振翅猎鹰-从动力系统看L15的发展

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/25 13:48:57
航空档案2007.06
  
    离子鱼 淡然



◆L15的基础情况和设计理念
  大家知道,先进的作战飞机只有在高素质飞行员的操纵下才能够在现代化高技术战争中发挥作用。为了在空军装备体系中建立起一个良好稳定的飞行员培训系统,必然要拥有一个高效率的飞行培训体系。飞行学员在基础教练机和作战飞机之间的过渡和衔接直接关系到飞行员的技术水平,承担这一阶段训练任务的喷气式高级教练机就成为现代化空军装备体系的重要组成部分。作为能够满足先进战斗机稳定过渡要求的高级教练机,可以说是各种教练机型号的高端产品,也是国内和国际新一代喷气式教练机技术和型号发展的重点。 |V`YHd?r  
  目前,我国空中作战力量的装备技术在经济发展和国家安全形势的双重作用下迅速提高,但作为人员训练任务的喷气式高级教练机的发展却一直落后于战斗机的发展速度。我国空军目前大规模使用的高级教练机只有落后的歼教-6和歼教-7,而随着空军装备的不断更新,作为训练战斗机飞行员主要型号的歼教-7已经很难适应我国航空武器装备技术的发展。这一态势随空军从20世纪90年代初期开始装备歼-8Ⅱ和引进苏-27SK之后就越发紧迫,而随着近年来更加现代化的歼-8Ⅱ改和全新开发的歼-10先后服役之后,解决我国空军在战斗机和教练机之间存在巨大技术差距的压力也就越来越大。 DMWmUcf  
  从现状来看,空军在出口型K-8基础上改进装备的教练-8已经陆续取代过时的歼教-5中级教练机,而由初教-6和教练-8组成的初-中级教练机系统基本上也可以满足目前飞行员基础培训的要求,但是作为执行高级训练任务的歼教-7和战斗机同型双座教练机之间的高级训练工作中却存在一个比较大的技术空白,无论是在性能还是在技术上都已经无法满足填补这一空间的需要。高级教练机的综合性能与先进战斗机性能差距过大的问题,不但导致了中国战斗机飞行员培训时间过长和投资过大的问题,而且还存在飞行员训练科目不足和非技术原因导致的淘汰率过高的问题。这些问题已经开始对飞行员的训练水平造成不利的影响,飞行员培训机型不能适应作战机型技术条件的问题严重,极大地限制了我国空中力量的战斗力发展。上述问题的暴露,使得空军迫切需要发展一款能够满足为新一代高性能战斗机提供飞行员的新型高级教练机。 &aD0&|V  
  新型高级教练机的发展,对于"提高训练质量,优化训练过程,讲求训练效益"有着重要的作用,笔者认为发展新型高级教练机时应优先考虑的是: fkfp[J[Z  
  1、安全性:在安全、可控制环境下保持合理的淘汰机制; cfTfNUk4N  
  2、可用性:满足未来主战飞机要求的教练机训练效能,满足未来训练任务要求的教练机可靠性、维护性和保障性; OfJ'6J  
  3、经济性:以教练机自身全寿命周期费用为基础,评估教练机对加速战斗力生成的实际作用,从整个训练体制的角度全面衡量训练效益。 .U'e_aO =  
  本世纪初,国内航空企业开始发展的教练-9(又称"山鹰")和L15(又称"猎鹰")都是为了填补改善歼教-7和战斗机同型双座教练机之间的技术空白所做的努力,教练-9作为歼教-7的现代化改进型,突出的是技术上的继承性和可靠性,而L15作为独立开发的新机项目则更加重视平台和装备的先进性及前瞻性。L15目前在综合技术水平上处于国内同型机的最先进水平,该机在结构设计的先进性上要明显超过同时期发展的教练-9,双发布局及国内应用成熟的数字式电传操纵系统可以有效的提高训练飞行的安全性,高机动飞行能力能够满足未来主战飞机要求的教练机高训练效能,对于提高训练效益具有重要意义,其综合技术水平与目前国外最新开发的高性能教练机基本相当。L15全新设计的机体和动力装置在技术性能上完全达到了国外同类飞机的先进水平,作为一种采用了先进气动布局、电传飞行控制系统和拥有较大速度范围的军用飞机,其在完成飞行训练任务的同时还具备很强的多用途改进潜力,是中国新一代军用飞机中同时具备技术先进性和市场竞争力的先进机型。 { vXwl#q{  
N;U)(G*M  
◆L15所选择的动力形式和型号选择 ]K ^tfde  
~k P]nR2+  
  1970年代以来,美国、俄罗斯、西欧等军事工业发达国家成功地研制了一批先进的高级教练机,培训了大批的第三代战斗机飞行员,研究它们高级教练机配装发动机的特点和趋势,对于我国新一代高级教练机配装发动机的选择和发展,具有十分重要的借鉴作用。 9T, S~  
  目前世界上在役的比较著名七种高级教练机中,有三种配装涡扇发动机,另外四种配装涡喷发动机。不过这四种高教机是1960-1970年代研制的,所使用的涡喷发动机J85、威派尔及P-11F-300多已停止生产。 /MrcR3N%  
  目前世界上正在研制的新一代高级教练机有四种,它们配装的发动机类型见表1。 97o>jWx  
  这新一代高级教练机全部选用涡扇发动机。另外,近年来高级教练机的改型,如美国海军在Hawk60系列基础上的改进型T-45、捷克的L-159B、日本F-2B高级教练机,也都选用涡扇发动机。可见高级教练机配装涡扇发动机,是高级教练机发展的必然趋势。 >qDw9,{qi*  
  涡扇发动机相对于涡喷发动机的低耗油率,对于教练机全寿命期(一般达20年)使用费用的节省十分可观,同时发动机的低耗油率也增加了教练机宝贵的续航时间,在一次飞行中,教员可以安排更多的练习,从而提高训练效率。 7B\7jv  
