斯贝发动机传奇

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freemind
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Re: 斯贝发动机传奇

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2017-11-22 20:12 来源: 航空之家



CFM56-2为CFM56族发动机中第1种系列,它的核心机直接由B-1轰炸机的F101核心机衍生发展而来,因而具有较好的技术基础。F101的核心机还被F110引用,同时还成为F404的核心机的基础。

法国SNECMA公司为法国的下一代战斗机“阵风”(Rafale)发展的 M88发动机,其核心机也采用了F101的技术作为其基础。SNECMA曾计划在 M88的基础上发展一种民用的高涵道比涡轮风扇发动机CFM88。CFM88的核心机也采用了类似F101的核心机。

CFM56-2发动机是为了当时的DC-8飞机要换装经济性好、噪声低的高涵道比涡轮风扇发动机而研制的。DC-8飞机原来装用小涵道比涡扇发动机JT3D。JT3D发动机系列中最后1个型号JT3D7A的推力为84.5kN,为此,CFM562的推力级定为89kN。

DC-8换装CFM562发动机后,飞机性能得到较大的提高。表2列出换装 CFM56-2发动机的三种型号 DC-8飞机性能提高的情况。

表2、三型 DC 8飞机换装CFM56 2发动机后性能变化情况



换装CFM56-2发动机后,DC-8飞机性能得到大幅度提高的主要原因在于 CFM56-2的循环参数比JT3D高许多。

例如,涵道比CFM56-2为6,而JT3D仅为1.4,涵道比高,使推进效率提高较多;总增压比前者为31.3,后者为16,总增压比高,使发动机的热效率增加;另外,CFM56-2的涡轮转子前的燃气温度为1588K,而JT3D的涡轮前燃气温度仅为1158K,使 CFM56-2的性能又获得较好的效果。

由此,使CFM56-2的耗油率在巡航状态下比JT3D的低20%(图5);另外,大涵道比的涡扇发动机的噪声也明显低于小涵道比的涡扇发动机。



图5、CFM56 2与小涵道比涡轮风扇发动机耗油率的比较

用于DC-8换装发动机的 CFM56发动机命名为 CFM56 2C,是 CFM56家族中第1个型号,研制工作始于1971年11月,早于CFMI公司成立前两年多,由于核心部分采用了F101的核心部分,研制工作进展较为顺利。

第1台发动机于1974年6月底上台架试车,1979年11月以10.8kN推力获得适航证,并被美国三角航空公司、联合航空公司、飞虎航空公司选用为换装 DC-8的发动机。装在波音707改装的飞行试车台上的试飞工作完成于 1980年。

DC 8 70系列飞机于1982年4月投入航线使用。截至1982年9月,共生产了用于试验的动机35台;在4种不同的飞机上进行过3500h的飞行试验,包括飞行试验在内共进行了32100h、34362循环的整机试验;并生产、交付了529台发动机。后来,DC-8-71、-72、-73分别命名为 DC8-Super71、DC8-Super72、DC8-Super73。



由于DC-8系列飞机换装CFM56后取得较为明显的效益,因此美国空军决定将它所用的、由波音公司生产的空中加油机KC-135、C-135FR、KE-3和预警机E-3换装CFM562发动机;美国海军也将它的E 6预警机换装CFM56-2发动机。这种换装到上述军用飞机上的发动机被命名为CFM56 -2A、-2B,美国军方命名为F108-CF-100。

2.2 CFM56-2系列发动机性能参数

CFM56-2系列中,有用于 DC8-Super70系列飞机的-2-C1、-2-C2,用于 E-3、E-8B、KE-3、E-6的-2A-2,用于KC-135R、C-135FR的-2-B1等型发动机,表3列出了它们的主要参数。

表3、CFM56-2系列各型发动机主要参数



2.3 总体结构

CFM56 2发动机(见图6)由单级风扇加3级增压压气机(或称低压压气机)、9级高压压气机、短环形燃烧室、单级高压涡轮与4级低压涡轮组成。



图6、CFM56-2发动机结构图

CFM56-2发动机总体结构紧凑,低压和高压转子共用5个轴承支承,其中有1个中介轴承,低压转子支承方案为0-2-1,高压转子支承方案为1-0-1,高压后轴通过中介轴承(4号)支承于低压涡轮轴上;

前面3个轴承装在中介机匣上,共用1个滑油腔;后面2个轴承支承于涡轮后轴承机匣中,共用1个滑油腔。CFM56-2总体结构设计概括起来是:2个转子、 5个支点(其中1个中介支点)、 2个承力框架(中介机匣、涡轮后轴承机匣)、 2个滑油腔。图7出示了它们的简图。CFM56-3、-5、-7等系列采用了同一种总体结构设计。



图7、CFM56系列发动机转子支承简图

CFM56总体结构继承了F101发动机的布局,其中引人注目的是高压涡轮后轴通过中介支点支承于低压轴上,这样使承力框架、滑油腔可以少一个,大大简化了总体布局。

例如,JT9D-7R4发动机共有4个支点(低压转子支承方案为0-1-1,高压转子支承方案为1-1-0),但却有3个承力框架;而CFM56有5个支点,却仅有2个承力框架。图8(a)、(b)分别示出了这两种布局的比较。





图8、JT9D 7R4与CFM56转子支承方案的比较

由于高压涡轮后轴通过中介支点支承于低压轴上的设计能使发动机总体布局简单,因此,由F101发动机衍生的各种发动机,例如F110、F404、M88和 CFM56均采用了这种布局。苏联设计的一些发动机也采用了这种布局,例如 HK-8、PД-33和 AЛ-31Ф等。

在普惠公司的发动机设计中,传统的做法是将高压涡轮处的轴承置于高压涡轮盘前,通过燃烧室机匣将负荷外传,如图8(a)中JT9D-7R4的3号支点。在普惠公司早期的发动机JT3D、JT8D和JT9D,到 20 世纪80 年代发展的 PW2037、PW4000和 V2500,20 世纪 90 年代新发展的PW4084等民用发动机以及F100军用发动机,均采用了这一设计。

但是,它们在1995年推出的、为100座支线客机发展的、推力为75~102kN的 MTFE(小推力系列发动机)却改用了如CFM56中介支点的设计,如图9所示。该公司为第四代战斗机F 22研制的F119也采用了中介支点的设计,从这一点来看,也说明CFM56采用的支承方案是一种较好的方案。



图9、普惠公司的 MTFE发动机

高压涡轮后轴采用中介支点虽能使发动机总体布局简化,但是,在结构设计中也带来一些需注意的地方。

首先,是轴承的打滑问题。这是因为中介轴承的外环装在转速较高的高压转子上,内环装在转速较低的转子上,工作中会由于两者在不同的离心力作用下游隙会加大所致;解决的办法是精心选择轴承的原始游隙,保持架定位于外环,精心设计喷油方向等。

也可采用类似于 HK-8、RB-199发动机中的将轴承外环固定于低压转子上,内环固定于高压转子上的设计。另一问题是在三支点支承的低压转子中,它的联轴器不能采用常用的柔性联轴器,而要采用对加工提出较高要求的刚性联轴器。



在PД-33发动机中,低压转子采用了柔性联轴器,不得不将中介轴承置于低压涡轮后轴承同一轴向位置上(即两个轴承套装在同一平面内);但中介轴承的径向尺寸受到极大的限制,只能采用尺寸极小的轴承,使轴承的工作极为不利。

CFM56-2发动机如同其他新型发动机一样,采用了单元体结构设计。它共分为4个主单元体,即风扇、核心机、低压涡轮和附件传动装置,如图10所示;4个主单元体又可分解为17个维修单元体(见图11)。



图10、CFM56系列发动机4个主单元体

CFM56 2与 GE公司原有的高涵道比涡扇发动机 CF6 50相比,结构简单、零件数目少,这也是先进发动机结构设计发展的趋势。表4列出这两型发动机结构设计中的一些数据比较。
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法国人在上世纪70年代,发动机技术很差,他们的产品就是单级涡喷发动机,推力,推重比,油耗都看不下去,比米格21发动机还差,但是他们看准了国际市场的需求,推出了10吨民航发动机项目,由于严重缺乏技术,他们只能和发动机三巨头合作:不是美国普惠,就是美国通用电气,或者英国罗罗。

法国当时技术上几乎一无是处,一无所有,要和美国合作,那就要美国拿出最新科技来,法国人运作的结果,美国通用电气公司GE同意合作,使用当时GE公司耗费巨资研发出来的军用战斗机核心机F101 ,配点合适的风扇和低压涡轮,将可以独霸市场,由于涉及绝密的军用发动机技术,最终法国总统亲自出面,和美国总统免谈,终于促成了这种事后称为的屌丝逆袭女神!

法国在当时,只有阿塔这种三流货的经验

法国人保证绝不偷F101的核心机技术,也不外传任何美国技术,合同写的很好,当然最大的亮点就是,立即让法国人亲身体会到高性能涡轮发动机的技术的点点滴滴,在合作中法国人做的都是低压和外围部件,含金量稍低,但是有强大的美国技术支持,法国人还是很快就开窍了!

在此之后,法国人立即照猫画虎,开始了自己的先进核心机研发技术,经过20年努力,法国人终于开发成功了推重比为9,双轴涡扇发动机M88,使得法国发动机从此摆脱了推力不足的恶名!

