狂暴的力量,民族的希望-扇子15不得不说的激情故事(文 ...

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/05/02 08:05:32


说实话,龙腾现在真的后悔向发动机版的各位老大们做了要写扇子15相关文字的承诺。
    一则,关于扇子15---这样一款土鳖尚在研制中的,推比达到10左右,大推力小涵道比混合排气先进涡轮风扇发动机---相关资料确实十分有限,因为扇子15对于我国航空产业尤其是航空动力产业来说是极端重要和关键的型号,出于大家都可以理解的原因,我们能够找到的资料非常有限,近乎于没有。技术参数方面的推测,我们只能从学术刊物和官方八股文中的浩然烟海中寻求一丝一毫关于扇子15的信息;外形方面则更加欠缺,因为目前任何媒体刊物和学术资料都从来没有正式公开过扇子15的真容,我们只能通过大量的图片判别和一点点运气去描绘出扇子15的英姿。    二则,龙腾这个发动机版的新人加小菜的实力大家都是知道的,承蒙dddaaa1976,maya,pupu和奶猫等各位朋友的指点和赐教,本菜算是对于发动机有了一点点基本而浅显的认识。无论是航空发动机基础理论,热力学,发动机结构分析还是对于现今世界上装备和在研发动机型号的纵深分析,龙腾都是两眼一抹黑--要多菜,有多菜。要让我写一写现在最出风头也是写作难度最大的扇子15,真是赶鸭子上架。所以如果本菜的文文有什么不合大家胃口的地方或是有逻辑上技术上的漏洞的话,真是希望各位老大海涵了。
     下面我对本文的篇章结构做一点介绍,希望能够便于大家阅读。本文围绕了这样几个概念和主题进行了探讨:推比10一级以及更高推比水平航空发动机的技术特点,航空发动机核心机以及核心机派生发展思路,还有就是本人结合相关资料和dddaaa1976,maya等各位老大的科普对扇子15的参数做出的一点点推测。当然,其间,大家还要忍受龙腾絮叨一些往事。
     本文借鉴了公开学术刊物和各类杂志已发表文章的数据和内容,在此龙腾向这些资料的作者,提供者和收集者表示真心的感谢。

说实话,龙腾现在真的后悔向发动机版的各位老大们做了要写扇子15相关文字的承诺。
    一则,关于扇子15---这样一款土鳖尚在研制中的,推比达到10左右,大推力小涵道比混合排气先进涡轮风扇发动机---相关资料确实十分有限,因为扇子15对于我国航空产业尤其是航空动力产业来说是极端重要和关键的型号,出于大家都可以理解的原因,我们能够找到的资料非常有限,近乎于没有。技术参数方面的推测,我们只能从学术刊物和官方八股文中的浩然烟海中寻求一丝一毫关于扇子15的信息;外形方面则更加欠缺,因为目前任何媒体刊物和学术资料都从来没有正式公开过扇子15的真容,我们只能通过大量的图片判别和一点点运气去描绘出扇子15的英姿。    二则,龙腾这个发动机版的新人加小菜的实力大家都是知道的,承蒙dddaaa1976,maya,pupu和奶猫等各位朋友的指点和赐教,本菜算是对于发动机有了一点点基本而浅显的认识。无论是航空发动机基础理论,热力学,发动机结构分析还是对于现今世界上装备和在研发动机型号的纵深分析,龙腾都是两眼一抹黑--要多菜,有多菜。要让我写一写现在最出风头也是写作难度最大的扇子15,真是赶鸭子上架。所以如果本菜的文文有什么不合大家胃口的地方或是有逻辑上技术上的漏洞的话,真是希望各位老大海涵了。
     下面我对本文的篇章结构做一点介绍,希望能够便于大家阅读。本文围绕了这样几个概念和主题进行了探讨:推比10一级以及更高推比水平航空发动机的技术特点,航空发动机核心机以及核心机派生发展思路,还有就是本人结合相关资料和dddaaa1976,maya等各位老大的科普对扇子15的参数做出的一点点推测。当然,其间,大家还要忍受龙腾絮叨一些往事。
     本文借鉴了公开学术刊物和各类杂志已发表文章的数据和内容,在此龙腾向这些资料的作者,提供者和收集者表示真心的感谢。
在探讨第四代先进涡轮风扇发动机以前,我们先看看此前世界航空发动机研制装备的基本情况和第三代涡轮风扇发动机的设计理念和技术特点。按通行的划代法,第三代战斗机发动机是指上世纪70年代以后陆续问世推重比7到8一级的加力式军用涡扇。目前,在第三代航空涡轮风扇发动机领域一共由五个举足轻重的航空强国完全把持,他们是:美国,英国,法国,俄罗斯和中国。从技术沿袭和发展的角度讲,世界上军用大推力加力涡轮风扇发动机主要有三个具有较大影响力的系列型号机:F100、F110和AL-31系列。
    其中,美国是世界航空动力产业公认的超级大国和强国,其研发和装备的军用涡轮风扇发动机技术水平最先进,种类最多,整体产业能力最强。俄罗斯相较美帝,技术水平差距很大,不过拜其规模庞大的航空产业和国家战略需求所赐,俄罗斯也在大推力军用涡扇机方面树起自己的大旗,打出自己的门派。欧洲在传统意义上讲,航空产业技术实力和规模都是强于俄罗斯的,但是由于苏联解体后自身安全局势改善,加上其政权分散不能形成一个统一集中的发展模式,并没有在研制重型战斗机上过多的消耗自身资源,而是在更节省成本的中型战斗机身上做足文章。当然,双发中型战斗机是不需要用两台大推力涡扇机作为动力的,m88和ej200两型优秀的中推涡扇机足以驱动阵风和台风支撑起欧洲的天空。
    中国是大推力涡扇机俱乐部的新成员。al31随苏制飞机装备空军和太行大推力涡轮风扇发动机的研制成功让著名的土鳖国也玩起了现代空军的时尚,也让长期被人诟病为“开放的天空”的中国领空开始让侵略者胆寒。从航空产业实力角度来说,中国无疑是上述五个国家中最弱小的一个。历史让我们懂得了弱小的代价,也同时留给新中国一个基础极其薄弱和体制极其不完善的航空产业。中国航空人在这样的情况下能够取得如此辉煌的结果,我想我们没有理由和资格去指责什么。
下面龙腾参照“第3代战斗机发动机的改进改型”(沈阳发动机设计研究所,梁春华)这篇论文简要的介绍一下第三代军用涡扇机的发展和改进。  