  另外,高教机选择双发布局具有较大的优势。虽然单发布局具有结构重量较轻,采购费用较低的优点,但是对于培训飞行学员来讲教练机双发布局在提高飞行安全方面具有重要意义。教练机在频繁的起落飞行训练中,由于技术缺陷、维护使用失误和外来物的损害,特别是低空飞行中的鸟撞,会导致发动机的停车。双发布局可以保证在其中一台发动机发生故障后,用另外一台发动机安全飞行和着陆。国内外的飞行经验证明,单发布局的教练机,一旦发动机出现故障,会造成学员心理恐慌,从而引发飞行事故。美国、法国、德国研制的高级教练机T-38、Alpha Jet都采用双发布局。俄罗斯军方对新一代高级教练机("雅克"-130和"米格"-AT)以及美国未来侦察/攻击/战斗机训练系统(RAFTS)计划都明确提出双发布局要求。我国引进的苏-27战斗机,发动机曾经发生多次空中停车,由于双发布局,避免了飞行事故的出现。而最近一架歼7战斗机却因鸟撞导致发动机停车,造成飞机坠毁。 hT9SqXLN  
  作为以满足培训三代和四代战斗机飞行员为目标发展的高级教练机,L15在整体设计过程中对飞机的安全性和飞行性能之间进行了综合考虑。采用了小尺寸规格双发动力布局,以提高飞行安全性。同时两台小推力加力式涡轮风扇发动机使L15获得了大于1的推重比,充沛的动力能够保证L15具备M1.5左右的高空最大飞行速度和很高的剩余推力,先进的气动布局和数字式飞行控制系统使飞机在大迎角控制能力和机动性上都比较出色。 Tj)C^>8S  
  AI-222-25发动机是乌克兰扎波罗日"前进"设计局于20世纪90年代末期根据俄罗斯雅克福列夫飞机设计局的"雅克"-130飞机要求开始研制的,是一型高性能的不加力小涵道比涡扇发动机,AI-222-25发动机在"雅克"-130飞机上的大部分飞行试验已完成,近期将完成定型。从2000年开始,乌克兰"前进"设计局在AI-222-25发动机基础上增加加力装置,改进研制AI-222K-25F发动机。L15计划采用的发动机是带有加力装置的AI-222K-25F涡轮风扇发动机,这个类型的发动机在国外已经是技术和应用相当成熟的产品。AI-222K-25F涡扇发动机采用了当代西方发动机相似的新技术,主要特点有:采用高负荷风扇,增压比达到2.6,两级风扇都采用了整体叶盘结构,具有较高的可靠性,高压涡轮叶片采用定向结晶的空气叶片,叶片的冷却方式较先进,使涡轮前温度达到1480K,单级低压涡轮的级负荷也比较低;发动机在结构上采用单元体结构,便于装配和维护;控制方式上采用了全权数字电子控制系统(FADEC);加力比高、寿命长,全寿命使用费用低。 ::seqa'm!  
  为了规避新飞机配装新发动机可能出现的风险,2006年3月首飞时,L15架飞机配装斯洛伐克HTC-AED公司生产的、已经使用多年的且比较成熟的DV一2X发动机(该发动机是由乌克兰"前进"设计局设计,曾配装过L59飞机和"雅克"-130原型试验样机),换装AI-222K-25F的L15飞机将干2007年首飞。 Ixf6Bt  
  在国际市场方面,中国早期推出的出口型K-8中级教练机采用的就是美国提供的发动机,而国内使用的教练-8飞机则应用了乌克兰生产的AI-25TL和国产的涡扇-11发动机。教练机作为直接军事价值有限的航空装备,其政治敏感度比作战飞机要低,为了使L15便于在国际教练机市场推广,推向国际市场的L15在动力系统的选择上也存在一定的余地,如果L15能够在国际教练机市场上获得用户的接受,尤其是准备采购L15的用户是习惯于使用西方航空产品的国家时,L15也可以换装国外综合技术性能较为先进又经过应用验证的成熟航空动力系统。 / 'nes  
R]4=va/  
◆L15动力装置的技术特点与市场上风险Al-222-25发动机的特点 >n|jr51d  
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  AI-222发动机系列是乌克兰扎波罗日飞机发动机联合体于90年代后期根据高教机、轻型攻击机,轻型战斗机的市场需求开始改进研制的发动机,该联合体由伊伏琴柯前进设计局和扎波罗日发动机制造厂组成。 d( J<hS:Z  
  AI-222-25发动机在AI-25TL和DV-2基础上进行了比较大的改进,该发动机: \lh+8zs\ d  
  1、技术先进、性能较优。该发动机采用与当代西方发动机相似的新技术,如单元体结构,FADEC控制系统,定向结晶高温涡轮叶片,高负荷整体叶盘结构等,其主要性能参数与西方国家同类产品比较,性能较优,另外发动机的冷、热端部件寿命分别达到6000小时和4000小时,翻修寿命可至到2000小时。 fai[AQA^Y  
  2、政治风险小。乌克兰是独立主权国家,不受他国控制,我国与乌克兰国家关系友 fyCvy+K  
好,两国之间的技术贸易没有障碍;目前洪都航空工业集团公司的教练-8飞机仍然采用前进设计局和相应工厂生产的AI-25TL发动机,双方一直保持技术合作。据外电报道,在坦克、驱逐舰军用动力系统方面,我国与乌克兰也保持着良好的技术合作关系。 v-8 @^ {  