法国人在接触到F101之后,后来又引进GE的F404发动机技术,最终打造了M88发动机

法国和美国合作开发发动机,美国人流失了不少技术,拉起了法国贫弱的航空发动机工业,但是美国人也并非毫无所得,CFM国际公司,法国人承担了一半的开发费用,美国人省了一半的银子,而且法国工人把消费品当成艺术品干的优秀特质,使得发动机部件质量很高,也额外降低了美国人的成本。

CFM56发动机从1974年开始研制,到了80年代,直接承包了波音737-300,400,500的发动机,由于超高可靠性,外加省油,容易维修,立即就让普惠公司的JT8D发动机名声扫地,无处容身,而这种10吨级别的发动机,市场需求量超大,认真策划对策之后,航空发动机的两大巨头:罗罗公司和普惠公司就联合起来,并勾上了日本发动机公司,以及德国MTU公司,意大利菲亚特公司,他们联合起来推出了V2500发动机。

从外表来看,两款发动机长相都差不多,V2500指标更高一些,更省油

虽然有传说中的后发优势,V2500和CFM56的决战,还是5大豪门输给了一大一小组合,原因不是性能不先进,V2500发动机也不错,很省油,但是最大的关键在于,V2500发动机采用了过于复杂的设计,导致了一系列的严重问题,都是航空发动机巨头的作品,严格比较起来V2500发动机可靠性不够高,维修更困难,维修成本更高。

举例来说,V2500发动机有25个维修单元,但是CFM56发动机只有18个,而且发动机有几十个小型号,各种发动机型号之间的零部件的互换和通用性更好,所有CFM56发动机具有相同的航线维护程序及车间维护程序;相同的航线备件及车间备件;通用及类似的工具;通用的运输底架-不同的托架;类似的发动机手册;相同的支援系统及人员;类似的排故程序;类似的修理程序。

737飞机自从使用了CFM56发动机之后,安全性和可靠性大幅度提高,签派率居高不下

而且CFM56发动机则还有更好的安全保障,发动机停车率超标,直接对航空公司赔钱,退厂率承诺为1000飞行小时0.049次,而V2500为0.063,更离谱的是对于空中停车,CFM公司给了超高的补贴标准,一年之内:第一次停车直接赔偿100000美元,第二次250000美元,第三次以后每次赔偿500000美元!!!而V2500只能表示10年内停车一次赔50000美元!活活被CFM56挤兑死!

甚至还有实打实的航班取消率,CFM公司承诺,发动机引起的航班取消率不超过千分之一,而对手则是千分之1.25,输的惨不忍睹,除了发动机停车这种超严重的故障赔偿之外,次一类的故障:发动机喘振,CFM公司开出了和发动机停车同样大方的赔偿条款,让对手直接跪下哭死!

CFM56飞机独霸了所有737的市场,也霸主了大部分A320飞机的发动机市场

这么无敌的发动机可靠性,成了独霸江湖的无敌利器,这也是世界各国跟进的最强理由,中国太行发动机引进了CFM56发动机的核心机技术,而中国运20发动机的标配涡扇20,也是仿照CFM56-5发动机参数而得到的结果。
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Re: 斯贝发动机传奇

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1971年底,法国国营航空发动机研究制造公司决定与通用电气公司合作,发展一种能满足20世纪80年代旅客机低油耗、低噪声、低排放要求的发动机。1971年底二家公司决定,在采用F101核心机的基础上联合研制推力为100kN级的高涵道比涡轮风扇发动机。1974年9月两公司组成了CFMI国际公司,研制上述发动机并将发动机命名为CFM56。

CFM56系列发动机的第一个型号CFM56-2采用了军用涡轮风扇发动机F101的核心机作为核心机,配上一个叶尖直径为1.727米的风扇及三级增压压气机、4级低压涡轮组成了一台高涵道比涡轮风扇发动机,推力为139~151千牛,1979年投入使用,取代DC-8四发旅客机原用的JT8D涡轮风扇发动机,换发后的飞机改名为DC-8超70。CFM56-2还用于波音707旅客机改型的军用飞机如KC-135加油机,E-3、KE-3、E-6预警机等。

随后,将风扇叶尖直径减小为1.524米,并将风扇叶片由原带叶冠的设计改成带中间突肩的设计,由此使叶片数由46片减少为38片,发展成推力为82.4~104千牛的CFM56-3型发动机。用于换装波音737-200双发旅客机的JT8D发动机,换发后的飞机命名为波音737-300型,1984年投入使用。

在CFM56-3的基础上,将风扇叶尖直径增加到与-2型相同的直径但叶片结构维持-3型的设计;同时将高压压气机、高、低压涡轮的全部叶片用三维气动设计方法重新进行了设计,使部件效率提高;第一次将全功能数字式发动机控制系统(FADEC)用于CFM56发动机上,发展了用于A319/A320双发客机的CFM56-5A,其耗油率比CFM56-3低11.2%,1987年投入使用。

在CFM56-5A的基础上,将风扇叶尖直径增大到1.828米,重新设计了风扇叶片,对一些零组件作了些改进,采用了第2代FADEC,发展成推力为139~151千牛、耗油率比-3型的低16.2%的CFM56-5C发动机,此发动机用于4发客机A340,于1991年投入使用。

在CFM56-5C的基础上,将风扇叶尖直径减小到与-5A相同的直径,对风扇叶片的叶片型面的气动设计作了改进,发展成推力为98~139千牛、耗油率与-5A相当的CFM56-5B型发动机,用于双发旅客机A319、A320、A321上,于1993年投入使用。

随后,采用CFM56-5B的核心机及低压涡轮、CFM56-3的总体布局,并采用宽弦无凸肩的风扇叶片,将风扇叶尖直径改成1.549米,发展成推力为82.4~117千牛的CFM56-7型发动机,用于波音737-500、-600、-700双发旅客机,于1997年投入使用。

在近20年时间内,CFM56发动机在采用了一种性能好的核心机后,通过改变风扇直径,改进部件性能等措施后,发展了推力覆盖82.4~151千牛、用于波音737、A320系列及A340等旅客机及KC-135加油机,E-3、KE-3、E-6预警机等一系列飞机用的发动机系列的成功事例,充分说明了发展性能优良的核心机的重要性。
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涡扇-10“太行”的发展史

2024年11月11日 下午5:36 • 军武专栏
这篇长文是临时插进来的,因为前几天应读者要求写了一篇如何区分AL-31F和涡扇-10的内容(文末有链接),然后查了很多资料,顺带着就把涡扇-10的资料收集的七七八八。既然资料齐了,就不等了,整理整理就放出来。
没想到,这一个型号就写了差不多一万字一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬
那就慢慢看吧。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬

国产航空发动机发展史上,涡扇-10“太行”应该是被讨论最多、最具争议的型号,甚至可以说是饱受非议。
本文我们就把“太行”的前世今生讲清楚,让大家了解一下到底是什么原因导致它发展如此坎坷。
1.连夜起高楼
早在1983年,航空工业部审核新歼方案时(当时还不叫歼-10),在涡扇-6、涡喷-15和“太行”这三型发动机里,通过投票的形式,确定了“太行”作为新歼的配套动力。
注意,“太行”此时还处于技术预研和论证阶段,还没正式立项。但是仍旧选了它,理由很简单:一是当时涡扇-6已经濒临下马,根本没有希望搞成;二是涡喷-15过于落后,如果拿来作为新歼这款空军21世纪主力战机的动力,未免有点太保守了。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬涡扇-6也是一段很长的故事

但是,航空工业这个决定被国防科工委和空军给否了,并点名要涡喷-15。理由也很简单:一来新歼预计要在1996年定型(实际是到2004年),鉴于之前研发涡扇-6的教训,无法保证“太行”能赶上这个节点;二来涡喷-15虽然落后于时代发展,但好歹是一款最大推力达到12.5吨的大推力发动机,而且设计简单。以当时国内的技术水平,有把握按时搞出来。
眼看着“太行”要堕死胎腹,由程华明、吴大观等九名专家联名写信给中央,希望支持“太行”项目。
在中央的支持下,并且国防科工委和空军也认真论证“太行”和新歼的发展后,“太行”于1986年正式被确定为新歼(也就是歼-10)的配套动力。
1987年,“太行”发动机正式立项,型号名为FWS-10,也叫涡扇-10。
飞机立项之后,发动机才跟着一起立项,这是国内航发研究长期搞项目制,忽视基础研发带来的后果(也不只航发是这样)。
所谓项目制,就是发动机研发必须有装机对象,否则就得不到支持。如果飞机下马,那发动机也就跟着下马。
就像涡扇-6一样,因为歼-13和歼-9夭折,最后也只得跟着一起夭折。当然,涡扇-6夭折也有自己的问题。
以至于,待到歼-10立项了,才同步开始配套发动机的研发。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬新发配新机,本就是大忌,尤其是在中国航空业技术储备薄弱的情况下,这种组合更是没有成功的希望。图为歼-13模型,80年代还参与过新歼的竞标。

根据当时的规划,歼-10要在1996年完成定型,那么在90年代初期就得首飞。按照当下的技术储备,肯定无法在1996年之前搞定涡扇-10。
所以,在确定涡扇-10作为配套动力时,还做了另外一个决定——把涡喷-15作为试飞阶段的过渡动力,这样就可以为涡扇-10的发展提供几年缓冲时间。
且慢,你以为涡喷-15是货架产品,可以拿来就用吗?
不,涡喷-15这时候也处于一无所有的状态。
涡喷-15是米格-23用的R-29-300型涡喷发动机的国内型号。中国在1978年从埃及换来了1架米格-23以及配套的发动机。在这之后,对这款发动机做过很多测试,对其性能也算是很清楚了。

并且在拿到样机后也开始仿制,作为歼-13的配套动力(代替涡扇-6)。

然而,1981年歼-13下马后,涡喷-15的仿制工作也停下来了(项目制的老问题)。
所以,在1986年歼-10上马时,并作为过渡动力的涡喷-15也要重新研发。
一款飞机上马,原配动力(涡扇-10)和过渡动力(涡喷-15)都是同步开始的,真可谓连夜起高楼。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬如果在1978年获得米格-23时就坚定的去仿制R-29-300,那么在80年代末期开始新歼时,也不至于连一款可用的发动机都拿不出来。图为空军博物馆里的米格-23,机身侧面“18式”是当时为了保密给的代号。