    F100发动机是PW公司研制的在世界上最早应用的推重比为8一级的小涵道比加力式涡扇发动
机。为了满足空军的要求,它的性能参数选择了“2高1低”,即高压比(23)、高涡轮进口温度(1399℃)、低涵道比(0.6),其结构部件采用了大量新型结构先进的材料和新工艺。于1968年开始设计,1970年开始进行全尺寸工程研制,1973年10月完成定型试验并投入使用。1974年,PW公司专门为F16单发战斗机改型设计了F100-PW-200发动机由于F100-PW-100/200发动机在设计上过分追求高性能,致使在使用中屡出故障,为此,PW公司改型研制了可靠性和耐久性均有所提高的F100-PW-220发动机;之后,又利用先进涡轮发动机燃气发生器(ATEGG)计划、联合技术验证机计划研究的和F119发动机验证的技术,不断提高性能、可靠性、耐久性和可维护性,改型研制了F100-PW-200E、F100-PW-200P、F100-PW-200+F100-PW-229、F100-PW-229A和F100-PW-232等发动机。
    F110发动机是GE公司在20世纪70年代研制的用以替换F100发动机的推重比为8一级的涡扇发动机,也是美国第1种按“结构完整性大纲(ENSIP)”要求研制的兼顾性能、可靠性、耐久性、可维护性的发动机。于1979年开始研制,1984年选为F15和F16战斗机的动力装置,1986年装F16C/D飞机投入使用。之后,GE公司采用发动机型号衍生计划、IHPTET计划等开发的技术和YF120等发动机的研制经验改进发展了F110-GE-100A、F100-GE-100B、F118-GE-100、F110-GE-400、F110-GE-129、F110-GE-132等发动机。
    当然,大家也都知道,我国在第三代大推涡扇机方面的开山之作--太行就是在测绘仿制CFM56核心机的基础上发展起来而CMF56的核心机就是F110的核心机--GD25。因此我们可以用F110的设计理念和技术特点对太行进行一定程度的推断。
    太行从设计概念和总体结构上讲,基本与F110类似,采取了三级轴流式风扇,九级高压压气机,高低压双转子,高温升燃烧室,小涵道比,混合排气的总体设计。拜较大的涵道比所赐,太行的军用推力耗油率较低,加力比很大,约1.7左右。太行可以说是航空相对落后发展中国家后发优势和薄弱工业基础综合作用的产物,其在总体性能上属于第三代军用涡扇,但是在部分技术和工艺运用上却更为大胆,达到了某些四代大推的水准,与此同时又在材料使用上与航空强国有着较大差距,属于二代半水平。
    太行虽然采用了三级风扇,但是由于设计手段先进,在压比,效率和喘振裕度方面达到了AL31所采用的四级风扇的水平。太行的两级低压涡轮首次采用复合倾斜弯扭的三维气动设计,两级导向叶片均为空心、三联整体无余量精铸结构,与高压涡轮对转,其效率达到当今国际先进水平。复合材料外涵道机匣是国外第四代发动机技术,填补了国内航空发动机技术的空白。
    “太行的核心机继承了F101/CFM56优异的性能。九级压气机气动设计先进、压比高,原准机的高压压比可达到12.5、级压比1.325。选取太行的循环参数时做了适当调整,设计值为~9.75(如果还保持原有水平则总增压比将接近40,其他循环参数不变情况下,由于排气温度降低、中间推力会下降。增压比如此高也会导致飞行时压气机后几级温度超过材料的允许温度);而且结构紧凑、构造简单(主要是电子束焊接的构件,在第三级用短螺栓连接起前后两段整体转子),与相同级数的АЛ-31Ф比较,综合性能显然高出不少。”(引述自maya大作“他山之石、可以攻玉” ——第三代战斗机用大推力涡扇发动机巡礼 )
    当然,祖国还不够强大的工业基础也给太行带来了一些不足与缺点。“国外第三代发动机已普遍应用的某些技术如大直径粉末冶金盘、第二代单晶涡轮叶片、全权限数字式发动机控制等,在我国尚处于科研攻关或者试验使用阶段,大规模应用尚需时日。”(引述自maya大作“他山之石、可以攻玉” ——第三代战斗机用大推力涡扇发动机巡礼 ) 其中最为遗憾的是,没有采用单晶涡轮叶片导致太行在寿命和可靠性方面与国外先进产品有着一定差距。装备了太行的歼十一B系列飞机在部队训练过程中所出现的种种问题也可能与此相关。
    大家可以看到,F100-PW-100的涵道比与太行的0.8相比,相对较小。这赋予了F100-PW-100所装配机型更好更强大的高空和高速性能。从另外一个角度来看,湾湾当初点名要美帝在其进口的隼上适装F100系列发动机就是想要用其强大的高空高速能力提升台湾隼的空优性能,而美帝自己装备或者出口其他国家的隼基本都是装备的F110系列发动机。可以说F100让台湾隼的空优能力方面在所有隼的改型里面是最好的,这一点对于我国空军尤为重要。
    这里就引出了一个在发动机版正在探讨的问题--太行的直径问题。太行直径偏大是不争的事实,但是通过这个外在参数质疑太行的技术水平是不妥当的(此处不针对发帖提问以及参与探讨的各位网友)。首先,太行的推力要求较大,虽然初始研制指标与AL31完全相同但是那只是我们希望太行能够尽快兼容装配AL31机型的各方面要求,绝对不是太行真实能力和实力的反映。较大的推力要求必然呼唤较大的流量,为了提升流量,太行的直径设计偏大、涵道比偏高,达到了0.8。当然,较高的涵道比也反映出太行的三级风扇压比偏低,今后在改进过程中采用更加先进的技术在不影响喘振裕度和抗畸变能力前提下提高风扇压比即可有效的解决这个问题。本菜估计太行改的改进思路之一就是换风扇,降低转速和涵道比。
     不过,龙腾始终在发动机版重复着一句话:太行有着一个很好很强大的核心机。作为我国航空动力产业第一个三代大推型号,太行在发展的初始阶段遇到一定的问题是正常的,我想我们犯不上就给这个初生的希望扣一顶“太行--太不行”的帽子。这种面对困难和问题“看热闹不嫌事大”的心态着实不足取。当年让“鹰”趴窝率奇高的F100怎么却在某人嘴里如同神物一般,而恰恰是自己的孩子却有人摆出一副后娘的态度?
