斯贝发动机传奇

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Re: 斯贝发动机传奇

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说起WP14的问题,除了高低压不匹配,吴大观文章里面还说的问题是结构很不合理,真是一言难尽,其实WP7的结构是很经典的,真是顺着WP7的结果改压气机,保留中介机匣和高低压进出口导流板结构,可能问题不一定会有。也不知道是哪个天才的灵光一现,大概可能是参考了神棍嘴里牛天牛地赶超变循环发动机的涡扇6吧。
说到涡扇6和涡扇6甲,参数真的很对标D30F6和D30KP2,但是毛熊用155公斤的空气流量0.55的涵道比干到了155KN的推力,涡扇六同样的流量1.0的涵道比只有122.3,差距还是明显的。实验室里的WS-6G涵道比0.63(大概是参考了斯贝吧)也只有138。
涡扇8是真可惜了,可惜西安和上海红旗厂,一个有涡扇9,一个厂里面的人都去混汽车业或者炒地产了,也没人来写小作文了,可惜了这个完成了1200小时寿命试车的发动机。说实话,就算涡扇8只有85KN,也要比WP-8要好,差2000KG推力其实还是要看高度推力曲线的,如果仅仅起飞推力不够,什么火箭起飞助推器之类也可以考虑,更不用说还有楼主推荐大推力的JT8D可以抄!
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中国航空发动机简史——开启中国航空的喷气时代:涡喷5

超音速锅炉
2021年08月07日 23:20
涡喷5



牌  号 WP5
用  途 军用发动机
类  型 离心式加力涡轮喷气发动机
国  家 中国
厂  商 沈阳黎明机械厂、西安红旗机械厂
生产现状 停产
装机对象 国产歼5系列战机、轰5系列轰炸机
研制情况
涡喷5是-种离心式加力涡轮喷气发动机,1954年中国从苏联引进ВК-1Ф专利制造权。1956年由沈阳黎明机械公司仿制成,1964年转产西安红旗机械厂,1966年转产定型,并投入批生产。为适应不同的使用要求,满喷5有非加力改型。截至1985年各型涡喷5共生产7,043台,一次翻修寿命为200小时。1985年单台价格约为10.2万元人民币。
截至1985年涡喷-5系列发动机停产,沈阳航空发动机厂和西安航空发动机厂共生产9658台,主要用于米格-15系列和国产歼-5系列战斗机。涡喷-5发动机的研制成功,标志着中国航空发动机工业已从制造活塞式发动机时代发展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。涡喷-5是我国生产的第一种航空喷气发动机,由苏联ВК-1Ф发动机仿制而成,适用于歼-5、轰-5飞机。该系列发动机的仿制成功,是我国进入喷气时代的重要标志。
涡喷5甲、乙、丁(WP5A、B、D)涡喷5的非加力改型,它们与加力的涡喷5的区别是,除不带加力燃烧室外,在延伸管、飞机附件传功机匣和操纵系统等方而也有些不同。
1954年4月,我国引进苏联米格-17战斗机生产技术,仿制成功后定型为歼-5。ВК-1Ф作为飞机发动机,一并开始仿制。沈阳黎明发动机公司按苏联提供的资料和技术设备,于1956年6月通过试车鉴定投入批生产。
涡喷-5技术特点为单转子、带加力,离心式压气机,是世界第一代喷气发动机,技术渊源起于英国,时间距离只有十年。
结构和系统
进 气 道 通过前后导气圈周向进气。导气圈由3个导气盆及48个导气片组成。
压 气 机 双面进气离心式压气机,由前后导气圈、前后框架、压气机机匣和离心叶轮等组成,前后导气圈用来初步扭转空气以减少进入导风轮气流的相对速度及损失。前后框架由铝合金制成,各有两个安装座,彼此用18个支柱联接。压气机机匣是主要承力件,由机匣和机匣盖两部分组成,并构成叶轮的工作室。机匣及机匣盖均系铝合金铸件,机匣盖与前框架一起用螺帽固定在机匣的螺桩上。后框架直接固定在机匣上。机匣外缘有9个等距分布在圆周上的出气口内有叶片式扩压器。压气机叶轮由工作叶轮和前后导风轮组成。双面工作时叶轮每面各有29片径向叶片,导风轮也各有29片与工作叶轮叶片相重合的径向叶片。
燃烧室 直流式单管型燃烧室,9个单管燃烧室与发动机轴线成19°夹角,并沿圆周均布地安装在压气机机匣和燃气收集器之间。每个单管燃烧室主要有外颈、外套、火焰筒、传焰筒和工作喷嘴组成。颈是铝合金铸件,其前安装边用螺栓固定在燃烧室进气管安装边上,后安装边用螺栓固定在外套安装边上。外套由圆柱和四锥两段无缝钢管钎焊而成。前段与颈相连,后段钎焊有球面封严圈,插入燃气收集器内火焰筒由很多零件组成,彼此用滚焊联接并分为前中后三段,前段含有锥形进气口和火焰筒颈,中段含有圆柱段和中介段,后段含有后锥段和安装环。燃烧室之间用联焰管相互连通。在第3和第8燃烧室上各装1个启动喷嘴。
涡 轮 单级轴向反力式涡轮,由燃气收集器、导向器、涡轮;涡轮外环和涡轮转子等组成。燃气收集器由收集器座、9个转接安装圈、9个燃气导管、收集器、收集器盖和集气外环等构成。导向器由内外环和54片导向叶片组成。导向叶片分为两组,每组27片,一组为铁基合金制成,另一组为高温合金制成的加强型面,涡轮外环由耐热钢制成,两端均有安装边。前端固定导向器外环,后端联接加力燃烧室。涡轮转子由花键轴和带叶片的涡轮盘联接构成。钢制涡轮盘轮缘上有枞树形榫槽,装有GH33耐热合金构成的62片工作叶片。
加力燃烧室 由扩压段、收敛段和调节喷口等组成。扩压段是锥形,它和内锥体形成一环形扩压器,其中装有GH30耐热钢板制成的V型槽式火焰稳定器。在其底座上装有24个离心式工作喷嘴,并用4个支臂固定在扩压段上。环形段用于连接扩压段和收敛段。它用于实现辅助燃烧的。同调节喷口相联结。调节喷口由8片调节片和带有3个滚轮的调整环构成。调节喷口只有张开与关闭两个位置。
控制系统 采用液压机械式燃油控制系统。发动机工作状态主要是通过离心式调速器等进行控制。加力燃烧室工作时,通过液压传动机构实现对喷口的调节。它由3个承力的液压动作筒、电动开关和导管等组成。为保证3个作动筒工作协调,在液压系统中装有3个定压嘴进行调整。
燃油系统 两个单独的燃油系统,即直接给发动机供油的主燃油系统和往加力燃烧室供油的加力燃油系统。前者包括柱塞式主燃油泵ZD-9、自动分布器FB-4、油滤、总管和9个离心式工作喷嘴。还有电启动油泵XB-17和两个起动喷嘴,后者包括柱塞式加力油泵ZD-14、分布器FB-5,加力总管和26个加力工作喷嘴。
滑油系统 压力循环式滑油系统,由油箱,滑油泵、油滤和减压活门组成。允许滑油消耗量不超过0.7L/h。滑油压力3公斤/厘米2
起动系统 复激器板直流电动机带动发动机启动。

涡喷-5系列改型:
涡喷-5甲 沈阳黎明发动机公司于1957年仿制的ВК-1А发动机,命名为涡喷-5甲。1963年开始转到西安航空发动机公司生产,1965年6月首批涡喷-5甲通过考核验收试车,8月投入批生产,用于轰-5、轰教-5及轰侦-5飞机。


5 - 中国制造的轰炸机型(在机体结构上,将苏联伊尔-28飞机的两半扣合的结构改为普通结构。发动机以涡喷-5甲取代苏制BK-1A离心式涡喷发动机。采用轰-6的尾炮塔,机尾结构有一些变化。)

轰-
涡喷-5乙 西安航空发动机公司于1966年试制成功,用于米格-15比斯飞机。

2012年10月在中国北京大唐山中国美术馆展出的歼5战机(衍生自苏联米格17)


涡喷-5丙 西安航空发动机公司于1976年试制成功,用于米格-17飞机。
涡喷-5丁 西安航空发动机公司于1965年试制成功,用于歼教-5飞机。

中国单发歼击教练机歼教5。


技术数据
加力推力
3380公斤
(11560转/分)
加力耗油率
小于2公斤/公斤/小时
最大推力
2700公斤
(11560转/分)
最大耗油率
1.07公斤/公斤/小时
额定推力
2400公斤
(11200转/分)
额定耗油率
1.06公斤/公斤/小时
巡航推力
2160公斤
(10670转/分)
巡航耗油率
1.05公斤/公斤/小时
推重比
3.82
直径
1273.5mm
空气流量
48.2公斤/秒
长度
2779mm
总增压比
4.36
重量
884.5公斤
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Re: 斯贝发动机传奇

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早期探索过涡喷6改涡扇——涡扇5。单转子,无加力,后风扇式,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。缺点很多,不实用,放弃了。涡喷改涡扇并不是不行,主要问题还是当时我们自身技术力量薄弱,技术储备不够,关键的涡喷本身没有摸透,所以改涡扇也就改无可改。至于研制型号的目标导向是另一个问题。而技术能力到位的就可以改了,美国普惠公司早期有两款涡扇发动机都是从涡喷型号改出来的。一个是用于波音707的JT3D发动机,这个我们还仿过,编号涡扇8,不成功放弃了。它的原始型号是早期用于波音707的JT3C涡喷发动机,而JT3C的军用型号叫J57,大名鼎鼎的B52就是靠它飞上天的,使用这个型号的还有F-101、F-102、KC-135,F8U、F4D、F5D和A3D等。JT3D把3C的前三级压气机换成了两级风扇,加大了3C的涡轮出口级直径,并增加了第四级涡轮。57年设定方案,58年开始研究,60年投产。61年翻新寿命800小时,65年就达到了5000小时,71年接近2万小时。这翻新寿命恐怖吧,简直是前无古人后无来者。二个是用于波音737-200的JT8D发动机,我国83年进口的第一批波音737就是装的它,后来引进生产的MD82和MD90也是用的它。JT8D,1964年首飞,前身是J52涡喷。J52主要是A4攻击机用的,也配装过早期巡航导弹。把J52的前一级压气机改成两级风扇,增加了两级涡轮,外面包了一圈和发动机等长的环形外涵道。如果说这两型的涡喷改涡扇都是民用,不能给战斗机用,不算啥,那是不对的。瑞典的萨博37战斗机就是引进的JT8D发动机,直接增加了加力段,有两型,编号RM8A/RM8B。A型推力6.7吨,加力11.8吨;B型推力7.3吨,加力12.7吨。重量分别是2.1吨和2.3吨。推力和推重比和同时期的苏联R29基本上是同水平,但是它终究是一台涡扇,正常推力状态油耗区别很大。
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通常来说,涡扇发动机的核心机可以看作一台不加力的单转子涡喷发动机,但不能反过来说涡喷发动机就是涡扇发动机的核心机。涡喷13是双转子涡喷发动机,本身也是由低压部件和核心机组成的。题主说的把它改成涡扇,大致来说有两种方案:一是把它的低压压气机流量放大,增加外涵道,变成涡扇发动机。二是利用其核心机,另外配低压部件成为新的涡扇发动机。一个一个来说。方案一,假定循环参数不变,低压压气机流量放大,功就大了,原来的低压涡轮肯定就带不动,需要重新设计一个做功能力更强的低压涡轮,这个涡轮的难度肯定比原来的大。涡喷13用的是收敛喷管,说明喷管落压比不大,提高涡轮做功能力,留给喷管的落压比就更低了,单位推力肯定就降低了。涡喷13的3级低压压气机,变成风扇后就是3级风扇,估计是2点几的压比。低压涡轮出口总压不知道是多少,肯定比原来低,如果和风扇出口总压差异较大,就没法掺混。不混合就不能进加力燃烧室,不带加力?进一步降低单位推力,看你这发动机搞来干啥了。方案二,原理上说不是不可能,不过以这个六十年代的水平的部件和材料来说,这样搞一个涡扇,继承了三个低水平的部件,还要设计风扇和低压涡轮跟这三个部件匹配,循环参数低,新的技术和材料能力也发挥不出来。设计这么个低水平涡扇发动机图啥呢?当然方案一也有同样的问题。
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普惠把JT3C改JT3D,两级风扇换三级低压压气机,第二级低压涡轮扩大再加新的第三级低压涡轮。
斯奈克玛M53,发展自“阿塔”
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涡喷13气压机级数过少,并且单级增压比过大,所以改进潜力小,也不适合改涡扇。涡喷13 高压5级太少 总压比不高 不适合改涡扇
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普惠公司的多转子技术(转载)