  3、技术风险小。乌克兰扎波罗日飞机发动机联合体,是一家经验丰富,产品众多的发动机企业,其设计部门的前身苏联伊伏琴柯-洛塔列夫设计局是苏联著名的发动机设计局之一,已有60年的发展历史,1990年苏联解体后,该设计局及配套的扎波罗日发动机制造厂归属乌克兰。前后研制生产了AI-20、AI-24、D-36、D-18T、D-136、DV-2、D-236、D-436、D一27等涡桨、涡轴、涡喷、涡扇和桨扇各型17种涡轮发动机,总计生产30000多台。用于"伊尔"-18、安-24、L-39、"雅克"-40、"雅克"-42、安-124、安-225、米-26等中型、大型运输机、教练机、直升机共53种飞机,在96个国家中使用,累积2.5亿飞行小时。该联合体的质量管理体系已获得ISO-9002国际标准认证,目前正在与俄罗斯的克里莫夫公司、莫斯科联盟航空发动机联合体合作开发D-436涡扇发动机,是图-334支线飞机的动力,其改型可用于图-134、雅克-42、安-72和安-74飞机及别-200水陆两用飞机上;AI-450涡轴发动机系列,将用于卡-226和卡-228直升机。此外,联合体还与俄罗斯的克里莫夫公司等发动机合作开发TV3-117涡轴发动机,用于多种直升机。 0xbu$P--  
  在教练机动力方面,1960年代研制的AI-25TL已配装3000余架捷克教练机L-39和30余架JL8教练机,1980年代研制的DV-2发动机用于捷克L-39教练机的改型L-59教练机及其新的改型L-159高级教练机,DV-2S,即RD-35,是"雅克"-130高级教练机验证机的动力,DV-2发动机,已经生产200多台,经过使用的考验。AI-222-25发动机虽然是在研产品,但AI-222-25的核心机与DV-2的基本相同(仅高压压气机相差一级)。目前前进设计局通过与俄罗斯有关部门的合作,完成了4200千克加力推力级AI-222K-25F的总装配,2007年1月开始发动机的地面台架试验,2007年可交付首批加力型发动机给洪都集团。 _R4kK,ZC,  
  3、国内对AI系列发动机已经具备一定的生产条件,易于国产化。 }cAs  
  国内哈尔滨东安发动机制造公司生产的涡桨发动机涡桨-5和南方航空动力机械公司生产的涡桨发动机涡桨-6,最初都是乌克兰前进设计局的产品AI-24和AI-20。目前由608研究所、南方公司研制的涡扇-11涡扇发动机(AI-25TL)也已设计定型。国内对该发动机系列的产品比较熟悉,在此基础上将来通过与乌克兰前进设计局的技术合作,引进同一系列的乌克兰AI-222-25发动机,在涡扇-11批生产线上,制造AI-222-25发动机,不需要进行大规模的技术改造。 0e p  
  4、促进我国小推力级发动机的系列发展,形成军民两用和一机多用 %&o.3F  
  在AI-222-25发动机核心机的基础上,若加大涵道比,可以增大推力,降低油耗,能够适用于更大型的飞机。乌克兰正在研制的AI-22发动机,就是一种比较适用的民用发动机,已选为50座的图-324的动力。AI-222-25的加力型的推力,与国内涡喷发动机涡喷-6的加力推力相当,其核心机的空气流量与涡桨-6的差别不大,均为20千克/秒左右,但是具备重量轻、油耗低的优点,在我国具有较大的应用前景。 }:A(m `  
  5、价格优势 @H\E 2A  
  AI-222-25发动机每台初步定价约为阿杜尔发动机的50%;F-124的40%。 WIi0  
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◆AI-222-25发动机的研制风险 Hy}8MBS  
l,Ab|4y  
  选用AI-222-25发动机,也有不足之处,应当采用必要的措施,最大限度地降低技术风险。其潜在的风险有:  !b)U"  
  1、AI-222-25发动机不是货架产品,仍然潜在一定的风险。 $ ai1L8  
  按照乌克兰前进设计局的计划,AI-222-25发动机2006年定型,即使高级教练机在2007年立项,AI-222-25发动机也不会影响L15研制的进度。但这毕竟是预定的计划,新研制的飞机配装新研制的发动机,更增加了该项目的技术风险。为了确保高教机的研制进度,L15先采用性能水平相当的DV一2发动机进行飞行试验,最后选用AI-222-25发动机定型。 A:08V~Xx  
  2、带加力的AI-222-25F发动机的研制风险 (>6fu*9  
  目前前进设计局依托俄罗斯航空发动机研究权威部门中央航空动力研究院及乌克兰基辅空气动力研究所的技术储备,完成加力燃烧室的性能设计、特性计算及参数选择,其结构设计以RD-33发动机和AL-31F发动机的技术方案为基础,前进设计局与克里莫夫发动机公司、莫斯科联盟航空发动机联合体等俄罗斯发动机公司均有合作关系,增加加力燃烧室应该可行。走跨国联合研制的道路是一个减少技术风险,提高投资效益的捷径。这样自然会促进带加力的AI-222-25发动机的研制。 f 3'j6  
  3、发动机控制系统的设计 Wh4@)PoK  
  AI-222-25发动机采用的全权限数字电子控制系统,是目前国际上比较先进的技术,该技术已经在AI系列的民用发动机AI-22上使用,前进设计局通过与俄罗斯的有关部门合作进行改进,应用于AI-222-25发动机,涉及到与第三方合作的问题。 24t$?69@  
  选择AI-222-25发动机作为L15的动力,发动机国产化是不可回避的问题。这里对AI-222-25发动机的技术经济性进行分析: =j M^%w  
  4,发动机采购及维修费用估计 9aCiR  
  取一架高教机的寿命为20年,每年平均飞行300小时,则一架飞机全寿命期总共飞行6000小时。 *A: :2jU  
  设发动机的翻修费用为发动机价格的30%,一架高教机装一台涡喷-13F涡喷发动机,每台发动机可以翻修两次,飞机全寿命期需要6.7台发动机,共翻修13.4次,一架高教机装两台AI-222-25涡扇发动机,每台发动机可以翻修两次,飞机全寿命期需要2.5台发动机,共翻修5次,则装两台AI-222-25涡扇发动机的高教机方案比装一台WP13F涡喷发动机约节省2000万元。 .>sT oo.k  