     下面我想谈的型号机相比于太行对于中国航空产业的意义毫不逊色,他的装备直接有效的推动了我国空军战斗力,其不仅让我国空军在维护国家安全领空完整方面达到一个新高度,更帮助我们建立起一个攻防兼备具有远程精确打击能力的现代空中力量。这个超级大功臣就是AL31。“上世纪70年代初,苏联针对美国普惠的F100高性能发动机,决定由留里卡设计局负责研制一款性能相近的战斗机发动机,项目代号99(Изделие 99)、正式的型号名称为АЛ-31Ф。1974年8月装配完成了第一台АЛ-31Ф,然而随后的台架试车结果却令人失望,性能并没有达标,发动机超重的情况也比较严重,达1600kg,推重比指标和F100相去甚远。超重的主因是发动机级数过多:共有4级风扇、12级高压压气机,高、低压涡轮各两级(其实留里卡最早的设计方案
为3级风扇+9级高压+各1级的涡轮。然而计算表明其性能达不到F100的水平、故此只得增加级数来提高循环参数、获取大的推力)。后来利用РД-33等型号的技术成果,对设计方案进行了重大改进,风扇仍保留4级,高压压气机减为9级,高低压涡轮各1级,总级数降到了15级。修改后的发动机在试验过程中又遇到许多故障、某些工作参数也未达到设计指标。为此设计师们使用了新型结构材料、独特加工工艺,在1976~1985年间,共解决了685个难题,АЛ-31Ф的设计中总共获得128项专利,使用了57台试验发动机,总运转22900小时,其中地面台架试车16625小时,试飞6275小时。1985年8月6日АЛ-31Ф通过了苏联的国家鉴定试验、第二年开始批量交付,至此留里卡设计局耗时十余年打造的扛鼎之作终于“修成正果”。配备该型号的Су-27战斗机具有良好的机动性能、可做出一系列高难度的飞行动作,因此АЛ-31Ф的问世也改变了外界对于苏联航发工业的狭隘看法。苏联解体后这款留里卡发动机伴随苏霍伊搏击于国际商海,成为俄国军工贸易中的拳头产品。”(引述自maya大作“他山之石、可以攻玉” ——第三代战斗机用大推力涡扇发动机巡礼 )
    其中,AL31系列发动机有两个门派--一个是99m系列,一个是117s系列。99m系列想必大家不会陌生,因为这正是所谓的“外国军事订购人”为了继续提升其日渐强大的空中防御以及打击力量所投资研制的三代大推改型型号机,预计其进入“外国军事订购人”空军后会装备某第三代歼击机改进而成的多用途中型机。由于为了适应新阶段战争要求“外国军事订购人”在初始型号机上进行了大幅度的改进,新改型型号机的重量增加不少,需要更大推力的99m系列发动机。另外,99m系列还可能装备“外国军事订购人”在某授权生产机型本土化后又进行改进所发展出来的重型战轰。117s系列则是“土星公司(НПО  САТУРН)利用其第五代发动机АЛ-41Ф技术改造的”(引述自maya大作“他山之石、可以攻玉” ——第三代战斗机用大推力涡扇发动机巡礼 ) 。
  “第三代发动机不仅综合性能突出、结构设计合理,而且还具有很大的增推潜力,可以预见在未来相当时期里将和新一代发动机并存,持续发展。”(引述自maya大作“他山之石、可以攻玉” ——第三代战斗机用大推力涡扇发动机巡礼 ) 我国也预计将在太行基础上继续改进挖潜,通过结合自身需求优化太行推力曲线,进一步改善可靠性和寿命,换装单晶涡轮叶片和数字电调,降低涵道比和转速从而极大的释放本身比较先进核心机的性能潜力,提高推比。乐观估计,太行终极改型推比达到9,加力推力达到或者接近第四代军用涡扇水平,甚至当我国第四代战斗机进行试飞而四代动力还未完全成熟的时候,太行改进型号可以替代四代动力上场,在四代战斗机上续写中国三代动力的传奇。
   以上是龙腾在探讨四代动力研制发展以前对于三代动力的一点基本介绍,其间涉及到关于太行的一些观点。希望能够起到铺垫和启发大家思考的作用。对于第四代军用涡扇方面的文字,请期待龙腾下面的更新。
前面龙腾对于世界第三代大推力军用涡扇机研制和装备的情况做了一点简单基本的介绍。下面
,我们说说第四代军用大推涡扇机的故事。
    自20世纪40年代初以来,战斗机发动机已研制发展了四代。现役主力发动机F110等推重比8级的第三代发动机,已经趋于完善和成熟;F119等推重比10级的第四代战斗机发动机已经或即将投入使用,具有高性能(高推重比等)、高可靠性、长寿命、低油耗、低信号特征、低全寿命期费用等特点,可满足战斗机的超声速巡航能力、良好生存性/隐身性、高机动性与敏捷性和低全寿命期费用等要求;在美国和欧洲的一些国家实施的综合高性能涡轮发动机技术(IHPTET)计划和先进军用核心机(ACME)计划等开发和验证的技术保障下,已经开始对“第五代”战斗机发动机进行预研。
    自从投入使用以来,第三代战斗机发动机在不断地进行改进和改型。,通过改进和改型,发动机3级风扇的增压比达到4.0左右,总增压比已达到30~40,涡轮进口温度提高到1850K左右,推重比已达到8.7~10.0,有些参数已经接近或达到了第四代战斗机发动机的水平。
   那么既然三代大推涡扇机能够通过改进“芝麻开花节节高”---达到了四代动力的水平,我们自然会去思考一个问题:能否在三代动力上继续改进,从而不用研制新型号机?由于航空发动机的研制和试验是一项极其复杂和高投入的系统工程,而且充满风险,除非必须没有哪个国家愿意新型号机。很遗憾的是,答案是否定的。这就要从第四代军用涡扇机的研制需求和技术特征谈起了……
   第四代战斗机是90年代中、后期即将投人使用的新一代战斗机。据文献报导,美国90年代典型战斗机的作战飞机任务剖面,各飞行航段的主要性能要求为:起飞降落滑跑距离小于457m;作战时要求高度在9144m,M从0.8到1.6的加速时间小于50s;高度在9144m,M为0.9-1.6时的正常盘旋过载均大于5g;突防和脱离战斗时能在9144m高度以M=1.5作不加力超音速巡航;在高度12190m飞机最大平飞速度达M  = 2.0。这些性能数据说明90年代战斗机比现役战斗机有更优越的性能。如在同样飞行条件下正常盘旋过载从4.1 - 4.3g增加到5g以上;要求不加力状态达到M=1.5超音速巡航等。
   下一代战斗机,具有以下主要特征:
      1.超音速巡航。下一代战斗机的主要作战高度和速度仍以中低空中速为主.从美国先进战术战机(ATT)飞行包线可以看出,该战斗机不追求比现役机种更高的M数(最大M数为2,0左右),但扩大了低空大速度和高空小表速工作范围,特别是扩大了不加力工作包线范围,并且要求在发动机不加力状态下,能以M 1.4 -1.5作超音速巡航和超音速突防.而现役战斗机中个别的只能在某些条件下以不加力推力作鱿效咯大于1.0的短暂飞行.这个飞行特性是提高飞机生存力的重要条件.它使具有持续的超音速巡航能力的战斗机扩大了防空范围,同时,提高了防御能力。
    可以说,四代战斗机对四代军用涡扇机最大的需求就是超音速巡航,各位朋友对于祖国四代战斗机能否实现超音速巡航也是异常的关注。超音速巡航最简单的理解方式就是在发动机处于非加力状态下,战斗机能够达到或者超过音速,并且可以持续较长的时间以符合一定的作战要求。这就要求四代大推涡扇机能够在非加力状态下能够接近或者达到以前三代在加力状态下的推力。
   2.高机动性能。常规机动依靠控制飞机的过载来实现,目前现役战斗机已达9g,再增大已不可能,因为飞飞们无法承受更大的过载值,目前出现新的非常规机动,即过失速机动或超音速机动.这种机动并不要求更高的过载,而是使飞机机头更快地指向目标.它是靠拉大迎角到80度左右,然后绕速度矢量滚转而取得的。过失速机动必须具备快速机身瞄准能力。这是第四代战斗机近距空战应具备的特征之一。
   想必大家或多或少都看过美帝的飞官在天空中秀猛禽这一现代航空工业最杰出成就的机动能力,各种超乎大家想象的动作似乎猛禽都可以轻松完成。在中低速条件下复杂动作会对发动机进气气流的平稳程度和能量特性造成严重的影响,同时,发动机也必须装备矢量喷管以适应这种复杂机动对于主动控制的需求。这就要求四代动力不仅有着强悍而狂暴的推力,还要能够在极端恶劣的进气条件下正常的工作,真是“又想让马干重活,又不想让马吃草”。同时,四代军用大推涡扇机还有有着聪明而灵敏的头脑,否则将无法有效控制自己灵活的“屁股”---矢量喷管。如果你屁股不受控制,相信龙腾吧,这是非常不爽的一件事情。
   3.隐身性。与主题关系不是很大,暂且不提。
   4.短距起降。能在遭到破坏的跑道上,在颠簸场地和软场地上起降,是提高飞机生存力和出勤率不可缺少的性能.要求用中间状态推力起降距离在500m以下.
       如果说超音速巡航是对四代军用大推涡扇机最大军用推力提出的要求,短距起降则是对于发动机中间状态推力提出的。不过从工程实现角度讲,如果你的机机能够在不开加力的情况下超音速,那你的机机的短距起降能力必然不会很差。因为超音速巡航是四代战斗机对于发动机提出的最严苛的要求。
   5.可靠性和维护性好。战斗机除杀伤目标的能力外,以一种允许其完成任务的方式离开地面的能力也是整个战斗机效能中的一个主要因素.飞机的复杂程度日益提高,因而可靠性和维护性就显得越来越重要。不仅要求飞机的可靠性高,战斗出勤率高,而且要求能迅速加油和重新挂装弹药连续出击.每飞行小时所需的维护人员时间比现役战斗机降低一半,作战再次起飞时间比现役的战斗机缩短一半。
    如果投入巨资所研发的超级先进战斗机只能在服役期内的大半时间趴在鸡窝里享受假期待遇,或者只能在第一次起飞执行战斗任务时大放光彩,那这样的机机显然就是传说中的机库皇后。全世界人民显然都不喜欢这样“不爱劳动,只爱享受”的地主婆。
    为了适应上述种种“变态而非人”的苛刻条件和需求,美国空军、海军从1979年就开始执行一项“先进战术战斗机发动机(ATFE)”计划,并进行招标。结果GE公司,PW公司于1983年取得了研制验证机的合同.PW公司提出了常规涡扇PW5000验证机.GE公司提出了GE37变循环验证机.于1986年空军正式确定为F119-PW-100和F120-GE-100发动机.1990年分别在ATF飞机F-22和F-23上试飞.1991年4月美国空军选中PW公司的F119发动机装F22型ATF飞机。
    西欧在考虑这一代战斗机发动机时,还未提出性能更高的全新第四代军用大推力发动机发展计划。法国SNE-CMA公司研制的M88先进战斗机发动机,采用了验证机的发展道路.1983年T4达到了1700K,然后又逐步改进,在1986年T4达到了1850K,推重比达到10,经过系列型号发展,M88-2原型机于1989年3月开始台架试验,1991年一季度装于“阵风”飞机,进人发展计划的飞行试验阶段。欧洲喷气涡轮公司(由英、德、意、西班牙四国发动机公司组成)于1985年开始为欧洲战斗机((EFA)研制的EJ200发动机,主要应用了英国R. R公司的XG - 40验证机计划的核心机技术.该机于1988年11月进行了台架试车,1989年达到性能要求.1992年底进行试飞。现在这个型号已经塞进“欧洲战斗机”的屁股里,喷着火焰,冲着苏联解体后国力不如前的俄罗斯招摇。
    当然,瘦死的骆驼比马大,昔日的超级大国老毛子也不会坐视美帝和欧洲在关系到国家的前途与命运的先进军用航空动力技术上领先过多。土星公司将会利用发展AL41F技术改进AL31F,从而发展出一款性能接近国际上四代动力的型号机,就是大家如雷贯耳的---117S。除了用于毛子五代战斗机的研制试飞,这款毛子最新动力成果计划于2009年,也就是今年的5月出厂首台原型机,,并且装备在出口的新苏35上。苏联时代曾经研制过一种五代发动机原型机AL41F,计划装置在米格1.44上。五代发动机不可能在目前型号基础上通过改进来完成,必须通过建立依靠新一代技术工艺所组成的系统进行五代动力的研发。毛子的五代动力很可能会被赋予一个新编号,事实上,土星在发展117S过程中已经应用了为五代动力所研制的零件,比如风扇,涡轮和冷却系统。新的五代动力将采用新的核心机,并且在预研阶段就确定要发展到推比15-20的概念(当然,对此龙腾表示深深的怀疑)。
     美帝,欧洲,俄罗斯各显神通都开始了各自在新一轮航空发动机研制历程并且都取得了引世人瞩目的成就。身为联合国安理会唯一一个发展中国家,一个在过去一百年里里饱尝落后所带来的代价,又重新站起来的古老东方国度---中国也在刚刚完成第三代航空动力型号机的情况下开始书写中华民族在复兴道路上又一辉煌而感天动地的历史!