不过,为了进度,涡喷-15并不是重头仿制R-29-300并自行生产的。当时的计划是,直接从埃及购买R-29-300,拿过来做适配歼-10的改造,凑合用一下。
因为当时埃及空军正在逐步用美系战机替换苏系战机,手里的米-23要慢慢淘汰,所以买几台状态好的R-29-300过来是很容易的。
在当时看来,歼-10最多是在原型机试飞阶段涡喷-15,所以不用买那么多台用R-29-300。待到1996年新歼定型时,涡扇-10应该能搞个七七八八了。
事实证明,想多了。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬我们总用“歼-10采用了60%的新技术”这个数据,来证明研发团队的实力。其实新技术比例过多,正是以前项目制带来的不合理现象。忽视了太多基础研究,以至于在新项目上很多子系统都要重新研发,这也导致歼-10花了18年才服役(1986-2004)。

2.失去与歼-10的缘分
1986年,涡扇-10开始研发。
因为之前有涡扇-6的经验,再加上前些年的预研工作,所以涡扇-10图纸设计很快就完成了。1988年,第一台验证机就上了试车台。
但是,验证机的调试一直到1993年才完成,后续定型测试更是遥遥无期。
要按照这个节奏,歼-10怎么等得起?
涡喷-15那边,搞的也不顺利。黎明发动机厂一直到1991年才完成一台涡喷-15的全尺寸模型,并送往成飞,给歼-10全尺寸模型做调试适配。
历史性的转折,在1992年到来。中国空军引进了苏-27战斗机,也获得了动力澎湃、性能可靠的AL-31F发动机。
同一年,国防科工委、空军、611所、132厂、黎明发动机厂等多家单位,联合对AL-31F和涡扇-10进行了比较,尤其是论证了前者与歼-10的适配能力。
最终,国防科工委决定,涡扇-10不再作为歼-10的配套动力,尤其不再作为唯一选项。歼-10原型机阶段的过渡动力,乃至后来的量产机,统一使用AL-31F。
涡扇-10与歼-10的缘分,还没开始就结束了。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬这段缘分,要很多年之后才续上

3.关于AL-31F
涡扇-10的研发过程先打住,这里先讲一下AL-31F来华后对歼-10、涡扇-10的影响。
1)首先看对歼-10的影响。
毫不夸张的说,如果没有AL-31F,绝没有现在辉煌的歼-10家族。
如果没有这款发动机,歼-10在首飞和服役后长达20年的时间里就只能使用涡喷-15。使用这种高耗油的涡喷发动机,本就内油不足的歼-10,航程得多难看?
更要命的是,涡喷-15的原型R-29-300,比AL-31F还重了460千克。这意味着歼-10必须用更多的结构重量,才能配平发动机多出来的重量。
一增一减,歼-10搞不好就成了一款只能玩高速截击、带鸭翼的歼-8了。
虽说歼-10当年也要考虑高速截击需求(对付苏联的轰炸机),但是也很注重三代机需要的中低空、亚音速机动能力。
而且,涡喷-15的原型R-29-300,推重比只有6.5。同期欧美三代机用的涡扇发动机,推重比普遍在7.5左右,这差距太大了。
要真是这样的话,空军甚至可能都不会继续推进歼-10的项目。
当初买到苏-27后,空军就有过取消歼-10的心思。这要是来个装涡喷-15的短腿截击机,空军更不愿意要了。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬没有AL-31F,歼-10可能就无了

2)再看看对涡扇-10的影响。
一直在2020年之前,网络上都有很多声音,认为当年引进苏-27生产线时,也应该引进AL-31F的生产线。这样,国内就不会被大推力航发困扰这么多年。
这种说法其实有一点道理。
那些年中国购买AL-31F是受到俄罗斯限制数量的。因为俄罗斯只根据中国购买的苏-27、苏-30、授权生产的歼-11以及歼-10这几个型号的数量,提供备份发动机。
后来的歼-11B、歼-15属于计划之外的型号,所以俄罗斯拒绝提供发动机(俄罗斯认为侵犯知识产权了)。这两个型号使用的AL-31F,都是中国空军从备份发动机中省下来的。
好在国内当时引进了AL-31F的大修线,具备对发动机进行大修的能力,并且可以用国产的零部件替换,提高发动机的寿命。
如此,才能把备用的发动机抽调出来给歼-11B、歼-15用。
靠着这种东拼西凑的办法,空军顶过了一段艰难的日子,坚持到了涡扇-10堪用的那天。
如果直接引进AL-31F生产线,或许日子就不会过的那么紧巴了。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬购买了78架苏-27系列、76架苏-30MKK、24架苏-30MK2,生产了105架歼-11A,这些数字俄罗斯都是知道的,歼-10的产量也能估计。所以俄罗斯严格根据这些飞机数量控制发动机的出售,就是为了限制歼-11B/BS、歼-15等型号的发展。

但是反过来想,没有引进AL-31F,无疑是给了涡扇-10生存空间的。按照当年狗熊掰棒子的风格,引进AL-31F后,涡扇-10很可能就被抛弃了。那么,中国航发团队后续大概率就是在AL-31F上各种魔改。
且不说AL-31F跟世界先进航发的差距,这种魔改带来的最大问题,就是中国的技术团队会丧失从0-1研发一款大推力涡扇发动机的机会。人才、经验,乃至对应的产业链,如何积累的起来呢?
那么,涡扇-15要什么时候才能指望的了呢?
所以,这件事就看你从哪个角度去思考了。就像当年运-10下马一样,一直到现在还争论不断。
如果当年引进AL-31F生产线,并导致涡扇-10下马,估计今天还是口水不断。
除非,能做到引进生产线的同时,继续坚持涡扇-10的研发。
但是,这个可能性有多高呢?
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬使用涡扇-15的歼-20试验机

4.涡扇-10一波三折的研发过程
好了,说回涡扇-10的研发。
涡扇-10的核心机(发动机的压气机、燃烧室和涡轮三个部分)参考了美国的CFM56涡扇发动机,后者的核心机也是美国F-110、F101这两款大推力涡扇发动机的配置。
所以,涡扇-10的总体结构和核心机的设计,基本是照着CFM56核心机来的。比如涡扇-10的3级风扇+9级高压压气机+1级高压涡轮+2级低压涡轮的总体结构,和F110完全相同。而AL-31F则为4-9-1-1的结构,总级数均为15级。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬很多说法是中国通过引进的波音737-300接触到了CFM56的核心机。其实中国早在1981年就通过加拿大代购,买到了2台CFM56。

这样做的好处当然是节省了设计阶段的时间,最重要的是给涡扇-10选对了方向,起点也高。
但是,高起点也带来了研发阶段的高难度。
前面提到,涡扇-10光是在验证机阶段就花了近5年的时间,一直到1993年才完成全部调试。就是因为涡扇-10在试车台上出现喘振等故障,一直处于排障阶段。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬涡扇-10试车

待到1995年,中国正式决定,只引进苏-27SK的生产线。对AL-31F只做大修,不做生产。涡扇-10要继续研发,并作为后续歼-10和国产化歼-11的动力。
这就是所谓“一发托两型”的由来。
1997年,涡扇-10进入原型机试制阶段。按照计划,在两三年内就可以上天试验了。
但是,此时发动机的试验平台却还没着落。
国内早前用轰-6改装的086试验平台在1996年就退役了,当时试飞院正在申请再改装一架轰-6作为新的试验平台。但是因为经费的问题,迟迟得不到批复。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬这种试验平台的的好处是不用担心发动机试车的时候出现故障,因为飞机自身的发动机是正常工作的。图为086试验平台,注意机腹下的发动机试验吊舱。

不得已,空军抽调了2架歼-11出来,用作涡扇-10的试飞。
说实话,这种试飞风险很大的。因为新发动机本就是各种问题,歼-11只有2台发动机,真要出个什么问题,严重影响飞行安全。
但是,谁让那时候没条件呢。
这里说一句,笔者看到有资料说涡扇-10是先在伊尔-76的试验台上完成的首飞,然后再上歼-11进一步试飞。
这个说法是不对的,因为那架伊尔-76的试验台是2005年才到货的,此时涡扇-10已经完成了定型试验。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬这架伊尔-76试验台在2000年就下单了,因为俄罗斯交货太慢,没能赶上涡扇-10的试验

2001年6月,00批04架歼-11将右发改为涡扇-10,完成了首飞。
注意,歼-11只有在试验涡扇-10阶段,有过“一边AL-31F,一边涡扇-10”的情况。后来的量产机,无论是歼-11还是歼-1B,或者是其他型号,都没有出现发动机混搭的事。要么都是AL-31F,要么都是涡扇-10。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬就是这架歼-11试验机,一边AL-31F,一边涡扇-10

2002年,00批13架歼-11,将双发都换成了涡扇-10,投入到试飞中。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬这架522号试验机,为涡扇-10的试验做出了很大贡献