  5、发动机燃油消耗估计 bN{1qN~&  
  参考前进设计局提供的数据,装两台AI-222-25涡扇发动机的高教机方案比装一台涡喷13F涡喷发动机在一架飞机全寿命期6000飞行小时中,总共大约节省5600吨燃油。 ',s}<nKJmR  
  从上述对比可以看出,AI-222-25涡扇发动机与可以用于国产涡喷发动机相比,具有寿命长、油耗低、维修性好的优点,虽然配装双发,但飞机全寿命费用仍然节省许多。 d>"=i2^5  
&Xiw0ID  
◆AI-222-25发动机的技术引进与合作 [|Hkp "#E  
'3rwAnV6X  
  20多年来,608所和331厂研制和生产过乌克兰前进设计局设计的AI系列的三种发动机A1-22、AI-24及AI-25TL,比较熟悉该设计局发动机的设计和制造特点。L15拥有广阔的国内和国际市场,乌克兰前进设计局表示了积极的合作愿望,借此机会,以市场换技术,通过技术引进与技术合作的方式,逐步实现AI-222-25发动机的国产化是可行的。331厂对AI-222-25系列发动机的制造工艺和材料使用情况进行初步分析后认为,由于AI-222-25与涡扇-11在制造技术方面存在较大的继承性,331厂在成功研制涡扇-11的基础上,通过与国内其他厂家的技术合作,除个别零部件(如涡轮定向晶体空心叶片、特殊气动雾化喷咀等)需要外协攻关研制或进口专用设备外,331厂初步具备制造AI-222-25发动机的能力。另外AI-222-25发动机使用的绝大部分材料与AI-25TL相同,在涡扇-11国产化过程中,已经使用相应的国产材料替代,仅有少量的材料目前还没有找到对应的材料牌号,需要进行研究国产替代材料。2006年11月,乌克兰MOTORSICH公司和前进设计局专家在株洲了解南方公司生产AI-222K-25F发动机的技术能力、现有的生产车间,设备,生产和检验工艺,燃气涡轮发动机的装配和试验,人员数量和技术水平以及现行的质量控制体系;介绍了AI-222K-25F发动机主要零部件的结构、材料、工艺和冶金特点。经过对南方公司的考察,乌方专家的结论是:南方公司基本具备制造AI-222K-25F发动机的能力。目前,AI-222K-25F发动机生产许可权引进谈判进展顺利。 6>Wvu,s.  
.;nkj5 6  
◆国内航空动力选择对L15发展的影响 HgW_.P  
4-m`cKu5  
  国内航空发动机企业通过多个型号涡轮风扇发动机的研制或者引进型号的国产化,目前已经基本上具备了依靠国内力量发展第三代喷气发动机的基础条件,理论上完全有能力利用国内技术来发展适合L15使用的航空动力装置。L15的航空动力装置的供应可以通过引进国外技术进行国产化改进来建立基础条件,这样的方法在类似机型的开发和改进过程中已经有过成功的经验,国内装备教练-8的涡扇-11发动机就是引进乌克兰发动机改进的产品,为L15超音速教练机选择同样由乌克兰开发的AI-222-25F,在技术上与已经部分实现国产化的涡扇-11之间存在一定的继承性,相对来说能够在政治上比较可靠的情况下完成国产化工作。 vX?6kpYSB  
  研究我国高级教练机配装的发动机的采购、技术合作、技术引进、国产化问题,不仅仅是一种发动机型号发展的问题。它涉及到我国高级教练机、攻击机、轻型战斗机、公务机、直升机和中/小型民用飞机的动力问题,对于我国航空工业动力技术的发展,具有更为长远的意义。 H)}U"lC0<  
  我国涡扇发动机的预先研究和型号研制,已经形成大推力发动机(加力推力13000千克)、中推力发动机(加力推力8000千克)、小推力发动机(加力推力2000千克)及微型弹用发动机的发展格局,但缺少推力3000-4000千克级的先进发动机,采用双发布局的新一代高级教练机,可以填补这一空白,充实我国小推力发动机的发展系列。 4o7 Ycwo7  
  乌克兰前进设计局AI发动机系列,对于我国小型发动机系列发展具有很好的借鉴作用。利用涡扇-11的技术积累,将AI-222发动机的核心机作为小推力级发动机系列发展的基础平台,AI-222-25是比较理想的高级教练/轻型攻击机的动力,全加力状态推力达到4200千克的AI-222K-25F,采取双发配置,也很适合我国轻型双重任务战斗机的需要。4000千克级大涵道比、低耗油率的AI-22发动机适合50座级支线飞机和公务机的动力需求。 M/>$ s90  
  L15试飞的成功用事实证明发展亚音速L15不存在技术上的困难,同时也给用户提供了多种方案选择的可能性。在此基础上,随着带有加力发动机的超音速型以及继续发展多用途改进型,应该可以比较好的平衡好L15在技术、成本和时间因素等市场竞争中最重要的关系。 tT>9@ sL  
  总之,L15的发展计划中充分考虑了发动机选择上可能带来的风险,先采用性能水平相当的DV-2发动机进行飞行试验,最后选用AI-222K-25发动机定型,从而有效的规避可能存在的风险。同时推力级别3000-4000千克级的先进发动机(AI-222K-25系列)也可以填补国内在此推力级的空白,为我国未来支线飞机、公务机、无人机等机型的发展提供有力的保障。 c0D]0/航空档案2007.06
  
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◆L15的基础情况和设计理念
  大家知道,先进的作战飞机只有在高素质飞行员的操纵下才能够在现代化高技术战争中发挥作用。为了在空军装备体系中建立起一个良好稳定的飞行员培训系统,必然要拥有一个高效率的飞行培训体系。飞行学员在基础教练机和作战飞机之间的过渡和衔接直接关系到飞行员的技术水平,承担这一阶段训练任务的喷气式高级教练机就成为现代化空军装备体系的重要组成部分。作为能够满足先进战斗机稳定过渡要求的高级教练机,可以说是各种教练机型号的高端产品,也是国内和国际新一代喷气式教练机技术和型号发展的重点。 |V`YHd?r  