    请关注下次更新---正视差距,开创未来核心机时代!
前面龙腾和大家一起探讨了四代军用大推涡扇机的性能需求与技术特点,也谈到了世界目前仅有的五个国家在追求更高推比发动机型号上的种种努力。其中,我们不仅仅应该为祖国在三代军用大推涡扇机上取得重大成果而欢欣鼓舞,更应该看到中国航空动力产业与世界航空强国之间巨大差距。那么,世界航空强国都是通过怎样的方法让自己的航空动力产业水平突飞猛进,中国在技术和体制环境都处于较为落后的条件下,又如何实现有效的追赶呢?
    请大家看本次更新:正视差距,开创未来核心时代!
    自上世纪40年代涡轮喷气发动机诞生以来,大大促进了飞机飞行速度、高度航程的增加,获得了巨大的军事和经济效益。世界上的航空发达国家执行了一系列航空发动机技术基础研究计划,推出一代又一代先进军民用发动机,跨上了一个又一个技术新台阶。在短短不到60年的时间内,表征涡轮发动机综合性能水平指标的推重比已由当初的2提高到10一级,军、民用航空发动机性能水平得到了持续不断的提高。航空发动机行业已成为世界航空强国的军事工业和国民经济的支柱产业。
    我国航空发动机行业几十年来,专利生产和测绘仿制了多个型号。但由于以前对航空发动机技术的复杂性及其研制规律认识不足,发动机的发展缺乏行业整体规划,发展思路不清晰,发展的重点和方向不明确,从而造成了整个航空发动机行业发展零散、不系统、不连续,发展随意性大。目前基本上仍停留在测仿、参照及改进的水平上,尚未走完一个从突破单项关键技术-部件验证-核心机-验证机-型号研制等的全过程。特别是研制航空发动机的核心技术——核心机技术尚未完全掌握,对研制的几型发动机核心机未完全吃透,核心机许多复杂的技术问题未能在上型号前得以解决,已严重影响了型号的研制进度。例如,参照国外发动机成熟的部件而自行研制的某型涡喷发动机到2002年设计定型用了18年;仿制国外核心机而自行研制的某涡扇发动机到2005年设计定型用了18年。而在国外,与此相当的发动机达到相当的定型状态只用5~6年。在已有技术储备基础上进行的民用发动机的研制,周期从4~6年缩短到2~3年。即使是跨代的新技术发动机,从工程研制开始到相当于设计定型也只要7~8年。现在,我国不仅干线客机的动力市场已全都被国外占领,而且所有的新研军机(如歼X、歼XX、歼轰X、教X、超X等)都是买装或仿制国外的发动机。
    同时,我国对航空发动机技术的复杂性及其研制规律认识不足,更是由于经费投入严重不够,自主研制的型号仅少数几个,因此对航空发动机的发展思路研究不深,缺乏系统的、连续的、长远的发展规划。在国家急需发展多种任务、不同用途的飞机时,出现了无动力可选的局面。即使立即启动配套发动机研制,也因发动机研制周期长而赶不上飞机的要求。在国外航空发动机技术呈现出加速发展的情况下,我国的航空发动机技术差距却有进一步拉大的趋势。
    在这里又涉及到发动机版各位朋友长期感兴趣的一个话题:现阶段,我国航空发动机技术与美帝的差距是缩小了,还是拉大了?如果让龙腾回答这个问题,龙腾只能遗憾的说:我国航空动力技术与美帝的巨大差距,通过中国航空工业建立以来的几十年艰辛奋斗并没有缩小,而是拉大了,更令人难以接受的是,这种差距拉大的趋势,正在加剧。
    从二战结束到21世纪初的半个多世纪以来,喷气战斗机大致经历了4次更新换代,其中第1代已全部退役;第2代在英、美全部退役,其它国家还在部分使用;第3代为世界各国现役主战机种;第4代战斗机已开始小批量装备部队。与之对应的燃气涡轮发动机也被划分为4代。表2-1列出了国外燃气涡轮发动机的发展历程。可以看出国外在航空发动机方面已经取得了巨大的进步。目前大量服役中的战斗机发动机的推重比已从2提高到7~8,不加力耗油率已从1.0~1.2 kg/(daN·h)下降到0.6~0.7 kg/(daN·h);推重比达9~10的发动机已小批投入使用。民用大涵道比涡扇发动机的最大推力已超过50000 daN,巡航耗油率从50年代涡喷发动机1.1 kg/(daN·h)下降到0.55 kg/(daN·h);正在研制中的齿轮传动的涡扇发动机涵道比达11,油耗再下降9%。功率为1000kW左右的涡轴发动机的单位功率从150kW/(kg/s)提高到近300 kW/(kg/s)。在性能提高的同时,发动机可靠性和耐久性也有很大改善。军用发动机空中停车率一般为0.2~0.4/1000发动机飞行小时,民用发动机为0.002~0.02/1000发动机飞行小时。军用发动机热端零件寿命为2000h,民用发动机的热端寿命为20000~30000 h。
    特别在涡轮风扇发动机方面,从20世纪50年代开始各国相继研制了100余种各种类型的航空涡扇发动机,每一种发动机又派生出不同型号的发动机。推力从67daN到56893daN(GE90-115B,127900磅),涵道比从0.2到11,从而满足了各种不同用途飞机的需要。
    当前西方航空发达国家,如美、英、法、俄等特别是美国在航空武器装备和技术水平在世界上处于领先地位,并带领着航空发动机技术发展和新装备(型号)研制的方向。从装备的发展方面,美、英等国现役的主力机种都是第三代军用飞机及其发动机。飞机如F15、F16、F18、幻影2000、MIG-29、SU-27等。发动机如F100、F404、F110、M53、РД33、АЛ-31Ф等,而且这些飞机和发动机都在不断改进改型,以提高其性能水平;俄、法、日、印、韩等国是二、三代并存,以第三代为主。这些国家都正在积极发展和推进全新研制的第四代飞机和发动机。飞机如F/A-22、F-35、“台风”、“阵风”、米格1.44或者是苏-47等;发动机如F119、F135、EJ200、M88-Ⅲ、АЛ-41Ф等。这些飞机和发动机已开始陆续装备部队。
