的涟漪。

打印页面

办事导航

眷注大家:

政府机构
  • 科学技艺部
  • 产业和信息化部
  • 民用航空局
股东网站
  • 国务院国资委
  • 上海国盛(集团)...
  • 中国航空产业集团企业
  • 中国铝业集团有限企业
  • 中国宝武集团
  • 中国中化集团企业
航空企业
    中国国际航空企业 中国东方航空企业 中国南方航空企业 快乐航空企业 海航集团 河北航空企业 四川航空企业 厦门航空企业 山东航空企业 上海航空企业 空客中国 波音中国 波音企业 空客企业 庞巴迪 巴西航空产业企业 美国通用电气 美国罗克韦尔... 美国派克企业 法国利渤海尔企业 美国霍尼韦尔企业 法国萨基姆企业 美国凯德企业 美国古德里奇企业 美国伊顿企业 奥地利费舍先... 美国Air Cruis... 美国B/E企业 法国西柯玛航... 美国罗斯蒙特企业 瑞士振动测量... 加拿大CEA企业 英国美捷特企业 美国普惠发动... 法国泰雷兹企业 英国罗尔斯罗... CFM国际企业 法国赛峰企业
参股企业
  • 中俄国际商用飞机...
  • 成都航空有限企业
  • 浦银金融租赁企业
媒体链接
  • 民机网
  • 新华民航
  • 人民网-科学技术频道
  • 中国航空资讯网
  • 中国航空报
  • 中国经济网航空频道
  • 环球网航空频道
  • 凤凰网航空频道
  • 民航资源网
  • 《中国民用航空》杂志
  • 新浪航空
  • 航空传媒
澳门新葡亰xpj9601 版权所有 沪娱乐平台12042517号
地址:上海市浦东新区世博大道1919号 邮编:200126 电话:86-021-20888888 传真:86-021-68882919

沪游戏平台 31011502002390号

XML 地图 | Sitemap 地图