进入正式试验后,涡扇-10暴露的问题就更多了。喷零件、压气机盘破裂,都是相当严重的事故。
2004年7月,00批13架歼-11更是出现左发停车的事故。幸好飞行员艺高人胆大,靠着单发把飞机开了回来,保住了宝贵的试验数据。
还有个严重的问题,涡扇-10美俄技术结合的思路出现了水土不服的情况。
涡扇-10的核心机源自CFM56,但是该发动机采用的是数字控制系统,国内还没有相关的技术。为了赶时间,研发团队就将AL-31F的模拟数字机械控制系统搬了过来,直接整合到涡扇-10上。
带来的问题,就是AL-31F的模拟数字机械控制系统,无法适应涡扇-10核心机的响应速度,水土不服。说的通俗点,就是涡扇-10强壮的四肢(核心机),没有匹配一个好的大脑(AL-31F的控制系统)。
这就使得试验阶段的涡扇-10操纵性、响应速度一直不理想。
而对发动机的数字控制系统,国内是一直到了2002年才开始试验。因为之前想当然的认为移植AL-3F的机械控制系统就够了,结果待到上天试验了才发现行不通。
于是,又是连夜起高楼。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬这架058号歼-8II,承担了国产发动机数字控制系统的验证工作

就这样,故障一直排到2005年3月(此时歼-10已经服役1年了、歼-11B也马上服役),涡扇-10的研发单位召开设计定型动员誓师大会。经过半年多奋斗(特别是改进了控制系统),终于在2005年11月通过涡扇-10的最后检测.
2005年12月28日,涡扇-10“太行”通过设计定型审查。
事后证明,这次定型相当草率。
2006年3月,歼-11B的04架原型机改用涡扇-10进行试验(之前的原型机用的是AL-31F),但是又先后出现了叶片断裂、复合材料调节板故障等重大事故。
不能再等了,空军决定2007年投产的第一批歼-11B使用AL-31F发动机。
前面说了,俄罗斯是拒绝给歼-11B提供发动机的。所以,首批歼-11B用的发动机,有一部分是从歼-11备用发动机里抽调的,还有一部分是5719厂翻修的旧机。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬使用AL-31F的歼-11B

之后,涡扇-10继续排障。
2009年初,02批歼-11B被生产出来,但是却无发动机可用。因为备用的AL-31F已经没了,涡扇-10又迟迟不能解决问题。

所以,这些飞机被停放在112厂的停机坪上,等待发动机的到来。

一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬

一直到2009年年底,第一架使用涡扇-10的量产型歼-11B出现,预示着涡扇-10终于可用了。
2010年1月,歼-11B战斗机、涡扇-10发动机和霹雳-12中距空空导弹一同获得了国家科技进步特等奖。
与此同时,第一批装备涡扇-10的歼-11B交付给了原沈空某部。
2010年5月,使用涡扇-10的歼-11BS战斗教练机也完成定型。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬歼-11BS从原型机阶段就使用涡扇-10,出力不少

不过,涡扇-10在服役过程中也不是一帆风顺,期间也陆续暴露过很多问题。跟AL-31F相比,涡扇-10的操纵性、响应速度等性能都有差距。
尤其是其稳定性,远达不到让人放心的程度。所以,单发的歼-10长期以来一直都是使用AL-31F。
虽然也有部分歼-10的原型机换装过涡扇-10进行试验,但是到了量产机阶段还是换回了AL-31F。
因此,在2010年服役后,太行也是处于边实践,边改进的状态。
一直到前两年,量产型歼-10C用上了涡扇-10,才说明该发动机真的达到了可靠的标准。

这一路下来,真的是连滚带爬。

现在,唯一剩下的就是歼-15等待涡扇-10去征服。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬这架陆上训练的歼-15,用的是涡扇-10,就等上舰的那一天了

一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬前几天抵达珠海的歼-15B,也是涡扇-10“太行”发动机

在涡扇-10发展过程中,除了推力、推重比这些大家比较关心的指标,对它还有个讨论不多,却也很重要的指标——寿命,包括首次大修的寿命和全寿命。
发动机寿命牵涉到材料设备的设计和制造工艺,也非常能反映一个国家的工业水平。
涡扇-10寿命相关的数据,正式渠道披露的消息不多。2014年的珠海航展上,中国航空研究院的工作人员在接受采访时曾透露涡扇-10的改进型有1500小时寿命。这个数据,比早前传闻只有几百小时提高了很多,不过跟F110系列普遍的4000小时仍有很大差距。
至于最新的数据,那就没有听到有更多的披露了。想必随着这些年的进步,应该会提升很多吧。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬

另外,说一个涡扇-10发展过程中被AL-31F“带歪”的事。
航空发动机启动的时候,需要先由一个外置电机带动涡轮旋转,达到一定的转速后才能点火,启动成功。
当时给AL-31F配置的发电机,功率只有80千瓦。而当时国际主流的三代机,给发动机配置的电机功率普遍都比较高,比如F-16的达到了169千瓦、幻影-2000有132千瓦。
只不过国内当时研发涡扇-10时,手里能参考的只有AL-31F,就以为80千瓦的功率应该够了。
问题是,80千瓦的功率只适合在低海拔地区用。一旦上了高原机场,因为低温、低含氧量等原因,涡扇-10的启动时间就会加长。
正常情况下的涡扇-10的起动时间大约是75秒左右,但是在高原环境下起动时间要增加到90秒左右,而且还容易出现启动失败的情况。
后来换了110千瓦的电机,才算解决高原启动的问题,并且时间也降到了60秒左右。
问题来了,中国空军在1992年就获得了苏-27,难道那个时候没有发现AL-31F在高原启动的难题,并提醒涡扇-10的研发团队吗?
还真是没发现。
因为早先年买来的苏-27,都是部署在东部和南部这两个战备压力最大的方向。加上90年代西部高原地区的基础设施也差,像样的机场都没几座,空军的苏-27去高原轮训,基本都是2000年之后的事了。
在这之前,谁都没发现AL-31F因为电机功率不够导致高原启动难的事。
自然,涡扇-10也跟着踩了这个坑。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬空军三代机大规模上高原是2010年之后的事

5.与歼-10再续前缘
讲涡扇-10的发展,就不得不提它与歼-10的缘分。因为与歼-10结合的过程,就是涡扇-10走向成熟的过程。
前面说了,因为进度赶不上,1998年首飞时,乃至后面服役量产,歼-10都是用的AL-31F(关于AL-31F在中国的故事,以后另开一篇)。
涡扇-10在2009年服役后,装上歼-10的工作也被提上日程。
首先是一架早期的1004号原型机(当初6架原型机中的1架)换上了涡扇-10,进行发动机测试。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬歼-10的1004号原型机换了涡扇-10试飞

再后来是一架歼-10B的原型机,也换上涡扇-10做飞行测试。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬歼-10B的1035号原型机,也是用涡扇-10试飞

涡扇-10在歼-10身上的试验结果自然没有对外公布,但是从歼-10B后续量产机,乃至歼-10C身上继续使用AL-31F也可以推测,一直到2018年涡扇-10还不足以让单发的歼-10放心使用。
不过,空军仍然让少量的歼-10B使用了涡扇-10发动机。因为只有大量的试验和日常使用,才能充分暴露问题,然后解决问题。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬少量的歼-10B量产型,用的涡扇-10

虽然有点冒险,但是哪国的航发不是这么过来的呢。
一直到前几年,越来越多的歼-10C身上出现了涡扇-10,说明“太行”终于行了。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬眼高于顶的巴基斯坦空军都能接受涡扇-10,更说明是真的行了

6.涡扇-10的子型号
涡扇-10自2009年开始服役后,这15年的时间里发展出多个子型号。每个子型号都伴随着新技术的应用,性能指标也是逐步提升。
1)涡扇-10A
涡扇-10在发展过程中指标有过变化,尤其是最大推力要求变高。所以在90年代中期,型号已经变成涡扇-10A了,也就是2009年正式服役的第一个型号。
涡扇-10A的参数值比较好确定,因为早期的文献里有过披露。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬

看上面的表格,对涡扇-10A的最大推力表述为12500~13200daN(1daN=10N)。

13200daN是涡扇-10A能达到的最大推力,而12500daN是为了适配歼-11B进气道流量而降推后的数值。因为涡扇-10的推力一开始是对标AL-31F的,后来增推,对进气量要求更多,歼-11B反而适应不了。

13200daN换算一下,就是13.46吨。另外,涡扇-10A的推重比也达到了7.5。这两个数值都超过了F-15后期型号使用的F110-GE-129型发动机(13.15吨、7.29),但是不如最新的F110-GE-132型(14.5吨、7.74)。

一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬前后两段收敛片对齐,这是早期涡扇-10的典型特征

2)涡扇-10B
这是歼-10的专供型号。
早期歼-10用的AL-31F,其实做过改装的。主要改动之处是把AL-31F的机匣调整到发动机下方,以适配歼-10的设计。
不过,涡扇-10A最早是用在歼-11B身上。歼-11B设计延用了苏-27的模式,所以涡扇-10A的机匣位置跟AL-31F一样,也是在发动机的上方。
等到把涡扇-10A给歼-10用的时候,那就还得把机匣改到下方。这个改动的型号,就称为涡扇-10B。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬涡扇-10A(左)和涡扇-10B(右),机匣位置是最明显的区分表示,但是装上飞机后就看不出来了。

所以说,涡扇10B是歼-10的专供型号。歼-11B、歼-16、陆上试验的歼-15,都不会用涡扇-10B。因为这些机型都是延用苏-27的设计,发动机的机匣位置必须在上方。
关于涡扇-10B的最大推力,目前网上提到最多的2个数据来自巴基斯坦。
一个是巴基斯坦空军官方杂志《Second to None》发布的一篇文章,详细记录了巴基斯坦空军改装歼-10CE的细节。其中提到“歼-10CE的推力达到29000磅”,换算过来就是13.15吨。
另一个就是下图,据说也是巴基斯坦空军发布的。里面标注歼-10CE的最大推力是32000磅,换算过来就是14.51吨。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬黄线处标的是最大推力32000磅