  目前,我国空中作战力量的装备技术在经济发展和国家安全形势的双重作用下迅速提高,但作为人员训练任务的喷气式高级教练机的发展却一直落后于战斗机的发展速度。我国空军目前大规模使用的高级教练机只有落后的歼教-6和歼教-7,而随着空军装备的不断更新,作为训练战斗机飞行员主要型号的歼教-7已经很难适应我国航空武器装备技术的发展。这一态势随空军从20世纪90年代初期开始装备歼-8Ⅱ和引进苏-27SK之后就越发紧迫,而随着近年来更加现代化的歼-8Ⅱ改和全新开发的歼-10先后服役之后,解决我国空军在战斗机和教练机之间存在巨大技术差距的压力也就越来越大。 DMWmUcf  
  从现状来看,空军在出口型K-8基础上改进装备的教练-8已经陆续取代过时的歼教-5中级教练机,而由初教-6和教练-8组成的初-中级教练机系统基本上也可以满足目前飞行员基础培训的要求,但是作为执行高级训练任务的歼教-7和战斗机同型双座教练机之间的高级训练工作中却存在一个比较大的技术空白,无论是在性能还是在技术上都已经无法满足填补这一空间的需要。高级教练机的综合性能与先进战斗机性能差距过大的问题,不但导致了中国战斗机飞行员培训时间过长和投资过大的问题,而且还存在飞行员训练科目不足和非技术原因导致的淘汰率过高的问题。这些问题已经开始对飞行员的训练水平造成不利的影响,飞行员培训机型不能适应作战机型技术条件的问题严重,极大地限制了我国空中力量的战斗力发展。上述问题的暴露,使得空军迫切需要发展一款能够满足为新一代高性能战斗机提供飞行员的新型高级教练机。 &aD0&|V  
  新型高级教练机的发展,对于"提高训练质量,优化训练过程,讲求训练效益"有着重要的作用,笔者认为发展新型高级教练机时应优先考虑的是: fkfp[J[Z  
  1、安全性:在安全、可控制环境下保持合理的淘汰机制; cfTfNUk4N  
  2、可用性:满足未来主战飞机要求的教练机训练效能,满足未来训练任务要求的教练机可靠性、维护性和保障性; OfJ'6J  
  3、经济性:以教练机自身全寿命周期费用为基础,评估教练机对加速战斗力生成的实际作用,从整个训练体制的角度全面衡量训练效益。 .U'e_aO =  
  本世纪初,国内航空企业开始发展的教练-9(又称"山鹰")和L15(又称"猎鹰")都是为了填补改善歼教-7和战斗机同型双座教练机之间的技术空白所做的努力,教练-9作为歼教-7的现代化改进型,突出的是技术上的继承性和可靠性,而L15作为独立开发的新机项目则更加重视平台和装备的先进性及前瞻性。L15目前在综合技术水平上处于国内同型机的最先进水平,该机在结构设计的先进性上要明显超过同时期发展的教练-9,双发布局及国内应用成熟的数字式电传操纵系统可以有效的提高训练飞行的安全性,高机动飞行能力能够满足未来主战飞机要求的教练机高训练效能,对于提高训练效益具有重要意义,其综合技术水平与目前国外最新开发的高性能教练机基本相当。L15全新设计的机体和动力装置在技术性能上完全达到了国外同类飞机的先进水平,作为一种采用了先进气动布局、电传飞行控制系统和拥有较大速度范围的军用飞机,其在完成飞行训练任务的同时还具备很强的多用途改进潜力,是中国新一代军用飞机中同时具备技术先进性和市场竞争力的先进机型。 { vXwl#q{  
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◆L15所选择的动力形式和型号选择 ]K ^tfde  
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  1970年代以来,美国、俄罗斯、西欧等军事工业发达国家成功地研制了一批先进的高级教练机,培训了大批的第三代战斗机飞行员,研究它们高级教练机配装发动机的特点和趋势,对于我国新一代高级教练机配装发动机的选择和发展,具有十分重要的借鉴作用。 9T, S~  
  目前世界上在役的比较著名七种高级教练机中,有三种配装涡扇发动机,另外四种配装涡喷发动机。不过这四种高教机是1960-1970年代研制的,所使用的涡喷发动机J85、威派尔及P-11F-300多已停止生产。 /MrcR3N%  
  目前世界上正在研制的新一代高级教练机有四种,它们配装的发动机类型见表1。 97o>jWx  
  这新一代高级教练机全部选用涡扇发动机。另外,近年来高级教练机的改型,如美国海军在Hawk60系列基础上的改进型T-45、捷克的L-159B、日本F-2B高级教练机,也都选用涡扇发动机。可见高级教练机配装涡扇发动机,是高级教练机发展的必然趋势。 >qDw9,{qi*  
  涡扇发动机相对于涡喷发动机的低耗油率,对于教练机全寿命期(一般达20年)使用费用的节省十分可观,同时发动机的低耗油率也增加了教练机宝贵的续航时间,在一次飞行中,教员可以安排更多的练习,从而提高训练效率。 7B\7jv  