超音速锅炉
2021年08月11日 14:10
出处:《美国飞机燃气涡轮发动机发展史》,航空工业出版社,James St Peter 著

与弗兰克•惠特尔爵士和冯•欧海恩博士承担的早期工作不同,美国航空燃气涡轮技术的下一步发展是在已有的航空发动机公司内完成的。欧内斯特• “峭壁”•辛普森,空军航空推进实验室(1998年更名为空军研究实验室推进技术部)涡轮发动机分部主任,讲述了空军怎样看待当时航空燃气涡轮技术的状况:
40年代末,空军推进团队聚在一起,讨论过去确定的优先发展事项中目前的进展情况。尽管有多项成果还未装备或投入使用,但寿命指标改进进展顺利,且改进速度非常快,这至少对启动攻克涡轮发动机第二大“致命伤”因素——燃油利用的计划打下了坚实的基础。既然坚持要把质量融入进下一个机械奇迹中,我们就应充分利用工业界的能力来研究和设计发动机……
与现有发动机相比,如何将性能提高25% ,从理论上确定较为容易,难题是把这个假设变为现实。能被空军认可的有能力执行合同的研制团队的确定是我认为最有趣的事情。当时,能生产大型飞机推进装置 的制造商共有5家,他们分别是:GE公司、普惠公司、柯蒂斯-莱特公司、西屋电气和通用汽车公司艾利逊分部。他们均准确地完成了热力分析和初始设计;但是,根据基本上完全相同的一套工程研究数据中得出了两个不同的结论。所需发动机的推力约为10000磅力。一个推重比为3,耗油率最低的方案最后胜出。从热力学分析来讲,通过利用高效率部件,保持相同的涡轮进口温度,主要是通过压比翻倍,就可实现25%的改进。普惠公司有一种方案,其他各公司有另一种方案。GE公司给出的意见与普惠公司完全相反,最后他们的方案胜出。
普惠公司的意见可总结为12.6的压比为最优,而其他各公司认为压比为6就可实现燃油消耗10%的改进。压比为6这一数据是通过研究泄漏对循环选择的影响得出的。GE公司认为利用一个假设的孔就可完成泄漏研究。注意:当压力升高时,泄漏量会增大;不仅仅是泄漏量增大,当压力升高时,每单位泄漏量的损失也增大。如果泄漏特性选择与当前最佳泄漏特性相一致,最优压比就约为6。这是业界4/5的公司表达出来的强烈的声音。而普惠公司的结论是更好的气密封是必需的, 12.6是最佳压比。在持续争论“该死的涡轮和布雷顿循环”8年之后,普惠公司重新回到了原来的地位,成为比其他任何发动机制造商都更优秀的公司。
在美铝集团荷迈特(Howmet)分公司下属制造杂志《关于铸造》的一篇文章中,莱昂纳德•卢克•霍布斯向作者哈维•李本科特描述了1949—1950年间普惠公司怎样评价他们所处的地位:
我们面临非常严峻的形势,不仅比其他公司落后5年,而且其他公司还可利用他们在蒸汽轮机领域多年累积的经验。我们在参加一场很残酷的赛跑。我们认为仅达到他们的设计水平相当是不够的,要赢得这场比赛,我们必须跳跃式前进,提出远超他们所想的先进方案。
普惠JT3/J57涡喷发动机的设计和研发
1946年3月,霍布斯的新技术和研究团队刚完成PT2的设计,P&E公司就开始“下一步”发动机的设计,他们把它命名为JT3-6。P&E公司选择了一个推力为7500磅力的设计目标。JT3-6的详细设计始于1947年5月。发动机釆用了等直径设计,直径为36英寸,压比为6。
1946年春,普惠公司的R.G.史密斯和W.H.森思研究了双转子压缩(两个压气机,每一个有自己的涡轮驱动,与普莱斯L-1000中采用的变速与单涡轮结合完全不同)这一想法。为什么采用双转子? 双转子概念是处理涡轮发动机非设计性能问题的两种方法之一。涡轮发动机被设计成巡航时高效工作。但喷气飞机并不是以一个恒定的速度飞行。当单个压气机以低于或高于设计最佳值工作时,就会造成功率下降和燃油消耗量上升。其挑战是要求发动机设计具有性能的灵活性。在改变速度和功率设定值时,双转子发动机可保证发动机以接近最佳值的状态工作。
安德鲁•范迪安实验室全套设备的建立是成功完JT3研发的关键。1946年末,莱昂纳德•霍布斯意识到普惠公司现有实验室和试验设备不能完全满足飞机燃气涡轮设计、研发和试验的需要。他找到联合飞机公司(United Aircraft Corporation)董事会,建议建设价值150万美元的实验室和试验设备。这是一个非同寻常的要求,其提议的费用已超过了公司的总净值!尽管经历了激烈的讨论,最终董事会批准了这一请求。实验室以普惠公司的首席专家安德鲁•范迪安的名字命名,设备建设始于1947年3月。这套设备为发动机整机和部件试验提供了关键的基础设施。利用这套设备,发动机可完成飞行速度达马赫数3、飞行高度为90000英尺、全天24小时的模拟飞行试验;可按几个比例条件,再现高空状态。1950年7月设备建成,准备为JT3工程人员提供支持, 这时他们已完成了多个部件的研发。
理查德•科尔,联合按术公司已退休的前执行副总裁,谈到了普惠公司工程部负责人莱昂纳德•霍布斯是怎样筹集资金,为后来著名的 J57提供支持:
海军上将哈里森,海军航空局办公室主任给合同方发了一封信,询问就喷气发动机下一步他们有何想法。哈里森的要求并未得到普惠公司高层管理人员的重视,但在被丢进垃圾筐之前我看到了这封信。其后不久,海军宣布J40研发的合同承包方为西屋电气,J40是空军GE J47的 放大版。听到这个消息,在康涅狄格州的霍布斯大吃一惊,他冲到华盛顿州去见哈里森,并且质问,为什么不给每个人一个公平竞争的机会就把合同签了?哈里森回答:我给了,但你一直未回信。卢克认为没有希望让海军支持普惠公司自身发展的工作,他必须马上得到空军的支持, 得以走到海军的前面。在哈佛大学和麻省理工学院顾问的帮助下,经过 3年的研究,普惠公司的涡轮团队已得出结论,推力达10000马力,压 比为12的轴流式喷气发动机将成为这场游戏中的胜利者,与J47相比 其推力将高出40%,而油耗则下降20%。于是霍布斯来到莱特基地, 并且私下向空军主管将军建议空军为普惠公司新发动机提供资金支持。 当然,目的是阻止海军先得到更好的飞机。
空军的将军未答应,理由是如果我们复制一个明显类似于海军的计 划,国会将不会批准。经过多次讨论后,霍布斯和空军的将军达成协 议,开始一个新的发动机研制。作为涡桨发动机计划,该计划看起来不 会像海军工作的复制。同时,空军将让波音公司设计以涡桨发动机为动 力的B-52轰炸机,就采用这种新发动机,以代替B-47。然后,一旦 烟消云散,空军将让波音公司改变方向,设计采用涡喷发动机的 B -52;普惠公司的涡桨计划也将改变方向,采用其高压比压气机为 B-52研制推力为10000磅力的喷气发动机。这是一条可以获得通过的途径,除加速这个计划外,在普惠公司完成涡桨到涡喷的转换前,空军让波音公司以J40为基础改为涡喷设计。
这是霍布斯第二次把普惠公司从被漠视的境地中挽救回来,他也非 常自豪这个他称之为“花招”的计谋。但霍布斯是个很低调的人,当 时真正发生了什么,几乎很少有人知道。
科尔继续说道:“尽管这听起来好像空军是得到了政治上的鼓励, 去走B -52/J57这样一条设计路线,事实上做出这一决定是有工程基础的,并且计划得到了空军技术团队的全力支持。”这一点也得到了当时莱特-帕特森空军基地空军动力装置实验室涡轮发动机部主任辛普森的证实。
普惠公司在涡桨设计中釆用双转子的理念始于称为PT-4的发动机,工程协议日期为1947年9月2日。陆军航空兵称这款发动机为XT45。根据合同要求,研发一款功率为10000马力的涡桨发动机,该发动机采用13级轴流式压气机,压比为8。但PT-4的设计研发就是要确保其很容易转换为涡喷的形式。因此,1948年当空军更改技术指标,要求其改为推力达10000磅力的大型、双转子涡喷发动机时,PT-4变为JT-3。
在助理总工程师佩里•普拉特以及他的技术和研究团队(直接向霍布斯汇报工作)的指导下,新JT3-8涡喷发动机的设计工作于1948年3月8日正式起动。机械设计由普惠公司首席专家安德鲁•范迪安负责。尽管波音公司帮助游说议员,让涡喷发动机作为XB-52的动力装置,但并未承诺采用普惠公司的发动机。波音公司告诉空军,在新JT3 设计或西屋电气的J40设计中选其一,因此针对新轰炸机的发动机,普惠公司现在有了一个竞争对手。以提高功率和降低耗油率为基础,公司专注于空军JT3的研发,并承诺原型机起飞时推力达到8700磅力、耗油率0.795磅/ (磅力•时),最终的耗油率为0.76磅/ (磅力•时)。 普惠公司强调降低耗油率可增加B-52潜在的航程。

JT3-8是第一款进行试验的JT3型发动机。1949年6月27日完成了首次试验,但由于封严泄漏、压气机的缺陷以及错误的设计方法,造成发动机过于“笨重”,其产生的推力仅为6500磅力。接下来的一款JT3-10A,气流泄漏损失达15%,这造成了总推力的下降以及燃油消耗量的上升。比尔•冈斯顿讲述了初次试验的情况:“尽管发动机已设 计制造出来,但试车台试蓝结果表明其性能极差,主要是因为高压压气机叶片非常小、涡轮盘的设计极差以及超重。”
1949年5月5日,负责先进型发动机的助理总工程师佩里•普拉特和霍布斯建议抛弃JT3-10A的设计,进行完全不同的设计。随后的一个月空军同意重新设计。
普拉特和他的团队完全重新设计JT3。在JT3-10B中他们采用内径恒定的转子盘代替以前型号中外径恒定的转子盘。这一改变克服了旧设计中的泄漏和压比损失。内径恒定转子提高予效率,并改善了封严特性。压气机整个外部收缩在高压端,发动机重量减轻了 600磅。 还有一个改进是细腰设计,有利于发动机附件的布局,缩小了吊舱的直径,相应地减少了吊舱的阻力。这种新的设计图样发放给试验部门,1949年10月1日开始新发动机的制造。12月1日,空军订购了18台YJ57 - P - 3原型机,技术指标规定推力为8700磅力,12月6 日,第一套图样提交给生产部门,开始生产原型机。从重新设计来 看,普惠公司在设计和研制之前的试验硬件建设上所花费的460万美元是值得的。
在重新开始设计8个月之后,1950年1月21日新发动机开始试 验。重新命名的JT3 -10B,现在普惠公司称之为JT3A,空军称为J57(如图9-1所示)。新发动机仍然有问题,主要是轴承和压气机叶片振动,花费了3年的时间才解决这些问题。空军坚持看好这款发动机。辛普森讲述了在这个时间段空军是怎样处理的:



图9-湛J57涡喷发动机剖视图





之前的动力装置实验室决定继续研制T45 (一年后被更名为J57)O 在接下来的3年,我们不断听到从业界其他4家大公司传出了的闲话, 他们一直试图证明我们是在往一个显而易见的老鼠洞里填沙子。此外, 上层(空军高级指挥)听到4个出局者(其他4家发动机公司)有比 我们所获得的更多的承诺。我们没有求助其他资源,只是深挖潜力,并 保持我们所能做到的最好。在面临多数意见、孤立无援的情况下,我一直很敬佩陆军上校拉斯•明蒂和奥佩•切诺维斯所做的决定和他们的勇气。这真是那种情形,除我以外,每人都迈出一步。
1951年中期,我们深深理解了勒克瑙市幸存者们(1857—1858年 印度兵变时期勒克瑙市被围攻)听到远处管道冲突时的感受。当时我 的一项日常工作就是分析,我们最痛苦的事情之一就是证明我们是 “愚笨”“不称职”和“无能”以及其他一些让人很不愉悦的称号。尽 管我多次到前方办公,但很明显他们不能忍受这种解释,因此反复倾听 成了我的工作。我们两个人坐在一间小会议室里,发言者背对着门,当 “终极愚笨的证明”发言进行到三分之一时,约翰•科伊尔来到大厅, 手里拿着一张标准电话卡走进了指挥办公室。当他出来后,他看见我, 并把电话卡给我。上面是约翰的笔迹:“J57昨晚进行了试验,推力 9000磅力,耗油率0.80磅/ (磅力•时)。”我一边看一边问道:“这是 试验数据,对吗?”回答说:“对!”我把电话卡交给折磨我的人并说 道:“我再也不想听你说了。”好像一块大石头一下就从我身上卸掉了。 但那个家伙却有22年没和我说话。
只过了几个月的时间,GE (1953年2月29日,J79)、艾利逊(J35 - A -23和后来的J71)以及柯蒂斯-莱特(J67,最初布里斯托尔(Bristol) 公司的奥林巴斯(Olympus)发动机)也提出了高压比涡喷发动机;西屋电气从未尝试这一工作,该公司持续关注压比为6或7的涡喷发动机。
试验推力达到9000磅是1951年3月9日的事情,当时J57完成了50小时的试验。理查德• 科尔谈到了J57研发过程中遇到的一些问题:
双转子并不是研发中真正的问题,轴承和封严才是难题。尽管J57 不是不会遭遇失速,但它足够结实,能承受上百次的失速。相反,其他某些轴流式发动机在一次硬失速后就得返回工厂。当J57进入原型机生产时,我坚持继承其控制和燃油系统。该发动机有一个缺点,在J47上也同样存在,即采用真空管电子控制。由于其有上百个(也许上千个)元器件,从理论上讲控制系统不可能达到高可靠性,这一事实很快在首 批B-52飞行中得到了证实。按空军试飞员盖伊•汤森德的话:“我从 未有过8个发动机起飞的经历,一般都是7个发动机。你不知道是哪7 个,但它们总有一个出故障。”我们尽力设法保持原型机飞行,但很快,采用液压机械式控制的生产型发动机就取证了,这种控制系统在 J42和J48上都工作得非常好。
压缩系统
最初的J57/JT3以钢为材料,后来的改型低压压气机采用钛。J57进气量超过200磅/秒,压气机相应较大,前几排叶片几乎为涵道风扇直径。低压压气机有9级,在高压压气机处压气机机匣缩减为约27 英寸。高压有7级,空气流量约190磅/英寸2,温度达460℃。双转子压气机要求两个同心的驱动轴,分别与低压、高压涡轮级相连。高 压涡轮和后压气机间的管子完全笔直朝前,但低压(后)涡轮和低压 (前)压气机间的驱动轴造成了一些问题。由于低压轴位于高压轴的内部,其直径受到限制;因此,如果要想实现一个合理的驱动,后涡轮必须升高以尽可能接近压气机。压气机和涡轮均为完整部件。
燃烧室
在为JT3设计燃烧系统时,普惠公司的工程师拒绝采用单管和环形燃烧室。简单的单管燃烧室被拒绝的原因是,如果要想避免过大的压降,就必须缩短单管的长度。对单管燃烧系统,缩短长度难以实现。传统环形火焰筒系统也没有被采纳。针对JT3给定的高内部压力,重量合理的传统环形燃烧室将在短时间内失稳和爆裂。JT3独特的燃烧系统称为阶梯壁系统。
来自压气机的气流进入一个笨重的、机加工扩压器段。在降低速度的情况下,内部静压迅速升高。然后,温度和密度提高的气流进入环形燃烧区,其为普惠公司设计的8个火焰管组成。这些火焰管是由镍铬铁合金冲压而成的环形组合件。部分气流进入单管,穿过大的孔冷却火焰,同时边界层流经环管之间的外围缝隙,冷却单管金属本身。每个火焰管中心有一个冷却气流的独特进气道,这样就可避免形成热核。每个组件前部四周有6个燃油喷射嘴,总共48个。它们向下游喷射一股均匀的喷雾,经过在上游端部的隔板形成良好的混合。这一燃烧系统确保 在很短的距离内进行燃烧。实质上,每个燃烧管都是一个微型环形燃烧室。利用这个系统,普惠公司实现了海平面100%的燃烧效率,30000英尺99%和50000英尺95%的燃烧效率。
涡 轮
从燃烧室出来的高温燃气流进单级高压涡轮,它提取了气流中的大部分功。然后气流流经驱动低压压气机段的两级低压涡轮。在J57、 J57-P-420的最后迭代中,第一级涡轮导叶采用了气冷。
J57系列发动机
J57平均压比为12.6,最大推力为13700磅力(配装B-52F/G和KC-135A 的J57-P-43和P-59)或带加力的最大推力为19600磅力(配装F-8J战斗机的J57 -P -420)。1951年3月8日,JT3挂在一架B-50机翼下完成了首飞。1951年6月3日,第一台原型发动机交付给波音公司。1951年11月,JT3以J57-3生产型结构完成了一个150小时的试验,1952 年4月15日,8台J57-P-3配装在YB-52 (波音公司第二架样机)飞机。1953年2月28日,第一批生产型J57-P-1A交付波音公司;1955年1月19日,第一批生产型J57-P-29W (第一批改进的“B”型)交付。1956年10月31日,第一批生产型J57-P-43W (第二批改进型)交付。
除服务于“世纪系列”战斗机外,J57最著名的应用是配装波音B-52 “同温层堡垒”(Stratofortress)战略轰炸机。B-52的原设计方案是直翼、涡桨推进重型轰炸机,这个提交给空军的方案称为波音462 型,采用4台T45涡桨发动机,每一台功率为8900马力。波音公司设计团队与空军召开一次会议商谈后,这个针对涡桨型发动机的计划被取消。波音公司飞机部的彼得•鲍尔斯讲述了这次重要会议:
1948年10月,波音公司研究团队的顶层设计人员来到莱特基地与空军讨论涡桨推进飞机的最后细节问题。他们告诉空军,研究表明,目前的设计方案不能达到预定的指标。因此,涡桨方案被取消,但空军对采用普惠公司新J57喷气发动机的一款比较型非常有兴趣,询问波音公司在这个方向上能做些什么工作。接下来几天发生的事情,读起来就像是虚构的故事。波音公司研究团队接受了空军的新要求,回到代顿市酒店研究这些要求。第二天早晨,一个星期五,他们给莱特基地的项目官员打电话,告诉他波音公司将在星期一提交一个新的建议。整个周末大家夜以继日地工作,利用所记得的最近的研究成果,再补充一些有关喷气轰炸机的内部研究信息,这些信息资料已放在公文包中带到了酒店, 6个工程设计人员勾画出了带8台喷气发动机和后掠形机翼的新型重型轰炸机的基本设计。找一个打字员把它打印出来,并且附上一个工程人员用轻质木材做的模型(材料是从当地一个业余爱好者开的小店中得到的),终于在承诺的交付日期——星期一,把它交给了空军。

把这一段趣事与本章可面部分科尔的回忆进行比较。
空军对新方案的设计研究和风洞试验印象深刻,以至于空军给波音公司发了一封信,希望在1951年3月要加工生产B-52的工具。1951 年11月19日波音公司完成了XB-52第一台原型机的制造。这离首次飞行试验已有一年多的时间。“同温层堡垒”的XB和YB型釆用8台推力为8700磅力的涡喷发动机。
最初的生产型B -52釆用带喷水的J57 -P - 9W涡喷发动机,而 B -52B型采用了改进后的 J57 - P - 19W、J57 - P29W 和 J57 - P - 29WA 发动机。1957年1月18日,3架B-52B完成了不间断环球飞行,耗时 45小时19分,在长达24325英里的航程中平均速度为520英里/时。
最后一架配装J57发动机的B -52是B-52F,装有8台推力为 13750磅力的J57-P-43W发动机。这架飞机之后,B-52的衍生型配装的是P&E公司的TF33 (J57的衍生型)涡扇发动机。1962年1月11 日,一架配装8台推力为17000磅力TF33 -P-3涡扇发动机的B-52H (如图9-2所示)完成了从日本冲绳到西班牙的飞行,距离为12519 英里,创造了不重新加油飞行的纪录(这一纪录一直保持到1986年12 月)。越战期间,波音B - 52F、B -52G和B - 52H均投入了战斗, 1965年6月18 H—1973年8月15日共飞行126615架次。



图9-2波音B-52H "同温层堡垒”

J57发动机配装了第一架超声速飞机,北美航空公司(NAA)的 F-100 “超级佩刀”(Super Sabre)(如图 9-3 所示)。1951 年 1 月 19 日,北美航空公司启动F-100 (NAA命名为NA-180)的设计,采用 了带40度后掠角的下单翼设计,并大量使用可减轻重量的钛金属。 给新一代战斗机“世纪系列”的第一架飞机命名为“野人”(Hun), 空军飞行员也这样亲热的称呼它,其最大速度为660英里/时,升限 为26000英尺。1953年5月25日,配装带加力燃烧室J57 - P - 7发 动机的YF-100喷气战斗机样机完成了首次飞行,其飞行速度远超过 马赫数1。这是第一台带加力的J57,釆用的钢商压气机,可产生 9700磅力的干推力,全加力状态时推力达14800磅力。
从F - 100B开始,“超级佩刀”以后的衍生型均采用J57 -P-21 发动机。这个型号也采用钢制压气机,全加力状态推力达16000磅力。 普惠公司生产了 1073台J57 -P-21,福特汽车公司也生产了 913台这 种型号的发动机。部分F-100 D衍生型釆用J57-P-21A (生产了 759 台发动机),F-100 C衍生型配装的是J57-P39发动机,该发动机可产 生14800磅力的推力。



图9-3北美F-100 “超级佩刀”


1945年9月,F-100进入空军服役,在1971年的越战,作为战斗机-轰炸机和“野鼬鼠”(Wild Weasel)反雷达飞机。在完成了25年的长期服役后,1979年1L月10日,最后一架“野人”光荣退休。该战斗机曾出口到法国、丹我、土耳其和中国台湾。
J57另一个主要用途是作为通用动力公司F-102 “三角剑”(Dalta Dagger)超声速拦截机(如图9 -4所示)的动力装置。这是一款三角 翼单座超声速战斗机,被构想为一个总的“武器系统”包,带空空导 弹、全天候雷达搜寻和火控装置。康维尔及洛克希德、共和航空公司接 受了这个合同,到1951年12月19日,生产了 2台YF - 102原型机。 尽管最初的设计建议采用莱特航空公司J69涡喷发动机作为动力系统, 但当飞机样机完成时,发动机却未准备好。康维尔公司决定釆用J57作 为“三角剑”的动力装置,原型机以及前20架生产型飞机配装的均是 J57 - P-11型发动机。但这款飞机并未达到预期的性能。当加载1194 磅武器、1050加仑①燃油和近2000磅的电子系统后,F-102战斗重量 比F-86D重50%。飞行测试发现,速度达马赫数0.9时出现了剧烈的 振动,因此飞机不可能像预计的那样在35000英尺的高空达到870英 里/时的飞行速度。尽管多架原型机都未实现最初的预想,但让F-102 出彩的是,采用的创新设计提高了它的性能。挽救康维尔三角翼概念 及“三角剑”的是“缩颈”(coke-bottling)或F - 102机身的面积律。 面积律是由NACA科学家理查德•惠特科姆发现的,它神奇般地减少了 跨声速时的阻力。1954年12月 21日,一架重新设计的F-102实现了 超声速飞行,其机身设计釆甬了面积律,飞机有一个加长的头部,且尾 部有减阻装置。1956年5月1日,首批F -102A “三角飞镖” (Delta Darts)交付空军。随后的F-102配装的是带加力的J57 -P-23发动 机。从1956年到1973年,F - 102在服役中保持了良好的安全记录, 包括在越战中的使用。
①1加仑(美)=3.785升。



J57在空军战斗机的第三个应用是作为麦克唐纳F - 101A “魔术师”长航程战斗机(如图9-5所示)的动力装置。该飞机的设计始于1952年1月,F-101最初的设计是作为高速护航战斗机,为美国空军 战略司令部(SAC)的轰炸机护航;也可作为突防护航、战术/核攻击截击机、侦察机,并可转换为训练飞机。像海军的F -9F和空军的 F-100一样,F101被设计成能快速响应,针对曾在朝鲜遭遇过的、具有高机动性的米格-15。F - 101的初始设计任务是护卫B -29和 B-36轰炸机完成它们在北方的战略轰炸任务。要完成这一任务,长航程、耐久性、大功率和高机动性是必需的。由爱德华•弗莱什领导的麦 克唐纳公司设计团队已决定釆用艾利逊J71涡喷发动机作为新战斗机的动力装置,而莱特航空研发中心的空军工程人员则极力推崇功率更大的普惠J57。这个选择被证明是非常明智的,J57和F-101是自然匹配 (尽管飞机进气道存在一些问题,发动机也偶尔存在压气机失速问题)。 一架F-101B使美国空军在1958年6月9日完成了第一次超声速拦截。



图9-5麦克唐纳RF-101A "魔术师”

1953年12月17日,'普惠公司工程部经理莱昂纳德•霍布斯得到 总统艾森豪威尔颁发的极有威望的科利尔奖。这是21年来,科利尔奖 首次颁发给发动机研发项目。
哥斯顿认为这款发动机:
也许这是自1945年以来世界上最重要的发动机。最初它的干推力 为100。。磅力,带加力推力达到了 15000磅力,因为它12.5的压比为 喷气燃油经济性设定了全新的标准。它只用于短程战斗机完全是个错 误,用重量只有J57 -半、带加力推力为5000磅为的不太经济的发动 机就能做得更好。对于B-52和许多其他长航程飞机,J57开启了以前 只能梦想的一些可能性,更不用说采用民用JT3C发动机的波音707和 道格拉斯DC-8商用喷气飞机的设计。
/到1974年6月30日,全尺寸发动机试验时间累计达101270小时。
海军用J57发动机的研发
尽管普惠公司最初并未设想为海军生产J57,但他们很快同意,根据海军的使用需求生产相应的发动机。钱斯渥特F8U “十字军战士“(Crusader) (如图9 一6所示)采用J57 -P-4、J57 -P-11和J57—P - 12型发动机作为动力装置,该飞机是第一架投入作战的飞行速度超过1000英里/时的 海军舰载机。从1952年8月开始,有8家飞机制造商竞争海军的合同, 1953年6月29日,海军把F8U合同给了钱斯渥特公司。该飞机配装的 是推力达14800磅力的有一个带钛护罩加力燃烧室的J57-P-11型发 动机。1955年3月25日,这架飞机在爱德华兹空军基地完成了首次超声速飞行。投入服役的“十字军战士”飞机配装的是推力为16000磅 力的J57 - P - 12。1957年7月16日,约翰•格伦将军驾驶一架F8U1P (摄像侦察机)“十字军战士”完成了超声速横贯大陆的飞行,从西到 东的飞行共花费了3小时22分。