13.15吨和14.51吨,这差的是不是有点多了?
13.15吨不大可能,毕竟涡扇-10A都有13.46吨了,涡扇-10B总不能下降了吧?如果没下降(即涡扇10B的推力大于等于13.46吨),那卖给巴基斯坦空军的难道是阉割的?
按照巴基斯坦空军过往在中国军购的风格,他们应该不会接受阉割版的发动机。
所以,那个14.51吨的数据才是最可能的。
笔者推测,那个杂志里提到的13.15吨,应该是某种模式下的最大推力(比如日常训练模式)。而14.51吨可能是战时模式下,以牺牲发动机的寿命为代价能达到的最大值。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬

而国内的数据,被引用最多的就是上图某电视台的报道,称涡扇-10B的最大推力是144千牛,换算过来是14.68吨。
14.68跟14.51,可以对上了。
考虑到巴基斯坦的亚热带气候,气温更高,发动机推力下降一点,是有可能的。
总之,涡扇-10B的数据指标确实有很大提高。这也导致原来的涡扇-15被推倒重来,因为原定的15吨最大推力已经没有意义了。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬巴基斯坦空军能接受涡扇-10B,说明太行在单发机上的可靠性也有保证了

3)涡扇-10C
这是在涡扇-10B的基础上,进一步升级而来的型号,属于歼-20专供。
关于涡扇-10C的参数,尤其是大家最关心的最大推力,暂时没有可信的消息透露了。
考虑到这是专门给歼-20改进的,而且在装机后军宣部门特意宣布歼-20换装“中国心”,并具备超巡能力。那么,推测涡扇-10C的最大推力能达到15吨应该没什么问题。
甚至是,如果通过增加涡前温度,以及牺牲发动机寿命的办法,涡扇-10C的最大推力逼近F119-PW-100早期的156千牛(15.9吨),也不是不可能。
另外,歼-20注重高速能力,那么涡扇-10C没准还会缩小的涵道比。当然,这样做会增加耗油量。

好在歼-20的内油足够多,涡扇-10C耗油量增加的话会对航程有影响,但是不多。

一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬涡扇-10C的识别特征是锯齿状喷口,这是为了隐身而做的设计

4)涡扇-10D

这也是最近两年出现的型号,不确定是不是叫涡扇-10D,这里暂且这么称呼。

涡扇-10D应该是基于涡扇-10A,并利用涡扇-10B/C的技术进行改进的增推型号,目前只在歼-16、歼-16D等侧卫机型上见过。

该型号的具体参数不明,因为没有披露过。推测其最大推力不会低于涡扇-10B的14.68吨,甚至跟涡扇-10C一样达到15吨也是可能的。

一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬这次来珠海的歼-16,用的就是涡扇-10D。这个型号的收敛片更长一点。

一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬前后段的收敛片是交错对齐,跟早期型号不一样。

5)涡扇-10舰载版

基于涡扇-10A,为歼-15开发的型号。主要是提高发动机在高温、高湿、高盐环境下的可靠性,基本参数大差不差。
目前装备涡扇-10的歼-15,还只见过在陆上试验的。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬涡扇-10的舰载版在外观上是区分不出来的,不过这个型号只给歼-15系列用,只要是出现在歼-15身上的,那就是舰载型号。

6)涡扇-10三元矢量型
基于涡扇-10B开发的矢量型号,跟随歼-10B TVC(矢量验证机)在珠海一起亮相。
关于该型号的信息不多,相关数据也无从考证,只能参考涡扇-10B去估计了。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬歼-10B使用的涡扇-10三元矢量版,收敛片的特征跟其他型号都不一样

7)涡扇-10二元矢量型
这是在2022年珠海航展上出现过的型号,也是基于涡扇-10B发展而来的。
不过,这个型号没有更多信息,也没见哪个机型使用。从其下置机匣判断,是给歼-10或者歼-20准备的。
一篇万字长文,写清楚涡扇-10“太行”的发展史,路选对了,却走的连滚带爬航展上的二元矢量型,还没有看到装机

7.总结
从2005年初步定型至今20年,从2009年正式服役到现在15年,涡扇-10“太行”磕磕碰碰的发展史,就是中国航空发动机发展的缩影。反映出来的,是我国航空发动机领域因缺少技术储备、缺乏科学的研发流程、更是缺少长远规划而遭受的惨痛教训。
但是,涡扇-10经历过的成功与失败,都是宝贵的经验。没有这个型号的历练,哪有庞大的“太行”家族,乃至后来的涡扇-15。
freemind
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Re: 斯贝发动机传奇

帖子 freemind »

我国军用涡扇发动机三大主力涡扇10、涡扇15和涡扇20已经全部亮相,虽然它们的推力、涵道比各不相同,装机对象也有很大的区别,但根据西方媒体的报道,涡扇10和涡扇20采用的核心机都是一样的,全部来源于上一代波音737和A320客机使用的CFM56。至于涡扇15,虽然没有明说,但估计与涡扇10和CFM56也有很大的关系。
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而CFM56则是由美国通用电气航空和法国斯奈克玛公司各自出资50%组成CFM国际联合研制的,核心机则是美军B-1“枪骑兵”战略轰炸机使用的F-101,看来还真是有缘。其实,这种“缘分”在我国还有不少,比如ARJ21支线客机使用的CF34-10A涡扇发动机,就与美军A-10攻击机使用的TF34-GE-100同源,源合资公司还有日本的股份。
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CFM56
另外,我国从乌克兰引进的“野牛”气垫船,使用了5台NK-12MV(MT-70)燃气轮机,也与图95MS“熊”式战略轰炸机装备的库兹涅佐夫NK-12MV型涡轮螺旋桨发动机师出同门。看来如果我们真要造战略轰炸机,也不是完全没有基础。
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跑题了,咱们说回涡扇10、涡扇15和涡扇20的核心机,可能都是CFM56,很多人一听就不乐意了,你怎么拿客机的发动机给战斗机用?能满足性能吗?实际上,核心机只是一个基础,主要包括主要包括高压压气机、燃烧室和高压涡轮三个部分,在它的基础上再加上风扇、多级高低压压气机、多级高低压涡轮和尾喷口,才是一台完整的发动机,由此延伸出来的性能,可以有本质的区别。
freemind
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Re: 斯贝发动机传奇

帖子 freemind »

太行到底行不行:巴一巴WS-10发动机研制的内幕!

本文作者:大水

太行发动机,代号WS-10(涡扇10), 是我国第一种研制成功的大推力涡轮风扇发动机,这种被寄予厚望的发动机命运忐忑,在定型量产后的12年里,一直被可靠性和耐用性问题困扰,原本中国空军期待太行能完全替代俄罗斯的AL-31F装备大约200架J10战斗机和大约300架J11战斗机,然而,到目前为止,太行因为种种原因,只被使用在数量不多的J11B和刚刚开始量产的J16上,总数仅约100架左右。







总师云:太行之难,难于上青天

网络上对太行发动机一直褒贬不一,鼓吹的人不仅吹嘘发动机推力高达14吨,而且性能优异,赶美超俄;贬低的人说它是机库皇后,只能修不能用。哪么太行到底行不行?作为一款定型量产的货架产品,它到底怎么了?

一说太行,难免说到历史,中国航空发动机史上对12吨级的发动机从60年代末就开始了,当时三机部为J9战斗机,强6攻击机,轰8大型轰炸机等飞机配套的910发动机研制项目就是为了研制一种推力达到12吨的涡轮风扇发动机。WS6的设计是一个航空大跃进,在中国当时连苏联引进的发动机生产都不算正常的年代,设计了一种与当时主流科技完全相当的发动机,凭借着对当时革命的狂热和科技领域一无所知的无畏探索,WS6轰轰烈烈的上马了。

WS6发动机的设计从1964年到1965年,仅用了不到一年的时间,这是一个美国和苏联都不敢想象的时间,这意味着中国的设计师和工程师根本没有任何时间去研究发动机的主要部件,他们一切都是凭借当时的知识和有限的信息,纯粹在图纸案台上就完成了一台高度复杂的,具有当时世界最先进水平的涡轮风扇发动机的设计。

这样的草率的发动机设计和研发,很显然为后来的困难奠定了基础,WS6发动机在1968年就制造出了样机,并开始了台架试车,这一试就试到1980年。经历了文革的乱象,WS6的漫长研制期并不算奇怪,当时国内几乎所有的科研计划多多少少都有这样的情况,但是文革不仅仅是对科技研发有了恶劣的影响,对人的思想也有了恶劣的影响。

在1978年J9战斗机进入首架飞机生产准备时,WS6在台架上连正常运行5小时的记录都没有,而且推力也远未达到设计要求的数据,1979年J9计划暂停,1980年整个项目宣布结束,就在快要结束的不到8个月的时间里,在几乎没有项目后续拨款,连燃料都没有钱购买的情况下,WS6神奇的突然完成了规定的台架试车,并号称达到设计推力,并在随后没有任何拨款情况下凭空通过发动机的短试,高空台,长试,直抵飞前试车,这意味WS6完全完成了研制的全程,而6台样机总试车334小时,12年334小时,瑞典同等级的RM8仅仅是在成熟的发动机JT8D后面加了个加力燃烧室,试车时间都不小于2000小时。

更神奇的是,在这个已经死的被人遗忘的项目上,还产生了一个更令人震惊的成果WS6G,仅重新设计了风扇,燃烧室,就得到了一个推力高达14112KG的重量不到2200KG的涡扇发动机,这还只是在1982年。要知道2年后的新歼会议为了发动机愁的准备用重量更重,推力不到13000KG的R-29涡喷发动机了,难道航空部不知道自己还有个这么牛逼的发动机?