  另外,高教机选择双发布局具有较大的优势。虽然单发布局具有结构重量较轻,采购费用较低的优点,但是对于培训飞行学员来讲教练机双发布局在提高飞行安全方面具有重要意义。教练机在频繁的起落飞行训练中,由于技术缺陷、维护使用失误和外来物的损害,特别是低空飞行中的鸟撞,会导致发动机的停车。双发布局可以保证在其中一台发动机发生故障后,用另外一台发动机安全飞行和着陆。国内外的飞行经验证明,单发布局的教练机,一旦发动机出现故障,会造成学员心理恐慌,从而引发飞行事故。美国、法国、德国研制的高级教练机T-38、Alpha Jet都采用双发布局。俄罗斯军方对新一代高级教练机("雅克"-130和"米格"-AT)以及美国未来侦察/攻击/战斗机训练系统(RAFTS)计划都明确提出双发布局要求。我国引进的苏-27战斗机,发动机曾经发生多次空中停车,由于双发布局,避免了飞行事故的出现。而最近一架歼7战斗机却因鸟撞导致发动机停车,造成飞机坠毁。 hT9SqXLN  
  作为以满足培训三代和四代战斗机飞行员为目标发展的高级教练机,L15在整体设计过程中对飞机的安全性和飞行性能之间进行了综合考虑。采用了小尺寸规格双发动力布局,以提高飞行安全性。同时两台小推力加力式涡轮风扇发动机使L15获得了大于1的推重比,充沛的动力能够保证L15具备M1.5左右的高空最大飞行速度和很高的剩余推力,先进的气动布局和数字式飞行控制系统使飞机在大迎角控制能力和机动性上都比较出色。 Tj)C^>8S  
  AI-222-25发动机是乌克兰扎波罗日"前进"设计局于20世纪90年代末期根据俄罗斯雅克福列夫飞机设计局的"雅克"-130飞机要求开始研制的,是一型高性能的不加力小涵道比涡扇发动机,AI-222-25发动机在"雅克"-130飞机上的大部分飞行试验已完成,近期将完成定型。从2000年开始,乌克兰"前进"设计局在AI-222-25发动机基础上增加加力装置,改进研制AI-222K-25F发动机。L15计划采用的发动机是带有加力装置的AI-222K-25F涡轮风扇发动机,这个类型的发动机在国外已经是技术和应用相当成熟的产品。AI-222K-25F涡扇发动机采用了当代西方发动机相似的新技术,主要特点有:采用高负荷风扇,增压比达到2.6,两级风扇都采用了整体叶盘结构,具有较高的可靠性,高压涡轮叶片采用定向结晶的空气叶片,叶片的冷却方式较先进,使涡轮前温度达到1480K,单级低压涡轮的级负荷也比较低;发动机在结构上采用单元体结构,便于装配和维护;控制方式上采用了全权数字电子控制系统(FADEC);加力比高、寿命长,全寿命使用费用低。 ::seqa'm!  
  为了规避新飞机配装新发动机可能出现的风险,2006年3月首飞时,L15架飞机配装斯洛伐克HTC-AED公司生产的、已经使用多年的且比较成熟的DV一2X发动机(该发动机是由乌克兰"前进"设计局设计,曾配装过L59飞机和"雅克"-130原型试验样机),换装AI-222K-25F的L15飞机将干2007年首飞。 Ixf6Bt  
  在国际市场方面,中国早期推出的出口型K-8中级教练机采用的就是美国提供的发动机,而国内使用的教练-8飞机则应用了乌克兰生产的AI-25TL和国产的涡扇-11发动机。教练机作为直接军事价值有限的航空装备,其政治敏感度比作战飞机要低,为了使L15便于在国际教练机市场推广,推向国际市场的L15在动力系统的选择上也存在一定的余地,如果L15能够在国际教练机市场上获得用户的接受,尤其是准备采购L15的用户是习惯于使用西方航空产品的国家时,L15也可以换装国外综合技术性能较为先进又经过应用验证的成熟航空动力系统。 / 'nes  
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◆L15动力装置的技术特点与市场上风险Al-222-25发动机的特点 >n|jr51d  
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  AI-222发动机系列是乌克兰扎波罗日飞机发动机联合体于90年代后期根据高教机、轻型攻击机,轻型战斗机的市场需求开始改进研制的发动机,该联合体由伊伏琴柯前进设计局和扎波罗日发动机制造厂组成。 d( J<hS:Z  
  AI-222-25发动机在AI-25TL和DV-2基础上进行了比较大的改进,该发动机: \lh+8zs\ d  
  1、技术先进、性能较优。该发动机采用与当代西方发动机相似的新技术,如单元体结构,FADEC控制系统,定向结晶高温涡轮叶片,高负荷整体叶盘结构等,其主要性能参数与西方国家同类产品比较,性能较优,另外发动机的冷、热端部件寿命分别达到6000小时和4000小时,翻修寿命可至到2000小时。 fai[AQA^Y  
  2、政治风险小。乌克兰是独立主权国家,不受他国控制,我国与乌克兰国家关系友 fyCvy+K  
好,两国之间的技术贸易没有障碍;目前洪都航空工业集团公司的教练-8飞机仍然采用前进设计局和相应工厂生产的AI-25TL发动机,双方一直保持技术合作。据外电报道,在坦克、驱逐舰军用动力系统方面,我国与乌克兰也保持着良好的技术合作关系。 v-8 @^ {  
  3、技术风险小。乌克兰扎波罗日飞机发动机联合体,是一家经验丰富,产品众多的发动机企业,其设计部门的前身苏联伊伏琴柯-洛塔列夫设计局是苏联著名的发动机设计局之一,已有60年的发展历史,1990年苏联解体后,该设计局及配套的扎波罗日发动机制造厂归属乌克兰。前后研制生产了AI-20、AI-24、D-36、D-18T、D-136、DV-2、D-236、D-436、D一27等涡桨、涡轴、涡喷、涡扇和桨扇各型17种涡轮发动机,总计生产30000多台。用于"伊尔"-18、安-24、L-39、"雅克"-40、"雅克"-42、安-124、安-225、米-26等中型、大型运输机、教练机、直升机共53种飞机,在96个国家中使用,累积2.5亿飞行小时。该联合体的质量管理体系已获得ISO-9002国际标准认证,目前正在与俄罗斯的克里莫夫公司、莫斯科联盟航空发动机联合体合作开发D-436涡扇发动机,是图-334支线飞机的动力,其改型可用于图-134、雅克-42、安-72和安-74飞机及别-200水陆两用飞机上;AI-450涡轴发动机系列,将用于卡-226和卡-228直升机。此外,联合体还与俄罗斯的克里莫夫公司等发动机合作开发TV3-117涡轴发动机,用于多种直升机。 0xbu$P--  