    从技术的发展方面,西方发达国家积极推进和实施各种研究计划,具有代表性的是美国的IHPTET(Integrated High-Performance Turbine Engine Technology)计划以及后续的VAATE(VersatileAffordableAdvanced Turbine Engines)计划;以英国为主的西欧也有与美国IHPTET计划相类似的计划——军用发动机先进技术综合验证计划ACME(Advanced core Military Engine)和英法合作军用发动机技术计划AMET(Advanced military Engine Technology);俄罗斯虽然其经济条件有限,但其技术的发展仍可与美、英、法等国相匹敌。这些计划的目标是:在2003年使推进系统的能力翻一翻,即推重比增加100%~120%,耗油率下降30%~40%。也就是用15年左右的时间,在推重比、耗油率、成本等方面取得的技术进步,相当于过去30~40年所取得的成就。特别是IHPTET计划的后继计划——多用途的、经济可承受的先进涡轮发动机计划,即VAATE计划,它将通过多用途核心机技术、耐久性技术和智能发动机技术的研究,至2017年实现经济可承受性提高到10倍的目标;英国和西欧的ACME-Ⅱ计划,其目标是发动机的重量降低50%,推重比达到20,耗油率降低30%,制造成本降低30%,寿命期成本降低25%,并将于2011年前实现试车,验证推重比15的发动机技术,最后达到18的目标,用于EJ200和M88的后继机型。
     美国在航空发动机研制方面比英国和德国晚了5~8年,但由于航空技术基础好,国家的技术和经济实力强,而且二次大战后成为两大对抗阵营之一,不惜在军备和航空装备上投入大量人力、物力和资金,在经过引进和仿制过程后,很快转入了自行研制的道路,并在世界航空发动机技术方面处于领先地位。目前,已形成庞大的航空发动机研究、发展和生产体系,能独立研制和生产品种齐全、推力(功率)级配套的军民用发动机。
     英国是世界上最早研制成功航空发动机的国家之一,后来,虽因国力有限,失去了在航空发动机技术领域的全面优势,但在民用涡扇发动机和垂直起落动力装置等技术方面仍处于世界一流地位。经过几次合并,从1966年开始英国的航空发动机工业已经完全集中到罗罗公司。在军用发动机领域,针对欧洲合作研制战斗机的要求,重点发展8000~10000daN推力级的加力涡扇发动机,如RB199和EJ200。这两种发动机分别是西欧三国和四国联合研制和生产的,罗罗公司均作了全面的技术准备。例如,罗罗公司为EJ200发动机研制了XG40技术验证机并在合作中负责高压核心部分。在民机方面,除独立改型研制RB211系列发动机使之能与美国两大公司的大涵道比涡扇发动机抗衡外还参与五国联合研制的V2500工作,负责十分关键的高压压气机部分。在技术途径上,从70年代开始,借鉴美国的核心机技术发展途径,实施了高温涡轮验证装置HTDU(High Temperature Demonstrator Unit)和XG系列验证计划,注意通过早期技术验证减少型号研制风险。因而罗罗公司仍不失为世界三大发动机公司之一。
      法国是早期航空发达国家。由于在二次大战时被占领,战后航空工业瓦解殆尽。其航空发动机工业是从战后从头开始搞起来的,因而大大落后于美、英。经过引进和改进改型,从60年代后期开始,在继承和创新相结合的方针下走上了自行研制涡扇发动机的道路。目前法国航空发动机工业由斯奈克玛、透博梅卡和微型涡轮发动机三家公司构成,另有一个发动机研究与试验中心――萨克累发动机试验中心。1945年法国着手恢复航空工业,为保持独立军事力量和外交政策,把技术力量和财力集中于喷气战斗机发动机,在为飞机选择发动机方面,法国政府坚持“宁愿自己的水平低,也不买外国发动机”的政策,从而促进了法国自身航空发动机技术的发展。在引进德国BMW003的基础上改进研制出“阿塔”系列涡喷发动机,不加力推力从原型的2200daN提高到5000daN,加力推力达到7200daN,成为“幻影”系列飞机的动力装置,除满足本国需要外,还大量出口。在60年代,在引进美国普惠公司JTF10A和TF30加力涡扇发动机的基础上,试制过TF106和TF306涡扇发动机,但均未投入实用。从1967年开始,利用上述技术,结合“阿塔”系列结构特点,研制M53加力式单转子涡扇发动机获得成功,1976年定型,用于新型的“幻影”2000和4000系列飞机。其中M53-P2加力推力达到9600daN。从此,法国实现了战斗机动力向涡扇化过渡。紧接着,又开始了90年代战斗机发动机M88涡扇发动机的方案论证、部件预研、核心机研制和型号研制,经过近20年的发展,具有推重比10一级发动机特征的M88-3已开始装备部队使用。在大型民用发动机方面,法国没有基础。但在60年代末,斯奈克玛预测10000daN推力涡扇发动机是下一代窄体机身上取代JT8D的理想发动机。通过与美国GE公司合作,利用F101军用发动机的核心机,联合研制CFM56民用涡扇发动机,既进入了民用发动机市场,又获得了急需的军用核心技术,给法国带来了巨大的经济利益。