图9-6渥特F8U “十字军战士”

J57海军型的第二个主要应用是作为道格拉斯飞机公司的“天空勇 士”(Skywarrior)战略轰炸机A3D的动力装置(如图9 -7所75)。该 项目由海涅曼负责,道格拉斯公司的工程师设计了一架重型攻击轰炸机,该轰炸机可携带1枚Mark 15型核弹,6枚1600磅重的炸弹或6枚 Mark 36型反舰水雷,以621英里/时的飞行速度,比波音公司为空军制造的最大的飞机还要快,可以袭击1150英里外的目标。A3D-1上机翼的后掠角为36度。普惠公司为飞行中队提供了 J57-P-6和J57 -P 一 10发动机,1956年3月31日开始向海军交付。总共向海军交付了 284架 “天空勇士”。这款飞机的空军型被命名为B-66。在作为轰炸机服役后, 多架“天空勇士”飞机又转为空中加油机,它们同样也工作得非常好。

图9 -7道格拉斯A3D “天空勇士”

1953年6月,道格拉斯公司和海军决定把J57装在道格拉斯F4D-1 “天光”(Skyray)(如图9-8所示)上。尽管最初决定“天光”釆用 西屋电气的J40涡喷发动机,但J40的生产困难非常大,以至于道格拉斯公司和海军决定更换战斗机的发动机,釆用J57。第一架换发动 机的“天光”飞机采用的是J57 - P - 2发动机,但生产型则是用 J57 -P-8O F5D “天空枪骑兵”(Skylancer)也釆用 J57 - P - 8 发 动机,但海军后来取消了这型飞机。


图9-8道格拉斯F4D “天光”


1958年10月26 H, J57的民用型JT3C按计划进入航线服务,该发 动机的翻修间隔时间(TBO)为8000小时。JT3C后来改进成干推力达 13000磅力,重量为3495磅,比B-52最初的发动机轻了 1000磅,TBO 为14120小时。1951—1960年,普惠公司共生产了 15024台J57/JT3。 福特汽车公司在芝加哥也生产了 6202台。哥斯顿谈道:
JT3满足了每一个愿望,胜过普惠公司后来开始设计的一些燃气涡 轮发动机,而且很幸运,竞争对手J40的失败使它赢得了从未希望过的 美国海军市场。很明显,它不是一个结束,而是一个开端。根据其多种 可能性,它的第一批衍生型发动机是J75和JT4。
J57轴流式涡喷发动机可能是普惠公司所有军用发动机项目中最成功的一个。如果说J42和J48奠定了普惠公司的事业基础,那么J57就 树立了公司在该技术领域的领导地位。J57是一个完全靠公司“自身发展”的一个研发计划,它以公司内部和几所大学坚实的研究为基础。 到1984年12月,当普惠公司停止生产J57时,其衍生型发动机在试验台上已累计试验100000小时。在该发动机衍生为多个型号的成长过程中,普惠公司收获了无法衡量其价值的工程经验。其中一个最重要的设计改型是产生JT3D涡扇发动机,该发动机使商业客运或货运成为可 能,为飞机提供了用涡喷发动机难以实现的航程。
J57 现已服役 66 年,是有史以来服役时间最长的喷气发动机系列。
普惠JT3D/TF33涡扇发动机的设计和研制
尽管JT3D的公司数字名称比普惠JT4低,但实际上它比JT4出现 得晚。JT4被空军称为J75,是一款推力更大的发动机,但不意味着是针对商用而研发的。利用J75计划作为一个平台,尽管遇到许多障碍和失败,空军仍坚定地提供支持和资金援助,开发可在航空发动机中使用 的钛合金和加工工艺。现在被多数制造商采用的消除风扇盘“低周” 疲劳的三倍真空熔化钛金属就是一个典型的研究成果。这项成果使发动 机风扇和压气机部件的重量减轻40%。在首次50小时试验后,重新设计了 JT4/J75,主要纠正了压气机和轴承问题,就商用服务来讲,JT4 达到成熟可靠性的速度远快于以军用飞行为背景的JT3。
JT3D怎样成为第一架波音707的商用发动机的故事值得再讲述一遍,因为它还阐明了一个公司怎样才能克服其对技术变化的错误理解和偏见及“非我发明”症。普惠公司克服了对涡扇发动机的偏见,使 JT3D (TF33)成为可能。理查德•科尔在第二届L. V.史密斯讲座中 讲到了这个故事:
那是1955年初,波音和道格拉斯公司正在生产采用JT3 (J57的民 用型)的四发飞机。像“彗星"(Comet) II一样,这些飞机中没有任何一架能飞越大西洋。需要一款推力达15000磅力的发动机。伦奇勒和 普惠公司的管理层未准备提供推力为15000磅力的JT4发动机用于商用 飞行,因为此时J57的军用型都还未飞行。发动机在军用型中调试,然 后用于民用,这是普拉特話方法。但最后弗雷德•伦奇勒屈从于胡安• 特里普的讨好奉承,提供了 JT4。
让人惊奇的进展是,泛美航空公司订购了116台JT4发动机。这是 在我们从新设计生产型发动机之前,也是在泛美航空公司订购任何飞机之前!这一决定迫使道格拉斯和波音公司的设计快速收敛以采用JT4发动机,这样两家公司都具备了飞越大西洋的能力。如你所知,英国的 “彗星”飞机由于在飞行中遭遇了结构性的失败,被迫退出服役,因而 也结束了英国企图在空中称霸的想法。
部分波音707和道格拉斯DC -8配装的是罗罗公司的康维(Conway) 发动机。这些是涵道或风扇发动机,循环应使其燃油效率比JT4的高; 但实际情况是,康维与JT4相比,飞机的性能并没有大的差异,这可能 是由于康维的风扇效率较低造成的。这段时间由联合飞机公司研究部完 成的研究结果清楚地表明,最适度的风扇涵道比能使飞机的航程提高 15% -20% o普惠公司从事技术和研究工作的沃特•道尔把这个数据放 在向莱特•帕金斯做演讲的讲稿里,他在罗马举行的一次航空公司的会 议上做了发言。对帕金斯来讲,“风扇的不好是致命的”(它们非我发 明)。使帕金斯愤怒的是,他是在越过北大西洋上空时才看到这个讲稿的,他利用余下的飞行时间重新修改了讲稿,也强调风扇是毁灭性的不 好,然后他回到家,把这封信寄给各国的航空公司,谈到普惠公司将不再制造风扇。接下来,他取消了几个由研究部资助的普惠公司的计划, 收回了所有的让研究所雇员进入普惠公司研究大楼的徽章。作为报复, 联合研究实验室主任约翰•李也收回了所有让普惠公司雇员进入联合研究实验室的徽章。
在引入DC-8和波音707之后,GE公司决定提供其J79作为商用服务,把CJ805卖给美国航空公司用于康维尔880, —款后风扇型用于康维尔990。GE公司认为,在商用航空中挣钱的方式就是产出便宜的军用型。正如GE公司所持的观点,军用J79已做得不好,你可以想象 GE公司在康维尔880和990遇到的困难。实际上,GE公司已从那个市场中退出。我故事的重点是,SCE公司几乎已确定美国航空公司将购买配装GE公司后风扇型发动机的波音707。但破坏性因素来自梅纳德• 彭内尔——波音707的设计者,他把亚瑟•史密斯、比尔•戈顿和佩 里•普拉特召集到纽约,劝说他们,如果普惠公司不对风扇进行改进, 美国航空公司将购买GE公司的发动机。这似乎是在普拉特的伤口上撒了一把盐,佩里回想起1954年军用风扇的粗制滥造。正是在这家宾馆,前风扇得以重生,用较大的两级(采用JT4跨声速气动设计)代替JT3的前3级。采用第二个排气喷管满足风扇的排气,你就可在现有发动机上进行改进。利用一整晚进行了一次快速而粗糙的试验,以证明该方案的可操作性。美国航空公司购买了。同时,空军的工作人员看出 对这种发动机没有需求,但是采购部负责人比尔•欧文认为它能为 B-52所用。他战胜了空军官僚主义的惯性,把验证合同签给了普拉特和GE公司进行风扇验证。普拉特继续劝说空军动.力装置实验室在 B-52上试飞前风扇原型机。航程的改进是波音707最引人注目的。现 在JT3D/TF33已成为波音707、DC-8和B-52的标准发动机。
JT3D/TF33的基础是用于空军化学燃料轰炸机(CFB) WS-110A 计划的普惠X-287或J91涡喷发动机。这一计划生产了两台试验用发动机,最后普惠在与GE公司的竞争中失败,但跨声速压气机设计为更 成功的JT3D (如图9-9所示)打下了基础。


图9-9 JT3D/TF33涡扇发动机剖视图


1958年2月7日,普惠公司发动机设计团队开始设计新发动机, 选择JT3作为基础发动机1在其上应用跨声速技术。J91压气机的前两 级直径缩小到53英寸,流经风扇的气流量为450磅/秒。研究团队增加 了一个第三级低压涡轮和新的风扇涵道。1958年6月13日,带3级风扇的新发动机进行了第一次试验。空军看到了新发动机的价值,提供资金帮助其进一步研发和军用型的生产,并把该发动机命名为TF33。 1959年11月17 0 , JT3D/TF33完成了50小时的试验,1959年7月21 日进行了第一次飞行试验。1960年4月23日通过了 150小时的军用定型试验。随后,1960年5月31日,第一台TF33交付空军。普惠公司团队完成了他们主要的技术表演:把JT3发动机的燃油效率与前风扇结构完美地结合起来。
通过把J91跨声速风扇气动创新应用到JT3,普惠公司就能够拿岀一款涡扇发动机,不仅在技术上远超英国任何一款可相比的发动机,而且还很容易根据JT3发动机进行修改。从JT3转换到JT3D,所有必须做的机械修改就是利用公司给的成套工具包对压气机进行修改。尽管这个转换使重量稍稍有所增加,但推力却增加了 35%,燃油消耗降低了 15% -20% ,起飞噪声减少了 10分贝。
JT3D对航空运输业的影响是明显的。再加上像波音707 (如图 9-10所示)这样的新飞机,JT3D提供了彻底改变商用运输机世界的途径。尽管普惠公司已为波音707喷气飞机和道格拉斯DC - 8提供JT4 涡喷发动机,但是,JT3D彻底替代了它们。随着涡扇发动机投入使用, 既可提供喷气发动机的速度,又具有竞争性的耗油率,远超活塞发动机飞机的喷气客机和货机时代就成为可能。




9 -10 波音 707


英国是第一个制造和飞行喷气客机的国家,但德哈维兰106 “彗 星”(Comet)被证明不能与新的波音707相比。波音707的35度后掠形机翼,再加上JT3D发动机,使其巡航速度达到550英里/时,比 “彗星” 2快100英里/时。
喷气飞机对航空运输的第一个影响是速度的提高,这就能保证乘客很快到达目的地。还有多个其他因素,使喷气飞机运输超越了活塞发动机飞机。在一个给定的时段,一架喷气飞机,不管是客机还是货机,通过在其航线上更多的往返飞行,就能赚取更多的利润。对航空公司来 讲,另一个意想不到的好处是,通过缩短时间获取更多的利润;喷气飞行的平稳性可减少飞机的疲劳度,随之而来也就减少了飞机大修和部件更换的频率。频繁的高空“循环”造成的喷气飞机疲劳带来的问题在将来仍将存在。
彼得•鲍尔斯指出,从1916年以来波音公司一直未看出喷气飞机给商用航空带来的优势:喷气飞机能搭载更多的乘客。
早期的波音707 -100,具备不间停飞越大陆的能力,座位数为121 个,而波音377的座位数为55个,已被替代的道格拉斯DC-7B的座位数为69个。即使两年后替代它们的短程型波音737 - 100和道格拉斯DC-9,座位数也分别是107个和80个。所有以后的喷气客机均扩大客舱的面积,以提高商载能力。
涡扇发动机对航空货运界也有一个重要的影响。航空公司开始利用喷气客机携带货物,货运公司也被迫购买喷气飞机以保持其竞争性。随着集装架和标准集装箱的使用,航空公司和航空货运公司釆用喷气飞机点对点飞行,而不是他们以前所使用的模式。
JT3D的生产一直持续到1985年,共生产了 8600台,绝大部分都是转换型。军用TF33后来的型号是TF33 - P - 7和TF33 -PW -100, 低压级有7级,推力为210如磅力。TF33的商用型JT3D仍在生产,尽 管商用经营者仍需花费资£进行改进以使JT3D符合FAA的2级噪声标 准。
普恿JT8 (J-52)涡喷发动机的设计和研发
JT8是非常成功的JT3涡喷发动机计划的缩小版。尽管JT8启动工 程研制命令发布于1953年2月16 H,但实际的设计工作到1954年8 月14日才开始。JT8 (如图9-11所示)在双转子结构中釆用了低压5级、高压7级的压气机,一个低压涡轮和一个高压涡轮。1955年4月,该 发动机被批准试验性使用,1955年12月30日第一台试验发动机进行 了试验。