ws6:吹牛不上税,吹牛不犯法,为何不吹?牛越大钱越多,不吹白不吹

WS6的研发团队很多人都成为后来发动机项目的骨干,它的一些作风,习气也不免带到其他发动机的研制中去了,另起炉灶的WP14昆仑,生搬硬拉,凑出一个号称世界上最先进的涡喷,实际上10几年前的JY101和P1128只是没好意思说话而已,昆仑的纸面性能确实非常不错,比当时国内的WP13推力大,油耗低,发动机迎风面积小,虽然比不上F404这类涡扇发动机,但也算是难得的一种中推发动机了,但是昆仑仅仅生产了不到100台就嘎然而止了,部队连续反馈发动机重大质量问题,最后干脆认为发动机根本不能用了,J8F直接装回原来老的WP13A2.空军更直接把一批装昆仑发动机的J8F退回飞机厂,拒绝接收。

直到现在,昆仑能不能用几乎是一个迷,一方面部队装备数量稀少,另一方面也缺乏积累应用和维修的足够采样数据库,但昆仑先成功后失败是毫无疑问了,国内后来用到中推发动机的飞机型号,不管是设计还是试飞,都想办法绕开它,完全当它不存在,可见多不受欢迎了。







昆仑发动机,发动机界著名的神坑王,很正常试飞,都动不动耍脾气,罢工,喷零件

转了一大圈,话题回到太行,原本如果WS6真的哪么杰出,太行基于WS6,用先进的设计技术和材料技术改进就行了,但是,总师其实心里有数,WS6那些成果不知道有多少能拿出来的,太行为了稳妥起见,设计实际上是有蓝本的,这就是美国通用著名的F110系列发动机,中国其实并没有获得过F110发动机,而中国有可能接触到的巴基斯坦,以色列等F16,F15飞机配置的都是F100系列的发动机,但是,中国实际上和美国GE的合作中,获得了很多关于F110的基础技术。

这其中包含CFM56-3的核心机技术,CFM56-3的发动机核心机是最接近F110核心机的衍生产品,但是CFM56毕竟是民用发动机,它并不是原封不动的移植了F110的核心机,我国最多仅能说有一个能掌握和了解F110核心机技术的机会,但这个核心机的拿来主义,为整个太行的计划总体设计埋下了失败的阴影。







F110发动机,核心机和737发动机CFM56共用,被太行强行移植,野蛮器官移植,出现严重排斥反应

为什么这么说呢?主要是GE这个高压压气机的压比太高,流量又偏小,压气机裕度很小,这导致了太行总体设计上一系列不合理的取值。比如说总增压比太高,第三代甚至第四代发动机大多设计压比都选择在20-30之间,比如AL31和F100,F404都在21-25之间,而太行追随F110达到了32,本来发动机压比高可以缩小发动机尺度,提高输出功率,但是,总增压比高导致压气机出口温度过高,太行的燃烧室进口温度比F100,AL31高了100多度,这意味着燃烧以后涡轮前温度也至少比这两者高100多度。

涡轮的耐温本来就是世界难题,别说高一百多度,提高10度20度都算一个不小的进步,太行总体上这个取值,首先就让我们遇到一个非常难以克服的困难。别看GE在F110多么可靠多么稳定,F110的前身F101可是扒鸡皇后,就是因为这个参数过高导致涡轮问题重重,GE技术水平高,花了10几年下死工夫用三代单晶叶片和双性能涡轮盘解决了问题,而我们呢?别说三代单晶,第一代单晶都弄不利索,太行最后被逼用定向凝固金属来实现三代单晶的设计,依靠复杂的冷却设计和加重加厚的涡轮设计,勉强通过了实验,太行高循环参数,发动机却并不轻,就因为这个原因,而后实际使用中,涡轮频频出现过热裂纹,甚至破裂飞散,太行于是有了喷零件的发动机的美誉。







太行发动机涡轮温度太高,载荷压力过大,高工况时候经常散架子喷零件,俗称小黎飞刀

仅仅是这个问题倒也罢了,你太小看太行设计师了。太行第二个严重问题是606在其所设计的所有型号上都遇到,至今没有能完全解决的一个问题,高低压配合。太行的设计采用核心机——主要部件单元体设计,实际上就是说,风扇和核心机是分开设计的,风扇低压和高压压气机的配合问题从一开始就一直需要解决,但是一直没得到解决。

太行都定型服役了,某一天某个研究突然发现,实际上风扇在某些状态下流速和压比根本没有什么裕度(俗称活动范围,调节范围),也就是说,后面的压气机理论上就无法正常工作,事实上太行是一种非常容易出现空中停车的发动机,从他定型开始应用开始,就频频发作,以至于单发战斗机J10只安装了飞了一次,就赶快拆下来送回工厂,以后再也不用了。而双发飞机J11B则为这个背了很多黑锅,好在双发飞机不容易两个发动机同时停,只要再启动可靠,还能勉强使用(更令人发指的是J11B这种双发飞机也遇到多次双发同时停车)。







太行遭遇大忽悠,国家定型实验弄虚作假,实验没做完就匆忙宣布定型,给用户带来了巨大的麻烦

上面说的问题还只是冰山的一角,在太行服役的前三年,爆发了非常激烈的故障和性能问题争论,以至于高层高度重视,专案专组调查这件事情,在此期间,空军海军委屈的提出了2万多个不同类型的问题和故障,这甚至超过了当初昆仑所创下的故障记录的总和的好几倍,眼看太行又要步昆仑的后尘了。

卧薪尝胆,忍辱负重,太行不太行这个结论出来以后,不仅是发动机研制单位受不了,发动机厂受不了,实际上整个空军海军也受不了,中国整个制造工业都受不了,奇耻大辱啊。这种情况下,空海军坚持要把太行搞下去,发展下去,坚决要求整顿航空工业整顿发动机工业,从2万多条问题入手,要求彻底解决太行不太行的问题

为了应对这个新的要求,研究所成立了三个独立的团队,分别针对太行的现状进行研究攻关,但三个组各有目标。A组是基于当前发动机,修正发动机目前的主要问题,让发动机实现可用的状态。太行架构其实蛮先进的,发动机设计推力高达129.97KN,排除了制造上的一系列工艺以及结构上的小问题,太行发动机采用俄罗斯AL31F的工作逻辑,降转限温,能有效提高发动机的寿命和降低故障的出现间隔以及概率,于是初版的发动机增加了俄式发动机的训练模式,和作战模式的主要区别是发动机被限制在最大转速的97%上,发动机最大推力从13吨降低到略低于12吨,只需拨动一个开关,发动机则可以恢复作战模式。







中国设计师眼光很高,除了美国发动机之外别的都看不上,但是经常忘记人家成功背后海量的投入。

B组目标则着眼于改进发动机的生产工艺以及重要部件的配合调整,最重要的设计修改可能来源于将DD6单晶涡轮叶片作为标准进行了批量化生产,此外对风扇也进行了一些设计修正,调整了可调静叶的设计和活动范围与规律,加强了FADEC(发动机电调系统,和汽车上的类似)的设计和性能管理,B组最终目的是实现发动机的基本可靠性,实现单发飞机可用的发动机状态,以及推力进一步增加到137KN。

第三个小组重点完全和前两个小组不同,他们重新研究发动机的基本组件,重点是全新的重新设计的风扇,应用三代单晶和双性能粉末盘的高低压涡轮,燃烧室,加力燃烧室以及尾喷管,这个小组要实现发动机更高的可靠性,寿命,可维护性能,以及超过145KN的最大推力。
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虽然太行发动机号称具有自主知识产权,可鲜为人知的是,这款发动机并非由新中国自主设计和研制,而是通过测绘仿制国外产品获得的技术。
上世纪70年代末,随着中国与欧美等国关系的逐步升温,中国开始接触到西方的先进技术装备。
1985年底,美国波音公司向中国交付一批波音737-300客机,同时该客机使用的CMF-56涡扇发动机也获得了美国的授权生产。
CMF-56涡扇发动机虽是一款民用航空发动机,但其核心机技术则来自美国F-101军用大推力涡扇发动机,整体技术性能相当先进。
中国技术人员还是通过种种努力对CMF-56发动机进行了拆解测绘,获得了该发动机的基本参数并逆向仿制了发动机的核心机技术。
至此,中国才具备了研制大推力涡扇发动机的技术基础。
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为迅速推进WS-10发动机的研制工作,国内设计团队决定以CM-56核心机为基础,参考AL-31F发动机的压气机、涡轮和滑油系统,研发WS-10涡扇发动机。
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中国歼-20疑似更换涡扇-15并成功首飞 观察人士:追赶美军30年前科技
2023年7月8日 21:35
陈筠
据称这架中国隐形战机J-20停放在四川成都某地。
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最近有迹象表明,中国最先进的第五代隐形战斗机歼-20疑似换上了期待已久的国产涡扇-15发动机并成功首飞,此举引发了包括军迷在内的外界的高度关注。分析人士表示,这对中国空军的意义,从科技上来说是一大飞跃,似乎可以跟美军F-22战机的发动机F-119一较高下,但是距离量产服役保守估计至少还要5年,况且中国追赶的是美国30年前的科技,也就是说,不论从科技还是空军整体战力上,中国其实跟美国还有相当一段差距。

《南华早报》7月5日报道,近期网上疯传的影片显示,1架中国歼-20黄皮机装了两台涡扇-15发动机,从四川成都飞机工业集团的试飞场起飞。这则消息虽未获得中国官方证实,但北京军事专家表示,该文未被官方审查,而是任其在社交媒体上自由传播,显示该信息是得到“半官方”的认可。他们指出,装上涡扇-15之后的歼-20在爬升时的机动性强得多、速度也更快,几乎和美军F-22和F-35隐形战机的美制F-119发动机不相上下。