      俄罗斯基本延续了前苏联的航空发动机技术方面的成就。在航空发动机研制方面比英国和德国晚了5~8年,但由于航空技术基础好,国家的技术和经济实力强,不惜在军备和航空装备上投入大量人力、物力和资金,在经过引进和仿制过程后,很快转入了自行研制的道路,并在世界航空发动机技术方面处于世界前列。目前,已形成庞大的航空发动机研究、发展和生产体系,能独立研制和生产品种齐全、推力(功率)级配套的军民用发动机。前苏联解体后,俄罗斯发动机研究经费受到极大影响,发展速度减缓。尽管如此,俄罗斯依靠其强大的科研实力,仍取得了一定的成就。目前正在研制用于俄罗斯第5代(相当于通常的第四代)战斗机的具有矢量推力控制(TVC)的AL-41F发动机。AL-41F虽然在1985年就开始研制,但苏联解体后,经费不能得到保障,而使计划进度受到很大影响。发动机为全单元体设计,充分采用可用的大部分材料和先进的气动技术。特别是它采用尽可能大的转动叶片设计、尽量少的零件数。AL-41F发动机与俄罗斯第4代(相当于第三代)的AL-31F发动机相比,风扇压比和总压比都高25%,单位重量减轻20%。发动机更加注重气动稳定性,在整个飞行包线内发动机都是无喘振工作。该发动机更加注重工程技术的成本。AL-41F的寿命期成本比AL-31F低25%。
    日本和德国在二次大战结束前都拥有先进的航空技术,而且德国还是最早研制成涡轮喷气发动机的国家。战后,航空工业停顿了10年左右,以后由翻修从美国和英国买进装备的飞机发动机开始,逐步过渡到专利生产,如J79、F100、T56、T58、T64、奥菲斯和阿杜尔等,同时也开始自行研制一些小型航空发动机。其中日本比较突出,自行研制了J3涡喷发动机、JR100和220升力发动机、FJR710涡扇发动机和F3涡扇发动机,但性能上都不能与美、英、法等国相比。日本自行研制发动机的目的主要在于取得技术,所以除J3生产247台外,其余均没有投入批生产。经过专利生产和自行研制的锻炼,开始在一些重要项目上参与国际合作,如德国参加西欧RB199和EJ200战斗机发动机、MTR390武装直升机发动机和V2500民用涡扇发动机研制;日本则参加了RJ500和V2500民用涡扇发动机的研制。
     乌克兰在前苏联解体后,接手了在乌克兰境内的前苏联伊伏琴柯设计局(现为扎波罗日“进步”机械制造设计局),从而成为具有独立研制航空发动机的国家。而波兰、巴西、印度、加拿大、捷克等国家,其航空工业的发展引人注目,并形成自己的特色。由于受技术、经济力量的限制,他们不搞大而全或小而全,而是瞄准航空大国无暇顾及的空白领域,通过引进仿制、国际合作、自行研制全力发展。一般多选择小型飞机发动机作为突破口,制定了符合国情的有限目标,暂时不把难度大、周期长、耗资多的发动机作为发展的重点,有的甚至干脆购买外国的发动机使用(巴西)。印度是一个大国,奉行多元化引进仿制政策,并抓紧自己的研究和发展工作,避免依赖或受制于某个大国。在军用航空发动机方面有一定基础,自行研制的中等推力双转子加力涡扇发动机,已装备在自行研制的轻型战斗机上。
      建国50多年来,我国航空发动机行业以军用发动机为主,在维护修理、测绘仿制、改进改型等方面取得了很大成绩,共生产了几十个型号近6万台各型发动机,对国防建设作出了积极贡献。在预先研究和新机研制方面也取得较好进展:第一个按型号规范自主研制的涡喷发动机已经设计定型,第三代涡扇发动机也已定型,推重比8和推重比10一级涡扇发动机预先研究取得重大突破,航空推进技术验证计划初见成效;在加工制造和试验设备建设方面也都取得了明显进步。通过几十年的科研生产实践,锻炼了队伍,积累了经验,具备了一定的技术基础和研制能力。由于多种原因,我国航空发动机长期在测绘仿制中徘徊,至今还没有一个型号走完一个研究发展的全过程并装备部队。在设计技术方面,我国基本上还处于参照国外机种半仿半研、通过实物试验反复迭代的传统设计阶段。这样,型号研制风险大,周期长,所需投入多。在试验技术方面,我国还不具备国外在20世纪50~60年代就建成的大流量自由射流式发动机模拟高空试验设备,缺少一些关键的部件或系统试验设备,如核心机试验台、双轴双涵风扇/压气机试验设备、加力燃烧室试验设备和X射线间隙测量仪等。在制造技术和设备方面,我国目前已具备了制造推重比8一级发动机的条件。但是,就发动机总体技术指标而言,我国生产中的发动机(含测绘仿制和按许可证生产),相当于国外航空先进国家的20世纪60~70年代的水平;刚定型或在研的发动机,相当于国外70年代水平;预研水平,目前所处的状态相当于国外70年代末、80年代初的水平。而民用航空发动机基本上依靠国外采购。综合评估,我国在航空发动机的总体水平与世界先进水平相比大约落后一代半,即25~30年,研制和生产的型号少,而涡扇发动机更少,目前仅有3个型号。航空发动机的落后,已严重制约了航空工业的发展,成为空军武器装备发展的“瓶颈”。
    经过对于国外航空动力研制流程和具体型号的分析,发现强国自有强国的方法。与我国发展航空动力“以型号牵引技术甚至是整个航空动力工业水平”的老方针不同的是,欧美等航空强国极其注重基础研究和预研,龙腾将其强大的法宝总结成了三个关键词:预研工程,核心机计划,发动机系列化。事实上,这三个关键的概念和理念是不可分割的一个整体,其构成了发达国家在航空动力发展上的整个思路体系的主干。
    航空发动机的研究和发展分为:基础研究、探索发展(应用研究)、预先发展和工程发展。中国和前苏联往往是,有了具体工程发展型号的时候,才去搞基础研究、探索发展(应用研究)、预先发展,打算通过一个型号带动整个航空动力产业的进步。而大家都知道这条道路是不适合航空动力型号研制的客观规律的。航空发动机尤其是军用大推涡扇机是一个国家工业和科研体系最高的技术成就,事实上,目前能够研制先进军用涡扇机的国家恰恰只有联合国安理会的五个常任理事国,而这五个国家都是世界公认的拥有核武器的大国和强国。发展科学不能有太强的功利色彩,等到需要的时候再去从头研制总是远水解不了近渴。