图9 - 11 JT8/J52涡喷发动机剖视图


JT8以B -45为飞行测试台,于1957年10月9日,完成了第一次 飞行试验。1958年5月29 0,发动机被批准进行生产,1958年7月29 日,完成了 50小时的试验。1958年8月23日,第一台原型发动机 XJ52-P-1交付;1958年10月26 0,第一台YJ52-P- 1装船发运。
按照计划,第一批生产的发动机交付日期是1959年10月23日。 它们是“A”系列发动机,用于导弹,命名为J52 - P-2和J52-P-4。 由于生产合同取消,没有一台发动机装船发运。
第一批生产的“A”系列发动机实际交付的是J52-P-3O它的首 次导弹自由飞行时间是1959年4月23日,装在AGM - 28 “猎犬” (Hound Dog)导弹上,1955年7月2日完成了 150小时的军用定型试验。J52的人工调整型YJ52-P-6,于1959年3月11日完成了首次试验。这是推力增加型“B”系列的第一款。
J52-P-3有一个轴流式压气机,排列成环管的9个直流燃烧室, 一个两级反力涡轮。多级轴流压气机包括一个5级低压系统和一个7级 高压系统。低压系统通过一个直通轴与第二级涡轮轮子相连,高压系统借助一个空心轴单独与第一级涡轮轮子连接。发动机釆用收扩喷管,适 用于高马赫数工作。除比P-1轻80磅外,P-3与P-1基本相同,未 采用钛金属,燃油消耗量小。
适于人工调整的第一台YJ52-P-6发动机于1959年12月9日交 付,“B”系列生产型YJ52-P-6于1960年10月31日交付,当时该型发动机已通过飞行前额定功率测试。I960年4月19日,YJ52-P-6 型发动机装在格鲁门A-2F上完成了首次飞行试验,后来被命名为 A-6A “入侵者”(Intruder) o 6月 2 6 日,YJ52-P-6M 过了 150 小时军用定型试验,第一批生产型发动机取得了生产许可,交付道格拉斯公司。1962年6月29,海军把J52的增长型J52-P-8 (或JT8B-3) 的合同交给了普惠公司。
1960年7月12 0,格鲁门A-6A进行了第一次飞行。雷•瓦格纳 在《美国战斗机》杂志中描述了 “入侵者”:
格鲁门公司的“入侵者”是第一款喷气攻击型战斗机,用于有限 的或核战争,其精准性和武器系统能力使它可替代在海军服役的最新的、带涡桨发动机的A-1飞机。A-6A最初命名为A2F-1,其设计特点是短距离起飞和着陆,长航程,全天候定位目标,以及用传统或核炸弹、火箭或导弹完成低空攻击。
两台普惠J52-P-6喷气发动机安装在机翼的根部,机翼后掠25度,整个翼展带前缘缝隙,带缝隙的调节片和挡板(作为副翼的扰流器)。两名飞行员并排而坐,投弹手领航员操作数字综合导航系统(DLANE),该系统包括搜索跟踪雷达、一台电脑和两个显示屏用于显示飞机前方地面和空申的情况,根本不需要外部的可见度就可攻击,但没有机枪。机翼可向上折叠,空中加油吊杆在雷达鼻上方。
第一批装有J52-P-6发动机的生产型格鲁门A-6A飞机于1963年7月24日开始交付。A-6A的改型EA-6A,包括一套电子对抗设备,显示了该飞机随着它的发展变得有多么灵活。
1960年10月25日,普惠公司向海军交付了一台J52-P-8实体模型,配装道格拉斯A-4 “天鹰”(Skyhawk)(如图9--12所示)。瓦格 纳这样描述“天鹰”:
海军服役中最成功的攻击机之一,其设计很简单,称之为“海涅 曼的改装车”,道格拉斯公司首席专家坚持要扭转其重量和费用都持续增加的趋势。设计的最终目的是交付一架战术核武器。单座A-4有一个较低的三角翼,且足够小,在航母甲板上无须折叠。在机翼的根部装 有两个直径为20毫米的机枪,每个机枪可装100发子弹,“天鹰”机身下可挂Mark 7型或Mark 8型核弹,机翼架可挂300加仑的副油箱或常规炸弹,第一款可携带总重达5975磅的炸弹。






1952年6月13 0,海军订购了 20架这种改进型飞机,1954年6 月22日, XA-4D-1首飞。最初的型号配装的是莱特航空公司的推力为7200磅力的J65-W-2发动机(英国“蓝宝石”(Sapphire)的美 国型),但当1959年7月30日海军被授权可购买2架以普惠公司J52 发动机为动力的A-4D-5飞机时,他们急切地想抓住J52。第一架飞 机于1961年7月12日飞行,1962年5月一1966年4月陆续交付了 498 架生产型飞机,后命名为A-4E。1962年,配装J52发动机的“天鹰” 加入了飞行中队。以J52为动力装置的A -4E首次参战是在1964年8月5日的越战中,当时有15架A-4E加入海军的其他49架攻击机中对北越进行轰炸。
1963年5月10日, 一台普惠公司的预生产型J52 - P - 8装在A - 4E飞机上完成了飞行试验。12月20 0,发动机和飞机在伊格林场完成了防冰和冷起动测试。1964年10月10日,J52 - P - 6发动机以 J52-P-8的额定推力值完成了150小时的军用定型试验;1965年6月 7日,J52-P-8完成了它的军用定型试验。1965年10月15日,J52 - P-8装在TA-4F±完成了首次飞行。1965年8月31日,首台生产型 J52-P-8A开始交付。1965年10月18日,J52 - P - 8A发动机装在 A-A6飞机上进行了首飞。1966年2月10日,J52 - P - 8A以最大温度额定值完成了150小时的耐久性试验,1967年10月20日,它的大修间隔时间(TBO)提高到750小时。1968年2月15日,J52-P-8A以 J52-P-8B的额定温度值完成了215小时的耐久性试验;1968年6月 24日,对最终方案的降低冒烟燃烧室完成了 150小时的耐久性试验。
1969年2月20日,普惠公司接到了 “B”系列发动机第三款改进型,即J52-P-408 (或JT8B-5) I阶段的研发合同。1970年1月23 日,在B-45飞行试验台上完成了 J52 - P-408的型号鉴定。5天后, YJ52-P-408完成了它的飞行前额定功率测试,并被美国海军接受。3 月16 0,发动机完成了高空性能验证试验。最后,1970年5月8日, J52-P-408发动机完成了它的型号鉴定试验。1969年7月,道格拉斯公司把首台J52-P-408改装工具包装船发运。1969年7月15日进行 了第一次试验性测试。同年的11月10日,普惠公司把首台XJ52-P- 408地面试验用发动机船运旬道格拉斯公司,紧接着1970年3月31日, 首台YJ52 -P-408飞行试验笼动机也装船发运。
1970年4月10日,YJ52-P-408装在道格拉斯A-4M上进行了 首次飞行。到那年的5月8日,发动机通过了 150小时的军用定型试 验,并被海军批准使用。1970年6月30日,普惠公司向海军交付了首 台生产型J52-P-408发动机。J52 -P-408涡喷发动机的推力范围为 7500 -11200 磅力。
1972年1月14日,一台J52-P-408发动机装在格鲁门EA-6B (如图9-13所示)电子对抗飞机上完成了首次飞行。3月,装有J52- P -408发动机的A-4F被选为“蓝天使”飞行表演队的飞机。到1974 年10月,J52-P-408的大修间隔时间达到了1250小时,同年11月, 科威特订购了36架以J52为动力装置的A-4飞机,1977年开始交付。 到1975年1月1日,共有超过1550架装有J52发动机的A-4和600架 A-6飞机交付。到1975年10月,共交付了 4250多台J52发动机,包括 550多台J52 - P -408;发动机在研发期间已完成了 48700小时整机试验, 包括J52-P-408的6637小时。最引入关注的是,截止到那时,发动机累计飞行时间超过480万小时,包括J52-P-408的15. 3万小时。


图 9-13 格鲁门 EA-6B “ 猎兽”(Prowler)

JT8从未用于商用市场,但J52军用型一直生产到1986年。就像 JT3是JT8的先驱者一样,JT8是商用改进型JT8D的先驱,JT8D改变 了商用发动机的世界。

JT8D涡扇/动机的设计与研制
JT8/J52没有在商用航空界大获成功,但是在军事用途上却大展鸿图,而JT8D (如图9-14所示)涡扇发动机则刚好相反。它先是成功应用于波音727上,之后又获得了麦克唐纳-道格拉斯公司(简称麦道公司)及其他商用飞机制造商的青睐。比尔•冈斯顿在他的《世界 飞机发动机百科全书》一书中讲道:
与JT8形成鲜明的对比,于1960—1961年间制造的JT8D涡扇发动 机,配装波音727,几乎没有任何军事用途(除了用于瑞典航空发动机公司RM8外),但却是史上盈利最丰的燃气涡轮发动机。在撰写此书时,已交付12000台JT8D,累计飞行了 2. 45亿小时……
1960年3月1 0,普惠公司根据工程订单开始设计JT8D涡扇发动 机。实际的发动机设计开始于1960年4月1日。JT8D的设计与JT8不同,把低压转子改成了 2级风扇和6个低压级,由3级涡轮驱动。发动 机的空气流量几乎翻倍,从136〜143磅/秒增至315〜331磅/秒,总压 比约为16。由于是衍生发展,普惠公司的设计团队节省了大量的时间;
1960年11月30 H,发动机开始进行试验。普惠公司的专业性早已得 到业内认同,重达14000磅的JT8D-1在数月前就被波音公司预定来配 装三发的波音727。同年12月,发放了试验发动机的所有图样。


图9-14 JT8D涡扇发动机剖视图


1961年4月7日,JT8D首次运转。10月21日,JT8D-P-1通过 首次150个小时的耐久性试成,并于1962年4月开始JT8D原型机的首批交付。1962年5月1日,JT8D - P - 1原型机的首次挂飞试验在波音 367 -80飞行试验飞机上进行。随后,6月22 H,在B-45试验台上进 行了首次飞行试验。发动机通过了 150个小时的军用定型试验,并于 1962年12月28日获准原型机交付。首台原型机JT8D - P - 1于1962 年5月1日交付。2月9日,首台JT8D—P — 1获得FAA生产许可,并 于1963年2月27日交付。同时,JT8D-P-5 (推力为12000磅力的低 功率型)也获得了 FAA认证。之后不久,配装三发波音727的JT8D- P-1的首次飞行也在当月进行,2月28日首台P-1发动机交付。4月, 道格拉斯公司宣布将生产配装2台JT8D的DC -9O 1963年12月,波 音727完成了 94000英里的无故障飞行。1964年2月,JT8D配装波音 727在美国东方航空公司开始服役,并于1964年8月配装“快帆” (Caravelle) “超级B”在芬兰航空公司服役。
JT8D发动机还配装了麦道DC-9 (如图9 - 15所示)及其改型 DC-9-10, DC-9 - 20 和 DC - 9 -30。自 1954 年起,普惠公司的 JT3C和JT3D帮助波音707喷气运输机抢占了大部分运输市场,而IT8D发动机则帮助麦道公司在1965年重回商用飞机市场。比尔•耶尼 隹《麦克唐纳-道格拉斯公司:两个巨人的传奇》一书中是这么描述 DC-9面世的:


图9-15麦道DC-9

除了谜一样的DC - 5以外,从一开始道格拉斯公司的运输机的机型发展趋势就是一代比一代体形大。但是1962年,公司发布的新机型打破了这个传统。DC-9比DC-8和DC-7都小,基准型载客人数比 DC-6和DC-4的都少。本意是用于短途运输市场。波音公司靠707和720已经抢占了中远航程的市场,而新的727也是中程喷气客机。自 从道格拉斯公司以DC- 3雄霸市场以来,波音公司远超任何其他公司 完全霸占了商用飞机市场。但是,西雅图飞机制造商当时没有试图进入短距喷气客机市场(它最终还是以737进入了),而道格拉斯公司认为与较小的公司竞争会更容易。
DC-9-10于1965年2月25日首飞,并于1965年12月8日在三角(Delta)航空公司进行首次服役飞行。它长104英尺4英寸,比 DC -8 “超级60”短83英尺,比标准型D C -8短46英尺,且外观大相径庭。前机身差不多,但是余下的则被有意设计成不同。DC-8有4 台发动机安装在机翼上,而DC-9只有2台并位于后机身。水平尾翼面位于垂直尾翼面的顶部,像波音727和BAC 111 —样,这两种飞机的发动机也是安装在后机身。
1965年11月29日,达美航空公司正式启用配装普惠JT8D-P-5 涡扇发动机的DC-90 DC -9 -20,用于斯堪的那维亚航空服务公司, 拥有DC-9-10的机身和DC—9—30的机翼。DC -9 -30比DC—9 — 20和DC - 9 - 10长15英尺,1966年8月1日,DC-9-30首飞。 DC-9-40比DC—9—30长6英尺,于1967年11月28日首飞。DC- 9-50比DC-9-10系列长29英尺2英寸,比DC-9-40系列长8英尺,于1974年12月17日首飞。
麦克唐纳-道格拉斯公司共生产了 976架商用DC-9系列。另外 还有20架DC -9的军用型,如空军C-9A “夜莺"(Nightingale)及美 国海军的14C -9B “空中州车” (Skytrain) 。同时,波音公司宣布启动737计划,这是一款与DC-9竞争的中短程运输机。
JT8D的第一款改进型出JT8D - P -7, 1966年3月24日取证, 1966年9月9日开始交付。从59 °F至84 °F, JT8D - P-7将JT8D- P-1的海平面起飞推力14000磅力。第二款改进型为JT8D-P-9, 1967年7月27日开始交付,1968年9月获得FAA 许可证。
JT8D-P-9和JT8D-P-9A涡扇发动机都是前置风扇,双转子轴流式压气机的涡扇发动机。燃烧室中有9个环管火焰筒,有多级涡轮。 多级轴流压气机由低压部分(包括风扇级)和高压部分组成。低压转子由一根直通轴连接至涡轮,高压转子则由一根空心轴独立连接。发动机装有一个从前到后的、环形的风扇排气涵道,将常规的收敛型排气喷管包含在内。一个机械液压的燃油控制器控制高压压气机的转子速度, 并通过飞机座舱内的油门杆来提供要求的推力。同时,还有反推力装置。
JT8D-9配装了波音 727 及 727 - 700 , 737,麦道 DC - 9 - 30 和 DC-9-40。C-9A和C-9B运输机,以及法国宇航公司(Aerospatiale) “快帆” (Caravelle)系列商用飞机。截至1969年9月,共交付了系列商用飞机5000多台JT8D,仅仅在9年间就达到了这个非常惊人的数量。
发动机的第三种改进型为JT8D-P-11,于1968年11月12日开 始生产。其推力达到了 12600磅力,配装波音727 -200,以及麦道 DC-9 -20、DC -9 -30 和 DC-9 -40 商用飞机系列。
1970年后,JT8D燃烧室改进为降低冒烟型。1971年4月8日,第 四款改进型JT8D - P-15开始生产交付。同月,取得FAA认证。JT8D-P-15是JT8D型发动机中第一款装有完全噪声处理装置,这意味着当时已经应用了涡轮机匣以及风扇涵道声学处理。风扇涵道噪声处理装置安装在200多台发动机上,共计无故障运行了超过100万个小时。普惠JT8D-P-15推力为13750磅力,配装波音727 -200先进型、737 -300先进型,达索公司“水星” (Mercure)(于1974年6月)以及麦道DC-9-30、DC-9-卽和DC-9-50商用飞机。
1973年2月15日,普惠公司宣布JT8D系列的新一代推力增长型——JT8D-P-17面世,起飞推力达到16000磅力。1974年2月,取得许可证。截至1974年4月,JT8D在达美航空公司的大修间隔时间达 到16800小时。1974年6月,JT8D-17/波音727- 200先进型获得 FAA认证,首批交付至墨西哥航空公司。截至1976年4月,JT8D已累计超过1亿飞行小时。1976年7月5日,道格拉斯公司宣布配装 JT8D-P-17的DC-9-50先进型开始销售,已向瑞士航空公司岀售 10架。同年11月14日,波音727 -200先进型取证,起飞总重量为 208000磅。1974年10月15日,普惠公司宣布JT8D - P - 17的增长 型——JT8D-P-17R面世,起飞推力达到16400磅力(另有1000磅反推力)。截至1975年7月,JT8D飞行小时已累计超过9000万小时。 1976年4月29日,JT8D-P-17R获得FAA认证。截至4月,JT8D达到1亿飞行小时。1976年5月,JT8D-P-17R发动机开始向波音公司 交付。同年6月9日,第8000台(交付至波音的JT8D-P-15)发动 机交付。
JT8D-P-200系列重新设计了风扇,在麦道MD-80系列飞机上大 获成功。这款新型发动机把JT8D的推力从14000 ~ 17400磅力增加至 20000 - 21700磅力,大幅降低了耗油率和噪声。
1976年5月,JT8D-P-209在试验台架上首次运转。计划之前一 直处于严格保密中,直到1977年3月才对外公布。同年10月,JT8D- 209/MD -80 计划公布。1978 年7 月,JT8D -P-209 完成了 1000 小时 的循环试验,11月,普惠公司和麦道公司签署了生产合同。1979年5 月,JT8D - P - 209完成了 150小时的耐久性试验,并于次月取证。 1979年10月,MD-80首飞。1980年10月,JT8D -P-209开始商业 服务。其改进型JT8D-P-217也于1980年10月取证。
1981年7月,先进的JT8D -P-217配装麦道MD - 82进行了首飞。同年8月,配装MD - 82的JT8D - P - 217交付。2个月后, JT8D-P-217A 取证,首育配装 MD - 82 的 JT8D - P -217A 于 1982年8月取证。1982年12月,首台配装MD-82的JT8D - P-217A交付。
截至1980年5月,超过10000台JT8D生产并交付。1982年1月, JT8D-P- 15A、JT8D - P - 17A 和 JT8D -P - 17AR 已经取证。截至 1983年1月,发动机已经累计超过2亿飞行小时;截至1983年3月, JT8D - P -217 和 JT8D - P-217A 累计超过688000 飞行小时。1983 年2 月,普惠公司开始研制JT8D-P-219型发动机。
JT8D为普惠公司商用发动机设置了高标准。公司延续了首个商业运输机发动机JT3D的成功,在商业领域为JT9D的更加辉煌打下了坚实的基础。公司在涡扇发动机研制方面积累了大量经验,迫不及待地要开始下一个研制计划。
我们接下来要关注的两款发动机在研制阶段就相互竞争。奖品是空军下一代大型运输机——C -5A “银河” (Galaxy)的推进装置合同。 其中一家发动机公司赢了,却发现其竞争者的发动机在商用涡扇发动机 市场更获青睐。但是,经过时间的洗礼,这两款发动机都被证明是当时 美国生产的最好的大涵道比涡扇发动机。
20世纪60年代初,普惠公司已准备好进入商用涡扇发动机市场下一阶段的竞争。普惠公司当时刚取得JT8D计划的成功,渴望在商用市场进一步巩固地位。GE公司则刚完成其第一代单元体式发动机的研制, 迫不及待想投入市场。他们的竞技场是空军的“实验性重型装备货运 系统”(CX-HLS)。
空军需要一款大型运输机,容量和航程比目前洛克希德公司的C - 141 “运输星”(Starlifter)更好。雷内•弗朗西伦在《1913年之后的洛 克希德飞机公司》一书中,这样描述了空军当时的情况:
对于空军的特别作战需求,C - 141A运输机的设计存在不足,机身 的横截面积不够大,无法装载军队的大型装备,比如重型坦克和运输直升机。所以,尽管C-141A是一款值得信赖的飞机,且大大增强了军队的空中运输能力,但是,它的灵活性不够,无法完全实现肯尼迪总统 要求提供加强本土部队的更活性来削减海外驻军的政策。在某种程度上,通过在选定的海外基地提前部署重型和大型装备,紧急情况下用 (3-130和(:-141运输人员和较轻的装备可以克服这个缺陷,但是陆军 仍旧希望空军能够运输更多的武器装备。所以,要达到这个目标,美国 空军和行业从1963年就开始了 CX - HLS的参数设计研究。
空军用研究结果更明确定义了飞机的需求以后,三家机身制造商(波音、洛克希德和道格拉斯公司)以及两家发动机公司(普惠和GE 公司)拿到了 3个月的设计合同。
设计合同是对五角大楼新的采购政策“一揽子釆购”(TPP)的响应。TPP概念也因为其提出者——当时的空军助理部长、主管安装和后勤的罗伯特•查尔斯,而被称为“查尔斯计划”。在这个概念下,制造商要在单个合同下,在包括研究、研制、试验、评估和生产的整个项目中竞争。合同也将明晰地设定价格、进度和性能指标。
新飞机有清晰的工作要求,从8000英尺长的跑道以最大重量起飞、 并在4000英尺长的简易机场跑道上降落。商载设定为125000磅,航程为 8000英里。最大载荷为250000磅。飞机的总设计寿命为30000飞行小时。
1965年4月,所有五家公司都提交了设计方案,GE公司上交的是TF39涡扇发动机,普惠公司上交的是JTF - 14E涡扇发动机。同年8 月,空军宣布GE公司以GE1/6赢得了发动机竞争,GE1/6的生产型名为TF39-GE-1。2个月后,洛克希德公司赢得了机身竞争。
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10 P&W Aircraft Engine Files, Resume of Engine Development, 10.
11 Simpson, Memoirs, 40 -41.
12 Ibid.
13 P&W Aircraft Engine Files, Resume of Engine Development, 10.
14 Coar, L. V. Smith Lecture, 21 -22.
15 W. T. G., “Two - Spool Turbo - Wasp: Characteristics of the P&W J57 ” , Flight ( November 25, 1953), 698.
16 Ibid, 698 -699.
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18 Ibid.
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33 No Author Listed, “ The New Margin in Pow- ern , Bee - Hive ( January 1954) , 3 -6.
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苏俄第三代主要涡喷/涡扇及杂谈


优衣库里的骚年
2018年06月20日 15:55
闲谈:
相比于前面两代,第三代航空燃气涡轮发动机的突出特点就是涡扇发动机诞生。这一代的发动机大多采用双转子结构、压比增大至14-20、发动机燃烧室也比以前的燃烧室热容强度更高,长度更短、涡轮工作叶片采用对流冷却技术,同时也在减小涡轮径向间隙、以及开始研究控制系统,研制一套可提早发现发动机故障的监控设备以及水平更高的航空材料。
研制第三代航空发动机时也面临着许多主要问题
1、 随着压比的增大,压气机气动稳定性损失也增加。CIAM开始对发动机气动稳定性问题开展实验研究。后来分析表明主要原因在于进气道的总压损失大于圆筒通道内扰流板的总压损失,使得进气道的低压压气机可用稳定裕度下降很多。CIAM随后在对第三代发动机压气机实验结果分析后,对产生发动机前气流不均匀度的试车台进口装置制订了一系列通用要求。
2、涡轮发展的主要方向之一就是涡轮进口温度升高,而第三代涡轮进口温度达到1300到1450k(1026.85度到1176.85度),只有研制出性能水平更高的航空材料才能保障发动机顺利投入使用。1960年起苏联开始对铸造高强耐腐蚀结构钢和铸造高强耐热合金进行研究,用于铸造航空航天产品大尺寸异形零件[新型聚合,黏合,油漆材料,胶,密封胶,防热和耐腐蚀材料,专业涂层,多功能非金属材料(辐射透过材料和辐射吸收材料)机理,精铸工艺与强化热处理工艺等]。同时VIAM开始深入研究用于燃气涡轮发动机主要零件上的马丁体类热强钢;在合金研究方面,研制出首批批量生产的苏联国产铸造热强合金ЖС6、ВЖЛ12у等,采用这些合金加工的等轴结构涡轮冷却铸造叶片的工作温度与同时期变形合金ЗИ437Б相比提高了200度;热强钛合金BT3-1,BT8,BT9,在一系列燃气涡轮发动机压气机、盘、叶片和轴中使用。同时,CIAM通过对燃烧室系统的研究工作,建立了温度场不均匀性计算方法。
3、在试制和推广使用燃气涡轮发动机的时期(第一代至第二代)时,可靠性和寿命问题一直没有被高度重视。到了第三代时,D-30、NK-8、AL-21F面临的主要问题就是可靠性和寿命问题,提高寿命和可靠性随后成为中心课题。燃气涡轮发动机寿命主要受火焰筒、涡轮和压气机工作叶片,压气机和涡轮转子的承重支撑滚动轴承的限制。而当时限制发动机寿命和可靠性的因素如下:
①对发动机与附件的性能、特性和引起各种故障的原因研究不够。因此,没有考虑发动机的实际工作条件,尤其是振动应力和热应力。
②检查发动机可靠性和寿命的实验方法不完整
③缺少在飞行中检查和预测发动机状态的手段
④个别零部件加工工艺规程不完善,也不稳定
后来在А.Д.什维佐夫、А.Г.伊甫琴科、H.Д.库兹涅佐夫、П.А.索罗维耶夫等人的努力下,这些复杂课题在短时间内得到顺利解决,并制定与提高发动机寿命有关的材料标准
正文:
涡喷的最后舞台
AL-21F:设计AL-21F的发动机目的就是使其具有与AL-7F发动机类似的性能,同时尺寸和重量要比AL-7F发动机稍有降低,最终目的是要显著降低耗油率。“联盟”机械制造设计局的R29-300具有和AL-21F相似的性能,但AL-21F具有更低的耗油率。1969年AL-21F通过增加空气流量,提高压力和涡轮进口温度等方式,使得推力增加了25%到35%,也使得所有部件都进行了较大的改动。相比于二代机,AL-21F及其改进型具有单位推力增加23%,耗油率降低17%,单位质量降低30%等优点。F型67年开始投产,其与改进型主要装备苏霍伊飞机设计局机型以及米高扬飞机设计局的产品。应用于苏-17,20,22,24和米格-23等机型改型(这里有个小故事,我在R29-300会提到)
AL-21F及其主要改型具有14级的轴流压气机,3级轴流式喷气涡轮,环管燃烧室具有12个火焰筒,进气道利用重量轻的合金制成,加力燃烧室可以全状态控制从飞行慢车到最大加力范围内实现平稳点火和功率调节。