  在教练机动力方面,1960年代研制的AI-25TL已配装3000余架捷克教练机L-39和30余架JL8教练机,1980年代研制的DV-2发动机用于捷克L-39教练机的改型L-59教练机及其新的改型L-159高级教练机,DV-2S,即RD-35,是"雅克"-130高级教练机验证机的动力,DV-2发动机,已经生产200多台,经过使用的考验。AI-222-25发动机虽然是在研产品,但AI-222-25的核心机与DV-2的基本相同(仅高压压气机相差一级)。目前前进设计局通过与俄罗斯有关部门的合作,完成了4200千克加力推力级AI-222K-25F的总装配,2007年1月开始发动机的地面台架试验,2007年可交付首批加力型发动机给洪都集团。 _R4kK,ZC,  
  3、国内对AI系列发动机已经具备一定的生产条件,易于国产化。 }cAs  
  国内哈尔滨东安发动机制造公司生产的涡桨发动机涡桨-5和南方航空动力机械公司生产的涡桨发动机涡桨-6,最初都是乌克兰前进设计局的产品AI-24和AI-20。目前由608研究所、南方公司研制的涡扇-11涡扇发动机(AI-25TL)也已设计定型。国内对该发动机系列的产品比较熟悉,在此基础上将来通过与乌克兰前进设计局的技术合作,引进同一系列的乌克兰AI-222-25发动机,在涡扇-11批生产线上,制造AI-222-25发动机,不需要进行大规模的技术改造。 0e p  
  4、促进我国小推力级发动机的系列发展,形成军民两用和一机多用 %&o.3F  
  在AI-222-25发动机核心机的基础上,若加大涵道比,可以增大推力,降低油耗,能够适用于更大型的飞机。乌克兰正在研制的AI-22发动机,就是一种比较适用的民用发动机,已选为50座的图-324的动力。AI-222-25的加力型的推力,与国内涡喷发动机涡喷-6的加力推力相当,其核心机的空气流量与涡桨-6的差别不大,均为20千克/秒左右,但是具备重量轻、油耗低的优点,在我国具有较大的应用前景。 }:A(m `  
  5、价格优势 @H\E 2A  
  AI-222-25发动机每台初步定价约为阿杜尔发动机的50%;F-124的40%。 WIi0  
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◆AI-222-25发动机的研制风险 Hy}8MBS  
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  选用AI-222-25发动机,也有不足之处,应当采用必要的措施,最大限度地降低技术风险。其潜在的风险有:  !b)U"  
  1、AI-222-25发动机不是货架产品,仍然潜在一定的风险。 $ ai1L8  
  按照乌克兰前进设计局的计划,AI-222-25发动机2006年定型,即使高级教练机在2007年立项,AI-222-25发动机也不会影响L15研制的进度。但这毕竟是预定的计划,新研制的飞机配装新研制的发动机,更增加了该项目的技术风险。为了确保高教机的研制进度,L15先采用性能水平相当的DV一2发动机进行飞行试验,最后选用AI-222-25发动机定型。 A:08V~Xx  
  2、带加力的AI-222-25F发动机的研制风险 (>6fu*9  
  目前前进设计局依托俄罗斯航空发动机研究权威部门中央航空动力研究院及乌克兰基辅空气动力研究所的技术储备,完成加力燃烧室的性能设计、特性计算及参数选择,其结构设计以RD-33发动机和AL-31F发动机的技术方案为基础,前进设计局与克里莫夫发动机公司、莫斯科联盟航空发动机联合体等俄罗斯发动机公司均有合作关系,增加加力燃烧室应该可行。走跨国联合研制的道路是一个减少技术风险,提高投资效益的捷径。这样自然会促进带加力的AI-222-25发动机的研制。 f 3'j6  
  3、发动机控制系统的设计 Wh4@)PoK  
  AI-222-25发动机采用的全权限数字电子控制系统,是目前国际上比较先进的技术,该技术已经在AI系列的民用发动机AI-22上使用,前进设计局通过与俄罗斯的有关部门合作进行改进,应用于AI-222-25发动机,涉及到与第三方合作的问题。 24t$?69@  
  选择AI-222-25发动机作为L15的动力,发动机国产化是不可回避的问题。这里对AI-222-25发动机的技术经济性进行分析: =j M^%w  
  4,发动机采购及维修费用估计 9aCiR  
  取一架高教机的寿命为20年,每年平均飞行300小时,则一架飞机全寿命期总共飞行6000小时。 *A: :2jU  
  设发动机的翻修费用为发动机价格的30%,一架高教机装一台涡喷-13F涡喷发动机,每台发动机可以翻修两次,飞机全寿命期需要6.7台发动机,共翻修13.4次,一架高教机装两台AI-222-25涡扇发动机,每台发动机可以翻修两次,飞机全寿命期需要2.5台发动机,共翻修5次,则装两台AI-222-25涡扇发动机的高教机方案比装一台WP13F涡喷发动机约节省2000万元。 .>sT oo.k  
  5、发动机燃油消耗估计 bN{1qN~&  
  参考前进设计局提供的数据,装两台AI-222-25涡扇发动机的高教机方案比装一台涡喷13F涡喷发动机在一架飞机全寿命期6000飞行小时中,总共大约节省5600吨燃油。 ',s}<nKJmR  