视频中,试飞中的歼-20在跑道上经过14秒的滑行后,就以大角度离地升空。军事观察人士说,原先装了涡扇-10C的歼-20A从未向外界展示过这种起飞方式。而在飞机试飞完成后,跑道旁边还拉出了一条红色横幅表示庆贺,显示这架歼-20是有别于现役版本的新型号。尽管红幅上的字多被人群遮挡,但“15”和“A”等字样清晰可见,军迷因而研判这是一架装备了涡扇-15发动机的歼-20A型战机。

歼-20所配备的附加系统和隐形功能已达国际公认“第五代”战机的标准。第五代战机是指具备一定程度的隐形、可进行超音速巡航和高度整合航电设备的军用飞机。歼-20是中国首款符合此标准的战机,并极可能成为解放军空军和海军航空兵的主要装备。歼-20目前广泛采用的是涡扇-10发动机,涡扇-10新版的最大推力介于32000磅到35000磅之间。



推力增强

美国“动力(The Drive)”网站6月29日说,装上涡扇-15发动机的歼-20首飞似乎是在6月28日进行,其涡扇-15的推力比现有的涡扇-10多了4000磅以上,这将有助于歼-20在性能上显著提升。该网站说,如果这项消息属实,将是中国一项重大且期待已久的发展,也是歼-20和涡扇-15持续开发的一个重要里程碑。

中国航空工业官方微博在6月29日晚间发文称:“早成者未必有成,晚成者未必不达。不可以年少而自恃,不可以年老而自弃”,文中配图则为两架歼-20战机。

有网民分析,这条微博所说的“早成者”显然是指已停产的美国F-22战机,而“晚成者”则是中国的歼-20战机,“未必不达”说明了歼-20已经赶上F-22,达到了最初的设计指标。

澳门国际军事会会长黄东。(照片来源:黄东提供)
澳门国际军事会会长黄东。(照片来源:黄东提供)
澳门国际军事会会长黄东在接受美国之音采访时表示,中国军迷之所以如此开心,是因为中国终于有一个可以跟美国F-22的发动机F-119一较高下的动力出现,这对中国空军的意义就是基本上达到了世界水平。但他也说,现在美国最先进的发动机其实已经不是F-119了,而是F-35战机上面的新型涡扇发动机F-135的改良型。美国已经打算对F-35分批进行改良,对于新生产的F-35则会直接装上新的发动机。

他表示:“也就是说,中国其实跟美国还是有那么一个差距在上面。”

量产至少等5年

黄东表示,涡扇-15要先有核心机进行校准验证性能,才能从事后续的飞行试验。中国自2007年左右做出涡扇-15核心机,至今过了十几年才首飞,比外界预计的要慢很多。这也显示中国自制发动机的困难程度很高,从材料到整体设计并不如想像中容易,尤其动力环节一向是中国比较薄弱的部分。

他说,涡扇-15首飞过后还要面对很多的困难,包括设计定型,之后还要生产定型才能量产,“没有5年我看是搞不定”。

黄东说,世界上能做出高性能航空发动机的国家屈指可数,所以对中国而言,这确实是科技上的一大进步;但也必须承认,它跟美国仍存在一段差距,中国现在追赶的是美军30年前的科技。美国不会因为涡扇-15合体歼-20首飞而放慢脚步等中国发展,当中国新的歼-20量产服役时,美国“2030年空优计划”的第六代战机也可能已付诸实现,届时美中的差距又会再拉大一截。

他说:“所以要承认它(中国)有进步,也要承认继续存在那个差距,还要进行很多的风险试验才能够成功。首飞跟距离它装上真正的歼-20上面来服役,还有很远的距离。”

美国《动力》网说,根据媒体报道,涡扇-15发动机的推力至少36000磅,最终目标是达到40000磅的额定推力。其在最大推力上超过了美国F-119发动机,仅次于F-35战机装备的F-135发动机。F-22的两架普惠F-119在全加力时的最大推力约为35000磅;F-35A和F-35C 型号上使用的普惠F-135的最大推力高达43000磅。

美中存在差距

台湾前空军副总司令张延廷。(张延廷提供)
台湾前空军副总司令张延廷。(张延廷提供)
台湾前空军副司令张延廷在接受国之音采访时表示,歼-20装上涡扇-15后有两个特色,第一个是它的推重比增加了,达到10.8,这已达到世界水平。美国F-35上面的F-135引擎的推重比是11,两者旗鼓相当。这也意味着涡扇-15可以让歼-20在消耗较少燃油的前提下飞行更远的距离,并且在速度更快的情况下飞行更长的时间。

他说,第二个特色是翻修时程拉长。他说,涡扇-15的最大使用寿限究竟有多少个小时,是如F-119的8000个小时,还是如F-135的12000个小时,目前没有任何人知道,仍待后续实际验证。

台湾国防安全研究院中共政军与作战概念研究所副研究员舒孝煌在接受美国之音采访时表示,搭配涡扇-15的歼-20将可大幅提升作战能力,包括航程增加、在不开启后燃器的情况下跟F-22一样持续进行超音速飞行,同时挂弹能力也会提升。他说,这代表中国空军的作战半径将会扩大,但同时也为周边国家带来更多危险,不论是对台海还是南中国海,或是美军的海外基地,都将面临更大的威胁。

台湾国防安全研究院副研究员舒孝煌
台湾国防安全研究院副研究员舒孝煌
舒孝煌强调,推力增强对于第五代战机来说,当然是一个性能上面非常飞跃的提升,“但是推力其实只是战机发动机的一部分 ”,其他如可靠率、整体寿命、维修间隔都会影响战机性能表现和整体空军机队的妥善率与整体兵力。尤其,俄制与中国制的发动机一向最为人诟病之处,就是寿命没有美制发动机那么长,维修间隔也比较短。

偷美国科技?

舒孝煌表示:“(中国)另外一方面比较饱受批评的,就是在美中贸易战、科技战的这个端口上面最多的批评,它继续持续不断地在偷美国的科技。”

前几年,美国司法部公开的起诉书就指出,美国通用电气公司(GE,又称奇异公司)的前华裔工程师窃取蒸汽涡轮机的设计模型、工程制图与其他相关规格等商业机密。前美国国防部代理次长安德森(James Anderson)在今年3月接受美国福斯数位新闻采访时说,中国窃取美军机密,才能打造出“山寨版”的F-22第五代战机歼-20。

舒孝煌表示,西方国家的航空产业是一步一脚印,慢慢经过各种不同的实验去累积相关的经验,所以非常清楚这些技术是怎么来的,以及该如何应用以发挥最大效益。但中国窃取美方技术的好处固然是可以加快自身发展的速度,但坏处是拿到这些盗取而来的技术后,其实未必知道如何有效运用,所以中国很多新技术从发展到完全成熟、服役,可能需要很长的一段时间。

他表示,涡扇-10、代号“太行”的发动机其实就是一个非常好的例子,从研发到正式服役大概经过30年的时间,直到2016年歼-16才换用“太行”发动机,第四代重型双发动机战机苏-30也是这一、两年才更换的,至于可靠度要求更高的单发动机则更晚。

舒孝煌说:“中共一直到近期才有一些这个新的歼10-C使用太行发动机的纪录,然后中共自己的这个舰载战斗机还不敢用太行发动机,那多多少少可能对它仍然缺乏一些信心是有关联的。”

空战仍难敌美F-35

虽然有些媒体声称,如果中国200架的歼-20全部都换装成涡扇-15发动机的话,歼-20将会碾压F-35成为全球最强战机,但接受美国之音采访的军事专家们异口同声表示“绝无可能”。

舒孝煌说,美国空军采购F-35的数量是2000架,而且美国的盟友如日本、韩国、澳大利亚、新加坡,甚至连欧洲的德国也要采购F-35,等于未来的航太市场上,F-35可能会有3000架以上。大量的量产对于汲取经验教训和后续零件维修保养将有很大的益处,因为可以在后勤支援上达到统一规格,降低成本。

台湾前空军副司令张延廷说,先进的飞机发动机固然很重要,但未来空战决定胜负的关键有两个,一个是火控系统 ,一个是电子战,这两者美国都比中国强很多。他说,飞机只是一个载台,火控系统就像是传感器,这就好比一台有100G记忆体的先进电脑,但安装十年前的落后软体也没有用,这让歼-20在空战上仍旧无法跟F-35匹敌。
freemind
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美国普惠公司研制的F100军用涡扇发动机是世界上投入使用最早的推重比为8这一级的发动机。它的第一个生产型号 F100 PW 100用于 F 15战斗机(装2台),于1974年11月开始装备美国空军。与F100 PW 100 型 (简称100 型)推力相等的另一型号F100-PW-200(简称 200型)用于F 16(装1台),F 16于1987年底开始装备美国空军,估计到2010年,F-15与F-16仍将是美国空军的主力飞机。

F100-PW-100发动机在发展中,始终追求高的性能———高的推重比,相对地忽视了发动机的可靠性与维修性。因而在使用中带来比较大的问题,即发动机工作可靠性差,大大影响了飞机的正常使用。

到1979年4月约五年时间内,外场使用的发动机已有1100余台,累计工作时间约为二十五万飞行小时,却出现了大量故障,其中:风扇失速/悬挂失速47次,故障率为2.18次/1000EFH,涡轮工作叶片、静子叶片损坏47次,故障率为0.188次/1000EFH,主煤油泵故障60次,故障率为0.20次/1000EFH,加力燃油泵轴承故障10次,4号主轴承故障8次,以上各种故障综合后的故障率为2.688次/1000EFH;另外,它的电调装置可靠性也不高,平均故障间隔时间仅为150 EFH。