AL-21F3
R13-300:在R11F2S-300的基础上,乌法发动机制造厂研制R13-300双轴加力涡喷发动机,用于装备米格-21SM,ST,MF和苏-15T,TM,UM系列。而其改型R13F-300在原有基础上安装了三个环形燃烧室的新型加力燃烧室,尾喷管可调并增加了隔热屏,这种结构可以使发动机实现“应急状态”。涡喷13则是R13-300在中国的代号,1978开始在沈阳黎明机械厂生产,用于歼八和歼七
R13-300的低压压气机为三级轴流式;高压压气机为五级轴流式,主要为钛合金结构,转子为盘鼓式;燃烧室为环管式;高压涡轮和低压涡轮皆为一级轴流式;加力燃烧室的火焰稳定器为V型槽沿径向分布;尾喷管可收敛,多调节板可调节喷管由液压装置驱动;发动机的操控系统由状态控制盒ПУРТ-2ФТ实施。
R15-300:为了给重型战斗侦查机E-150和E-152研制涡喷发动机,“联盟”发动机设计局于20世纪50年代末研发出单转子加力式涡喷R15-300,设计本身的深度节流和寿命延长可以保证飞机有较大的航程,同时也是世界上第一台安装了电子状态调节器的发动机,1965年开始批生产,及其改型主要用于图波列夫飞机设计局以及米高扬飞机设计局的产品,如图-123“隼”和米格-25系列
压气机为五级轴流式,钛,钢和高级镍合金结构;燃烧室为环形,18个蒸发喷嘴;涡轮为一级轴流式,实心转子叶片;起动系统为独立的燃气轮机起动机,位于附件传动机闸前面。
R25-300:乌法发动机制造局在R13-300发动机的基础上改进,研制出了R25-300,用于米格-21bis/bisk(比斯)和苏-15比斯,使得米格-21比斯和苏-15比斯的爬升率******动性明显改善。相比于R13-300,R25-300在设计上有许多改动。提高空气流量,改进加力燃烧室,改善冷却系统,增加加力燃油流量,增加加力燃油流量,增设应急工作状态,配置双级加力燃烧室,满足高空作战的需要。其改型寿命更长,可靠性更高,但推力并未改变,用于米格-21-93飞机。
进气装置采用铝合金进气处理机闸;低压和高压压气机分别为三级和五级轴流式;燃烧室为环管式,加力燃烧室为直流圆柱型;高压和低压涡轮皆为一级轴流式;尾喷管可调喷口

R25-300

我其实应该在这提一下R27F2M-300,但读物内并未收录此款发动机,只提供该发动机是图申斯基“联盟”机械制造设计局(500设计局)的产品,R27为“联盟”发动机设计局(300设计局)的产品。(维基虽然由直接关键词,但不知道为什么后面会给我提供关于空客和本田的消息。百度也是只有关于配装米格23改型和一些推力,空气流量等数据和消息,并没有发展历程等介绍。因为文章主要写具有代表性的航空发动机,所以不打算写关于R27F2M-300的闲谈)

后来我找了下关于配套机米格23的词条,只有发现关于R27-300的推力为77KN,后面就是米格-23的历史了
R29-300:图库斯基“联盟”机械制造设计局于二十世纪六十年代,以R-27F2M-300发动机为基础研制出R29-300 ,继承了大量R11F-300、R13-300和R25-300的成功经验。相比较于R-27,重量稍重长度也有所增加。最重要的区别在于前面两级压气机的直径增加了,空气流量得以提高大约20%。大的加力燃烧室也可完全由飞行员实现无级控制。后来在保持涡轮进口温度不增加的前提下增加低压压气机压比,导致压气机稳定工作性较差。对此采用机闸处理和增加压气机级数的办法来提高压气机喘震裕度,从而解决发动机工作稳定性问题。于此同时,将空气流量增加到110kg/s,推力增大到122.78千牛(最初设计推力为83.35KN,空气流量88kg/s)。其改型R29BS-300用于苏-22,R29PN装备的米格-23则没有出口,R23B-300则配装米格-23B和全部米格-27。
进气口为环形,无进口导流叶片;压气机为五级轴流,低压机闸,转子叶片和静子叶片均采用钛合金,低压轴则采用合金钢;高压压气机为六级轴流式,高温合金,钛合金和合金钢大量采用在高压压气机部件内;燃烧室为环形,火焰筒采用高温合金板材,燃烧室套用高温合金;高压/低压涡轮均为一级轴流式,涡轮机闸材料均为ЗИ437高温合金;加力燃烧室由全内锥加力扩散器,三排V型环形循环稳定器及带全长隔热屏的加力筒体组成;喷管为简单收敛式;控制系统为机械液压式。

R29-300


之所以选这图片为做封面,其实与鹰酱有关。在美国军方代表团于1967年7月看完包括米格-23在内的12种新型战斗机,美国在“大开眼界”的同时,也不知所措。虽然在参观时表现出以往一样的“镇定”。但他们明白,这些飞机比他们在役的作战飞机性能高出不少。随后12月海军和空军分别发布了F-14和F-15的发动机项目招标书,普惠与GE随后开始了有名的“发动机战争”,普惠的噩梦之旅开始了。当然,这图并不是指我上面所讲的事,但中国航空发动机的起步,确实离不开“借鉴”毛子“买”来和自身发展起来的“老东西”
小故事:苏联原决定AL-21F发动机装备米格32-24,但后来决定配装苏-17和苏-24,用R29B-300装备米格-23B。该决定的主要动机是为了让AL-21F处于保密状态,配装了AL-21F的米格-23不允许出口,而配装R29B-300的米格-23及改型则允许出口。(ps:兔子你当时从埃及引过来的是R29B-300)

出自大风号 翼下之风自媒体的漫画

涡扇登上了舞台
NK-8:在伊留申飞机设计局于1961年开始启动伊尔-62飞机的设计工作后,以期成为苏联民航飞机领头羊,库兹涅佐夫设计局则负责其动力装置的研制工作。在依托20世纪50年代末NK-6发动机的研制经验,利用其核心机技术,在三年的时间内研制出NK-8涡扇发动机。该发动机广泛采用了钛合金,采用多喷嘴燃烧室,可以保证进入到涡轮的燃气轮机的燃气气流温度场比较均匀,于1964年通过国家鉴定实验。其改型NK-8-4发动机由于在零件上采用高效的强化方法,并对发动机转子和管路采取了阻尼措施,使的NK-8-4具有很高的可靠性指标,该发动机在起飞时噪声很低,并且稳管中不冒烟,因此该发动机在国际航线上广泛使用;NK-88则作为NK-8-2U的发动机改型,采用了液态氢为燃料,在该发动机上也首次采用包括涡轮泵附件,燃料热交换-蒸发器和控制附件的燃料供给系统。在改型NK-83系列发动机上,首次采用了格栅式反推力装置,调节在尾喷管前。NK-8及其改型主要应用于图波列夫飞机设计局和库兹涅佐夫设计局的产品,经过NK-8系列发动机的不断改型、改进,使得其成为俄罗斯民航史上数量最多的批生产涡扇发动机。
风扇为两级,压比为2.15,转速5350r/min;低压压气机为两级,与风扇在一个轴上;高压压气机为六级,压比为10.8,转速为6950r/min;燃烧室为环形,129个喷嘴;高压涡轮为单级,低压涡轮为两级;反推力为推力的45%到48%,面积固定,内外涵气流混合排出的共用喷管。


NK-8-2U发动机结构示意图(含进气演示)
关于D-20P其实我应该在这里说明其是苏联研制的第一台涡扇发动机,但其意义主要体现在了D-30以其为基础发展得来。维基搜冷门发动机也是一如既往的只给了参数没给什么发展历程。但相比于只给数据连图片都没有的发动机,D-20待遇不错了。在这里也要感谢百科和维基的编写者,以及中航工业里编写航空发动机出版工程的各位,能给读者带来高质量的航空发动机读物(不过罗罗三部曲关于车的发展介绍不少,喜欢劳斯莱斯或宾利的可以买来看一些发展史)。

D-20外形图
D-30:索洛维耶夫设计局在二十世纪六十年代为苏联双发客机研制双转子涡扇发动。在D-20P成功用于图-124后,提出D-30应提高涡轮进口温度,保持低耗油率的设计思想。后来以D-20P为基础,主要体现在增加一级跨声速和2级高压压气机 ,增加压比和流量,得到增大推力和降低油耗率,发展得来D-30。D-30改型众多,主要应用在图—、伊尔—系列客机(如图-154M和伊尔-76T)。而D-30KU/KP系列发动机主要对涡轮冷却系统和燃油控制系统进行改进,引入消声结构降低其噪声水平,满足了国际名航对噪声的要求。同时性能超过了同时期西方国家的发动机,满足也成为了苏联和俄罗斯历史上生产数量最多,使用最成功的民用客机和运输机发动机。
以D-30KU/KP/KU-154发动机为例,压气机为双转子轴流式,低压2级高压5级;分离机闸用于分离内外涵气流,同时也是低/高压压气机转子的支承部件;燃烧室为环管式,可实现部分拆卸对火焰筒,喷嘴等零件进行检查和更换;高压涡轮为两级,导流叶片和工作叶片都采用空气冷却,而四级低压涡轮只有盘是带冷却的;反推力装置为两个外部调节片,控制系统为液压闭环自主控制系统。

D-30(在中国比较出名就是D-30改型用在了轰-6k和运-20上了)
AL-25:在竞争雅克-40系列时,伊甫琴科设计局拿出了他们第一台研制的双转子涡扇发动机AL-25,设计目的为中短程运输机和教练机。随后在雅克-40、雅克-40k,m-15等飞机配装的其他型号发动机竞争中胜出。AL-25发动机在苏联航空制造业中,是首次通过国外飞行许可的全部飞行实验,第一台可在德国和意大利按适航标准进行航空注册的发动机。AL-25发动机气动稳定性、推进效率较高,结构简单,维修方便,经济型同样不错,寿命长,具有高可靠性(能夸的都夸了)。及其改型后来主要装备教练机(使用数量最多的教练机动力),客机和农业机,2008年后改型不再生产。在中国,1998年后k8s,k8j教练机正是用AL-25系列发动机 (以前为美国TFE731-2A),包括印度、埃及等三十个国家同样使用着AL-25及其改型。
风扇为三级亚声速轴流式压气机,进气导流叶片为空心结构,用于引入压气机后的热空气进行防冰加温;九级亚音速轴流式压气机,进气导流叶片可调,一级低压八级高压,高压压气机为盘鼓式结构;燃烧室为环形带有12个头部的直流式环形火焰筒;尾喷管可简单收敛,内外涵道分开排气,面积不可调;高压/低压涡轮分别为单/2级轴流式;控制系统为机械液压式。
NK-144:如果知道英法的“协和”号,就应该对苏联的“协和斯基”所配装的NK-144及其改型感兴趣。为了争夺超声速名航客机的地位,库兹涅佐夫设计局准备设计出马赫数大于2的发动机。后来在NK-8的基础上,增加了加力燃烧室,并且借鉴了NK-6的研发经验,设计出NK-144双转子加力涡扇发动机。配装四台NK-144发动机的超声速客机在1968年试飞成功,于1973年在苏联国内航线使用。但NK-144在使用过程中曾遇到一系列故障,在总设计师I.A.叶利扎罗夫的带领下,比如抛油故障(滑油从滑油箱中甩出经通风系统抛到飞机机体侧壁)问题,经过增大 端面接触封严装置的固定转动件之间的间隙,之后发动机并未再出现过此类故障。当然,装备NK-144的图-144也成为了苏联首批获得国家载客安全性适航认证的客机,累积载客3284人次,完成了55个航班的飞行。其深度改型NK-144-22则用于图-22MO。当然,NK-144也同上面NK-8一样 ,具有采用液态氢做燃料的改型NK-144VT。但该设计方案最终没有投产