  从上述对比可以看出,AI-222-25涡扇发动机与可以用于国产涡喷发动机相比,具有寿命长、油耗低、维修性好的优点,虽然配装双发,但飞机全寿命费用仍然节省许多。 d>"=i2^5  
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◆AI-222-25发动机的技术引进与合作 [|Hkp "#E  
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  20多年来,608所和331厂研制和生产过乌克兰前进设计局设计的AI系列的三种发动机A1-22、AI-24及AI-25TL,比较熟悉该设计局发动机的设计和制造特点。L15拥有广阔的国内和国际市场,乌克兰前进设计局表示了积极的合作愿望,借此机会,以市场换技术,通过技术引进与技术合作的方式,逐步实现AI-222-25发动机的国产化是可行的。331厂对AI-222-25系列发动机的制造工艺和材料使用情况进行初步分析后认为,由于AI-222-25与涡扇-11在制造技术方面存在较大的继承性,331厂在成功研制涡扇-11的基础上,通过与国内其他厂家的技术合作,除个别零部件(如涡轮定向晶体空心叶片、特殊气动雾化喷咀等)需要外协攻关研制或进口专用设备外,331厂初步具备制造AI-222-25发动机的能力。另外AI-222-25发动机使用的绝大部分材料与AI-25TL相同,在涡扇-11国产化过程中,已经使用相应的国产材料替代,仅有少量的材料目前还没有找到对应的材料牌号,需要进行研究国产替代材料。2006年11月,乌克兰MOTORSICH公司和前进设计局专家在株洲了解南方公司生产AI-222K-25F发动机的技术能力、现有的生产车间,设备,生产和检验工艺,燃气涡轮发动机的装配和试验,人员数量和技术水平以及现行的质量控制体系;介绍了AI-222K-25F发动机主要零部件的结构、材料、工艺和冶金特点。经过对南方公司的考察,乌方专家的结论是:南方公司基本具备制造AI-222K-25F发动机的能力。目前,AI-222K-25F发动机生产许可权引进谈判进展顺利。 6>Wvu,s.  
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◆国内航空动力选择对L15发展的影响 HgW_.P  
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  国内航空发动机企业通过多个型号涡轮风扇发动机的研制或者引进型号的国产化,目前已经基本上具备了依靠国内力量发展第三代喷气发动机的基础条件,理论上完全有能力利用国内技术来发展适合L15使用的航空动力装置。L15的航空动力装置的供应可以通过引进国外技术进行国产化改进来建立基础条件,这样的方法在类似机型的开发和改进过程中已经有过成功的经验,国内装备教练-8的涡扇-11发动机就是引进乌克兰发动机改进的产品,为L15超音速教练机选择同样由乌克兰开发的AI-222-25F,在技术上与已经部分实现国产化的涡扇-11之间存在一定的继承性,相对来说能够在政治上比较可靠的情况下完成国产化工作。 vX?6kpYSB  
  研究我国高级教练机配装的发动机的采购、技术合作、技术引进、国产化问题,不仅仅是一种发动机型号发展的问题。它涉及到我国高级教练机、攻击机、轻型战斗机、公务机、直升机和中/小型民用飞机的动力问题,对于我国航空工业动力技术的发展,具有更为长远的意义。 H)}U"lC0<  
  我国涡扇发动机的预先研究和型号研制,已经形成大推力发动机(加力推力13000千克)、中推力发动机(加力推力8000千克)、小推力发动机(加力推力2000千克)及微型弹用发动机的发展格局,但缺少推力3000-4000千克级的先进发动机,采用双发布局的新一代高级教练机,可以填补这一空白,充实我国小推力发动机的发展系列。 4o7 Ycwo7  
  乌克兰前进设计局AI发动机系列,对于我国小型发动机系列发展具有很好的借鉴作用。利用涡扇-11的技术积累,将AI-222发动机的核心机作为小推力级发动机系列发展的基础平台,AI-222-25是比较理想的高级教练/轻型攻击机的动力,全加力状态推力达到4200千克的AI-222K-25F,采取双发配置,也很适合我国轻型双重任务战斗机的需要。4000千克级大涵道比、低耗油率的AI-22发动机适合50座级支线飞机和公务机的动力需求。 M/>$ s90  
  L15试飞的成功用事实证明发展亚音速L15不存在技术上的困难,同时也给用户提供了多种方案选择的可能性。在此基础上,随着带有加力发动机的超音速型以及继续发展多用途改进型,应该可以比较好的平衡好L15在技术、成本和时间因素等市场竞争中最重要的关系。 tT>9@ sL  
  总之,L15的发展计划中充分考虑了发动机选择上可能带来的风险,先采用性能水平相当的DV-2发动机进行飞行试验,最后选用AI-222K-25发动机定型,从而有效的规避可能存在的风险。同时推力级别3000-4000千克级的先进发动机(AI-222K-25系列)也可以填补国内在此推力级的空白,为我国未来支线飞机、公务机、无人机等机型的发展提供有力的保障。 c0D]0/
HKDA上的文章终于有人授权发表了~~;P

LZ编辑一下吧,似乎有很多乱码,是因为从网络上复制过来的问题吗?
应该是飞扬的附带乱码.....
离子鱼真的高产,此君的文章,哪个杂志都能找到!
不过,L-15最大的问题还是心脏病!
挺期待15的,不知道将来是什么角色......