由于出现的故障太多,造成当年美国空军缺少90~100台F100发动机,补充备件需耗费约1.5亿美元,使F15 战斗机大量“趴地”,成为当时困扰美国空军的最棘手问题之一。美国空军不得不让GE公司利用用于B1轰炸机的F101发动机的核心机,发展一种用于F15、F 16与F100相竞争的发动机,即F110GE 100发动机,形成了由两家发动机公司同时为F 15与F16提供推力相当,但型号不同的发动机的局面,一直沿用至今。

当出现两种型号发动机为F 15与F16采用的竞争局面后,普惠公司深感F100PW 100可靠性不高带来的后患,于是,下决心进行改进。改进的途径是牺牲性能即降低推重比来提高可靠性。也即在保持原来发动机推力不变的前提下,将易出故障的零组件进行加强,使发动机重量略有增加来达到可靠性提高的目的,于是发展了推重比为 7.4、可靠性较高的F100 PW 220发动机,该发动机于1986年投入使用。

为考核F100 PW 220的可靠性与耐久性,在原来试验的基础上,补充进行了三种试验,即:4000TAC循环的加速任务试验(AMT),高 Ma下的耐久性试验与高周疲劳试验。参见“F100 PW 220———F100 PW 100的提高可靠性改型”。

F100 PW 220在通过这三种考核试验后,表明它在可靠性与耐久性方面均较 100 型有大幅度的提高,而且在外场不需对发动机的调节系统进行调节(因为它的FADEC具有自调特性),还取消了对移动油门杆的一些限制。



F110 GE 100发动机试验情况

F110 GE 100是GE 公司在它为B 1轰炸机研制的F101的基础上衍生发展的,用于美国空军F16C/D与F 15E等战斗机。在衍生改进中,先研制出一种称为F101用于战斗机的衍生型发动机,即 F101DFE,然后再发展成 F110的。在发展中,采用了类似于F100 PW 220的试验,即采用加速任务试验。表2中列出F110与F101DFE 试车时数与循环数。



表2、F101DFE与F110发动机试验情况统计由表2可见,F110加速任务循环积累的时数多于F100 PW 220的,它的11285TAC循环,按每年工作250h与每小时相当2TAC循环计,相当外场工作22年。

根据投入使用后2.5年的时间看,F110的可靠性远比F100PW 100的好,例如,非计划返修率,F16上用的F110发动机为2.8次/1000EFH,而F100发动机为16.9次/1000EFH;用于 F15C/D的F100发动机为6.0次/1000EFH。

F414发动机试验情况

F414发动机是美国GE 公司为满足美国海军对F/A 18 战斗/攻击机进行性能改进,发展最新型号 F/A18E/F的要求,在 F404与 F412的基础上发展的一种新型号发动机。与F404发动机相比,F414的推力增加了35%,推重比由F404的7.5加大到9.0。



F/A 18E/F 战斗/攻击机于2001年进入服役,它是美国在20世纪末投产的唯一新型战斗机。为了尽量减少F414投产后的更改设计,提高可靠性,也为了减少费用和风险,GE公司与美国海军为F414安排了一个广泛的试验计划。这个计划与F100 PW 220的试验项目,又有较大的改进与发展,代表了20世纪90年代军用发动机的试验计划。

该试验计划中,包括全尺寸的部件试验与整台发动机试验。具体内容有:全尺寸部件试验,首台发动机试车(FETT,FirstEngineToTest),首飞前定型试车(PFQ,PreliminaryFlightQualification),首飞及飞行试验,小批量投产定型试车(LPQ,LimitedProductionQualification)及大批量投产定型试车(FPQ,FulProductionQualification)。

FETT 前的全尺寸部件试验是减少风险的关键措施。由于高压涡轮是在F412 相应部件基础上发展起来的,其性能已在F412试车中得到验证。因而在F414部件试验中未试验。除高压涡轮部件外,F414的全尺寸部件试验包括了风扇、高压压气机、燃烧室、低压涡轮、加力燃烧室和可调喷口。

在F414的整机试验计划中,地面试车用14台发动机(另有10台备份发动机),飞行试验用21台发动机(7架飞机)。首飞前试车累积时间6523h,总的地面试车时间达到10164h。虽然这个计划与1977年开始的 F404 GE 400的试车计划有些相似(F404地面试车用14台发动机,10台备用发动机,总试车时数为9532h),但在实质上却有较大差别。



首先,F404试车计划是按 MIL E 5007D的规定安排的,即只有飞行前评定试验(PFRT,PreliminaryFlightRatingTest)与合格鉴定试验(QT,QualificationTest)两项,而F414有前述的 PFQ、LPQ、FPQ三项。F404从FETT到 QT 完成花了约2.5年时间,而F414到完成PFQ将用5年时间(即由1993年起到1997年底)。其次,F404的持久试车进行了PFRT中的60h与 QT中的2台每台两个150h,共660h。而F414持久性鉴定试车的苛刻度则大大提高,即在有进气畸变条件下进行300h加速模拟任务持久试车(ASMET,AcceleratedSimulatedMissionEnduranceTest),试车前后还要进行45h的高周疲劳上下“台阶”试车。

需要指出的是,ASMET与 MIL E 5007D 中PFRT 的60h持久试车与 QT 的两个150h持久试车的试车程序完全不同,前者比后者要复杂与苛刻得多。第三,官方进行的 LPQ试车已从300h(即QT 的两个150h)增加到1000h,而且在它的前后还要进行上下台阶试车。官方的FPQ 试车也是1000h,且试车的发动机热端部件需用经过LPQ试车后的零件。1000h的 ASMET试验,相当4000TAC循环的 ASMET。

F414试验计划中的分阶段与试验内容基本是按 MIL E005007F(AS)规范的规定进行的,但比它的要求还要严格些。MIL E 005007F(AS)是美国海军在 MILE 5007D的基础上修订的《航空涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机通用规范》,于1988年1月1日颁布实施的。

在 MIL E 005007F(AS)中,PFQ中的持久试车是60h的加速模拟任务持久试车ASMET,在其前后还要进行上下台阶高周疲劳/推力瞬变试车各5h 时;LPQ 阶段中进行两种持久性试车,一种是300h的 ASMET持久性验证试验 DPT,其前后各进行上下台阶高周疲劳/推力瞬变试车各25h;另一种是1000h的ASMET试车。在FPQ阶段进行1000h的ASMET。

显然,与前述的MIL E 5007D 中规定的PFRT、QT两个阶段及其试验内容来比,新的规范要严格得多,反映在试验内容与条件上也大为不同,试验时间也长得多。但是,由前述的F414试车计划看,F414的考核内容与时间,比新规范的规定还要多,其目的就是要在发动机发展试验中,严格考验发动机,尽早暴露一些可能存在的缺陷,达到提高可靠性的目的。



定型后加速循环耐久试验

发动机在定型或取得适航管理当局例如美国FAA颁发的适航证后,试验工作特别是加速循环的试验仍不停止,以进一步暴露发动机中隐藏的问题,进行改进,提高发动机的可靠性。

例如,普惠公司推行的“定型后加速循环耐久试验”(PACER,Post CertificationAcceleratedCyclicEnduranceRunning),国际航空公司(IAE)的“领先于机群”(LeadtheFleet)计划均属于此类试验。这种试验虽然称为定型后的试验,实际上为了更快更早地发现问题,有些发动机在研制中,在定型前就采用专门的发动机进行此项试验。

例如 CF6发动机在投入航线营运前的1.5年已开始执行此项试验计划,到该发动机正式投入航线营运时,已积累了3600多个循环,相当一台发动机正常航班运行2年的服役期,该计划要完成20000个循环。JT9D 7R4的PACER要进行19000个循环,每个循环相当1~5个航班循环。

IAE的 V2500发动机于1989年5月投入营运,在它的发展计划中,安排了“领先机群”的试验计划,该计划于1990年中开始执行,用1台发动机在德国的 MTU公司试车台上,完成了9200次模拟飞行试车,也即在地面上模拟飞行条件进行试车,超前于使用发动机的服役期,9200个模拟飞行任务相当于提前于机群使用的三年。试验后分解检查,在30000件零件中,只有15件零件需更换。



根据试验结果,对这些需要更换的零件进行分析,修改了设计。换上修改的零件重新装配后再继续进行“领先机群”的试验,预计要累积14000次飞行,以提前于使用使发动机暴露问题,并予以解决,避免在航线使用中出现问题,以提高发动机可靠性。

PW4000发动机在研制中,提出的PACER计划,规定了它的任务或目的是: (1)在使用发动机前积累循环数; (2)先于使用,发现并解决出现的问题; (3)在涡轮上限温度下试验,加大试验的苛刻度;(4)在含盐大气中试验,考验发动机零件的耐盐腐蚀性能。

PW4000于1987年6月20日投入航线营运,同月开始了PACER 试验,到1989 年5 月,有8台发动机参与PACER的试验,通过 PACER试验,暴露了一些问题,经过分析后相应地采取了一些改进措施。

GE 公司在发展GE90的衍生型 GE90 115B 时,也采用类似的定型后加速循环耐久试验,他们称之为“GE90 115B成熟化试车计划”,该计划始于2003年年中,为期四年,将使用3台发动机,领先于机群发动机模拟并评估发动机在航线使用20年的情况,便于及早发现可能在航线使用中出现的问题,并及时采取相应措施,提高发动机的可靠性与维修性(参见“GE90发动机的发展与设计特点”)。



军用发动机中,同样也采用了类似的试验,例如F100 PW 220发动机于1986年7月装备部队投入使用,但它的PACER试验于1985年已开始进行,到1987年8月完成了8000个循环。
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