图-22MO
风扇为2级;低压压气机为三级,高压压气机为六级轴流式;燃烧室为环形;高压涡轮为单级,低压涡轮为两级;加力燃烧室为两个通道,三圈火焰稳定器,菊花形混合器(找了一下还像吧);尾喷管可调节;发动机材料采用了铸造变形钛合金和热强材料,配备了许多自动控制系统的传感器和目视观察孔。

闲谈:
苏联在20世纪60年代解决了涡轮气动热力和强度计算,涡轮试验,冷却叶片结构,新型耐高温材料等主要技术问题后,索洛维耶夫设计局,库兹涅佐夫设计局,留里卡发动机设计局等单位研制了军用和民用涡扇发动机。在苏联第三代涡喷/涡扇中,我们可以看到AL-21F等高性能涡喷发动机,也可以看到D-30,NK-144等涡扇发动机。在研制小涵道比和中涵道比的民用涡扇发动机(0.3~2),进一步发展加力式涡喷发动机。这一代中,新型的结构材料(钛、高温镍基合金等),使得涡轮进口温度普遍在1300-1450K,相比于第二代1150k-1250k,“代”与“代”之间的性能呈阶跃性提高。超声速级压气机,双转子结构,可调静子叶片,环形燃烧室和对流冷却高效率涡轮等,都是第三代航空涡喷/涡扇发动机的主要标志。由于相关书籍和链接我试了写了下,写到7400多字,所以我不打算像以前一样继续在下面备注资料来源,但最主要还是依靠彭友梅主编的《苏联/俄罗斯/乌克兰航空发动机的发展》至于之前的第一/二代专栏,我已经撤回至草稿箱重新编写(最近有一批新的关于美/英发展的书籍,前面也有很多没提到的地)。但我也是端午节假期左右继续写关于苏俄第三代航空发动机的文章,不能保证稳定更新,加之还要准备考试,或许时间并不是像海绵般想挤就挤出来了,但既然不能稳定更新我希望能保持质量。资料的收集是一大难事,上面肯定有我没提到或错误的地方,希望各位观众能够在评论区留下自己的见解和资料(推力等数据不就用了~我打算以后出配套战斗机专栏时再一并提出)。
freemind
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Re: 斯贝发动机传奇

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整理一下我国航空发动机工业上过的航空发动机型号,那些边角料的东西不算,至少咱们把带数字序号的发动机项目都给续上,以后和大家伙儿扯起来也算有个对照。
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先写个容易的涡喷发动机,因为大家关心的涡扇发动机的型号还没凑齐……等什么时候施佬取得突破进展了再说。这其中有一些是百度即可查到的,施佬就随口胡诌两句,百度不那么容易查到的,施佬稍微胡诌的仔细一点……当然因为资料不多,也没有多少内容啦!
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▲ 资料好贵的!!!
我军的发动机也和飞机型号一样从5开头往下顺次展开,第一个型号就是涡喷-5系列。这玩意儿容易查,就是黎明厂根据苏联VK-1A和VK-1F发动机的技术资料仿制的离心式涡喷发动机,主要用于国产歼-5、歼教-5和轰-5系列。虽然这看起来是个落后型号,但是因为歼教-5和轰-5在我军中退役的时间特别晚,所以涡喷-5系列发动机也一直生产到了1985年,并且衍生出涡喷-5甲、乙、丙、丁四个主要型号。
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▲ 涡喷-5作为早期发动机,寿命短所以产量巨大,国内生产了近万台
涡喷-6系列同样是大路货。这款产品作为苏联RD-9B的许可证仿制型,是引进米格-19的时候同步仿制和试制的产品,早期配备主要歼-6系列,后期则主要装备强-5系列,当然在中间长空一号无人靶机和歼-12超轻型歼击机使用的也是这一系列的发动机。由于强-5直到去年才从我军航空兵中全面退役,涡喷-6系列发动机不仅生产持续到2000年以后,而且中间还存在着80年代末期停产,90年代初恢复生产这样的折腾。
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▲ 涡喷-6那更加是,寿命短需求大服役时间长……
涡喷-7一样也没太多可说的,用搜索引擎也能看个八九不离十,当年黎明厂按照米格-21F-13配套的R11F-300展开了仿制,1966年就完成试制,随后也衍生出了一系列改型,装备早期的歼-7和歼-8系列战机上。随着歼-7早期型号越来越少,
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▲ 涡喷-7也是……随手就有图片
涡喷-8作为轰-6系列不算轰-6K的独家装备,是仿制图-16的RD-3M发动机而来的涡喷发动机。这款发动机在中国的几十年生产中没有什么衍生型号,只是根据其生产年份不同,对其发动机的使用寿命有所区分。
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▲ 按年份分……说的好像涡喷-8是个红酒一样
涡喷-9就比较少介绍了,毕竟这是一个开始的早,结束的也早的老项目,原本的代号是涡喷-6丙,是1969年上马的垂直起降飞机“四号工程”的配套项目。这款发动机的主要技术特点,在于发动机在加力燃烧室里要装设燃气转向活门,以便在飞机起降时为飞机上的升力风扇提供燃气,同时对压气机叶片和叶盘进行重新设计,以便让发动机在尺寸基本保持不变的情况下增加推力。
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▲ 彩虹熊大佬的这个制作算是比较好还原了四号工程的样貌,涡喷9发动机那就没图了
按照试车的结果,涡喷-9确实性能也有不小的突破,单发的最大推力比涡喷-6增加了800公斤,加力推力更是增加了1吨多,但是问题有两个,一个是活门转向引起的发动机总压损失太高了,另一个是……在林彪指示下上马的垂直起降飞机本身也撤销下马。所以涡喷-9发动机从1970年9月开始部件方案试验,1975年就正式停止研制了。
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▲ 四号工程本身也只是个验证机项目,和雅克36一样基本是没法实战的
涡喷-10也是这样一个短命的型号,项目的起源来自于1971年空军提出的初级喷气教练机的研制需求。在1973年三机部提出喷气式初级教练机也就是初教-7的研制要求之后,1974年1月也开始了配套的涡喷发动机的研制工作。1975年4月,三机部在协调会议上正式将这款发动机命名为涡喷-10。
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▲ 老初教-7的整体构型很像之前引进的L-29,主要区别在于尾翼形制不一样
因为时间紧任务重,加上没有可以直接参考的原型机,涡喷-10发动机的研制采用了模块化拼接的思想:以涡桨-6发动机的压气机设计为基础,从10级压气机改为7级,加上英国“威派尔522”(ViperMK522)的燃烧室设计,在配上自行设计的涡轮,顺便以涡喷-5的燃油附件作为基础设计,构成新的发动机。初期的工作比较顺利,燃烧室和涡轮串联试验、压气机试验什么的都比较乐观,原本项目是大有希望。
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▲ 另一位大佬在北航博物馆拍摄的威派尔522发动机
但是就在同一年,涡喷-10计划的生产厂认为7级压气机的方案和涡桨-6已经没有关系,不能接受试制,此时又逢空军考虑到喷气初教机需要翻新航校机场跑道而要求项目暂缓,涡喷-10方案也就此没有了下文。
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▲ 所以好看则好看,没有搞就是没有搞
涡喷-11发动机也不大有名,但是其应用反而比较广泛,这款发动机是1965年我国测绘美国J69涡喷发动机后的国内型号。J69的来源么……自然是飞入我国境内侦察之后被击落和因为事故坠毁的各种美制BQM-34“火蜂”系列无人侦察机。一开始测仿的对象是推力7.7千牛的J69-T-29,后来改为测仿推力更大的J69-T-41。由于发动机结构简单,技术要求也不高,涡喷-11的测绘仿制也比较顺利。
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▲ “火蜂”在那时候可是没少挨揍
涡喷-11先是用在了中国依照“火蜂”研制的“无侦5”无人机上(原汤化原食),随后其改进型还应用在其他的无人机型号上并且延续至今。在2018年珠海航展上的“云影”无人机上,使用的依然是涡喷-11C型发动机。
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▲ “云影”无人机虽然如此先进,用的还是涡喷11系列
涡喷-12发动机是美制J85涡喷发动机的国内测绘仿制型号,1975年我国从越南获得了J85发动机整机之后,三机部先要求国内部门对J85只进行研究分析,不进行测绘仿制。后来因为这个发动机性能较好,可以满足喷气初级教练机和轻型歼击机的需求,因此在1977年又下达了测试仿制的命令,并且命名为涡喷-12。
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▲ 越南统一之后,缴获了不少的F-5战机和配套动力
某种程度上说,正是涡喷-12的研制,把前面的涡喷-10发动机给彻底终结了,但项目在测绘研制的同时,由于其生产厂同时面临涡桨-6发动机的排故攻关,加上喷气初教机没有下文,因此项目中断。虽然1979年恢复了缓慢的研制,但在1981年根据航空工业部的新部署,最终暂停了其研制。
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▲ 所以黄植诚起义的时候,J85对我们已经不是什么新鲜产品了
涡喷-13比起涡喷9、10、11、12就要有名多了,该机是米格-21MF上的R13-300发动机测绘仿制以后发展起来的型号,该系列发动机装备歼-7III以后的歼-7系列,歼教-7和山鹰系列,以及歼-8II系列的绝大多数型号。同样是一个装备广泛所以容易查到资料的型号,施佬就不多说了。
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▲ 涡喷-13直到FTC-2000G还在用
涡喷-14的名气更大,因为他是我国“第一台走完自行设计、试制、试验、试飞全过程”的航空发动机,还有一个“昆仑”的代号。相关的介绍也是不少,但是发动机的运用相对就比较尴尬,由于涡喷-14原定装机的歼-8III项目最终下马(这其中发动机空中熄火有不小的责任),这款发动机长期没有找到装机对象,直到新世纪的歼侦-8F上,改进之后表现合格的涡喷-14A发动机才算是真正应用。
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▲ 涡喷-14……就真的是一个悲伤的故事
涡喷-15的故事,施佬以前也说过不少了,这种根据米格-23上的R29-300发动机计划测绘仿制的型号虽然曾经有过不少装机对象,但最终并没生产。实际上连当年计划装备在歼-10原型机上的涡喷-15,都是计划拿引进的R29-300修改部分结构之后使用,而不是从头开始的自行生产。
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▲ 米格23给中国带来的涡喷-15,实际也没有量产
恩,以上就是有关新中国航空工业从涡喷-5到涡喷-15的大概情况,姑且当做一个概览看吧。
freemind
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Re: 斯贝发动机传奇

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斯贝发动机改进潜力有多大?
斯贝发动机的改进路线主要有两种:一种是增加空气流量来提升推力,这样不仅能提高发动机的效率,还能节省燃油,但需要对发动机进行较大改动。另一种是增加加力段,这两种方法并不矛盾,可以结合使用。如果将斯贝改型加力推力提升到12吨~13吨,那么其潜力是非常巨大的。

艾利逊公司曾提出过设计一种推力为10.5吨的加力型TF41 912-B52,用于A-7的改型计划,但该计划后来被取消。此外,还有一款艾利逊912-23B方案,加力推力为11.3吨,该方案曾用于竞标F-14、F-15的换发计划,但后来被正牌的三代涡扇发动机淘汰。

假设TF41的重量与斯贝M202相同,B52方案的推重比为5.7,而23B方案的推重比为6.1。参考其空气流量117~119kg/s,推力潜力可以达到12吨,此时推重比为6.5。如果叠加了斯贝205的鸡血模式,可以达到13.3吨,推重比为7.18。此外,还可以通过将TF41的发动机附件中燃油控制系统由机电控制改为数字电子控制来减轻重量,而不改动发动机本身。

这些改进型都有现成的图纸方案甚至是实例。中国当时没有技术能力改进大推力发动机,因此利用这些现有方案可以保证改进的成功。艾里逊公司的这些改型都有罗罗的型号编号,大概率罗罗是保存有图纸的,那中国花钱买就行。这里只讲中国从英国搞到有关于TF41的图纸,而不提从美国搞到TF41。从英国手里搞到TF41图纸可以靠私下买,英国的确不想花额外的精力帮中国搞大推力发动机,但是有不花精力额外赚外快的途径,还是可以搞的。但是从美国手里是买不到的,只能偷。

关于从美国引进喷气发动机技术的想法,我觉得不现实,因为美国对喷气发动机技术看得很紧。美方可以把部件给中方组装,最多做到这一步,至于如何制造零部件是别想了。

简单来说,斯贝改进的路线图就是:先完全仿制成功斯贝发动机,然后搞来TF41的图纸仿制。然后给TF41配上加力段,最后加上斯贝205的鸡血模式,这样就得到一款常规加力推力11.5吨,短暂鸡血模式13.5吨,鸡血推比超过7的准三代大推力发动机。想来这个用于三代机也是够的,毕竟法国人用推比只有6.5的M53发动机也能搞出三代机幻影2000。
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