    核心机从物理概念讲,是在燃气涡轮发动机中由压气机、燃烧室和驱动压气机的涡轮组成的核心部分,它不断输出具有一定可用能量的燃气,因此又称为燃气发生器。从技术途径讲,是利用在探索发展(应用研究)得到验证的先进部件组成核心机。其主要特点是叶片比较短小,工作环境温度高、压力高、转速高、承受的应力大,在使用中这部分的故障率多。因而采用的工艺复杂,材料昂贵,其研制成本和研制周期在发动机研制中所占比重大,成为航空发动机研制中主要难点和关键技术最集中的部分,也是航空发动机先进性和复杂性的集中体现。
     发动机系列化的最主要途径是保持一台成熟的核心机基本几何参数不变的条件下,通过改变风扇或低压压气机直径和级数以及涡轮的冷却技术或材料来改变发动机的主要循环参数,如压比、涵道比、空气流量、涡轮进口温度等,从而获得不同性能和用途的发动机。在同一核心机上配上不同的“风扇、低压涡轮、加力燃烧室等低压部件及相关系统”,就可以以较低的风险研制出覆盖一定推力(功率)范围的一系列发动机。满足不同用途飞机对动力的需要,从而实现核心机的多用途目标。利用多用途核心机发展系列发动机的道路一直受到了航空发达国家的高度重视,并成为发动机系列发展的主要技术途径。
     美帝正是把上述三个科研和研发理念贯彻到了发动机发展的始终,才锻造出世界上最顶尖最先进的军用和民用动力型号。五十年代末,美国空军航空推进试验室开始搞核心机计划(即燃气发生器计划),并分别和GE公司和PW公司签订了合同。然后以此核心机为基础,根据需要发展成战斗机、轰炸机、运输机或教练机的动力。PW公司在J57发动机核心机上加上新的低压系统就构成了TF33和JT3D发动机。J57发动机及其派生的发动机已成为十多种不同飞机的动力装置,其中包括B-52和B-66轰炸机、F101、F102和F4D、F8D战斗机、KC-135加油机、U-2高空侦察机和波音-707、DC-8民航机。GE公司1961年根据海军提出的对F-14空战战斗机的要求和对其它9种可能发展军用飞机综合考虑后,确定了GE1核心机的性能和尺寸。GE1的空气流量为35kg/s,压比11,有14级压气机,涡轮前温度1366K,最大直径610mm,推力2225daN,推重比7.14,转速13000r/min,在这个基础上保持外径不变,不断改进。第一个改进方案叫GE1A,1968年又改进了一个方案叫GE1B,1970年设计了第四个方案GE1/10,在同样的压比下,级数减少了一半,燃烧长度缩短了40%,涡
轮前燃气温度提高了400K。在这些核心机的基础上发展了J97、YJ101、F404、TF39、F101等36种以上的发动机,推力从2225daN到13333daN,同时在F101核心机上发展了民航机动力CFM-56和战斗机发动机F101DEF。在燃气涡轮发动机领域,美国主要有2个核心机验证计划。一个是先进涡轮
发动机燃气发生器(ATEGG)计划,主要针对18kg/s(40 lb/s)一级或更大流量的核心机及相关部件的设计、发展和验证,开发的技术可用于将来的大涡扇和涡喷发动机。另一个是联合涡轮先进燃气发生器JTAGG(Joint Turbine Advanced GasGenerator)计划,主要针对2.27-13.6 kg/s(5~30lb/s)流量的核心机及相关部件的设计、发展和验证,开发的技术可用于将来的涡桨、涡轴、小涡扇和涡喷发动机。JTAGG计划又分小涡轮先进燃气发生器STAGG(Small TurbineAdvanced GasGenerator))计划(针对2.27 kg/s(5lb/s)以下的发动机)、中涡轮先进燃气发生器MTAGG(Middle Turbine Advanced Gas Generator)计划(针对4.53 kg/s(10lb/s)流量范围的涡轴发动机)和大涡轮先进燃气发生器LTAGG(Large TurbineAdvancedGas Generator))计划(针对6.8~13.6kg/s(15~30lb/s)流量范围的轴流和离心叶片机)。ATEGG计划开始于上世纪六十年代初,最初目的是在当时涡轮发动机研究经费不足的情况下,重点开发验证核心机,花最少的钱,取得最大的发动机技术进步。GE和P&W分别研制了一种核心机(含压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管,但没有进气道),成功验证了高推重比发动机技术。把这些核心机尺寸放大一倍或缩小一半,再配上相应的低压部件,可形成满足多种飞机要求的系列发动机。ATEGG是一个持续进行的计划,至今美国已形成了第7代验证核心机和验证发动机。目前,ATEGG计划的任务是针对目前和未来的飞机推进系统,开发涡轮发动机燃气发生器技术。目标是把不断发展的技术装在先进燃气发生器中,在真实的发动机环境中评估其性能、成本、耐久性、修理性和维护性。通过这种试验型核心机的试验,可以增强发动机关键技术在早期、以低的风险向工程发展转化,由此应用到派生的或新的发动机上。这些技术可用于广泛的军民用系统,包括飞机、导弹、陆地作战装置、船舶相应的航天发射。部件技术是在核心机(不完整发动机)试验中验证。ATEGG计划的核心机性能则在联合技术验证发动机(JTDE)计划的验证发动机中验证。ATEGG计划具体工作内容有,设计、加工、装配、试验和分析先进部件,以便掌握新部件和改进部件的气动力学、热力学、机械性能、生产成本和维护成本的特性;初始结构评估研究(初始结构评估重点是对结构寿命模型的验证,不包括下一步的耐久性和燃气发生器部件技术的其它结构特征的评估)、寿命评估、保障性、稳态和瞬态性能以及对先进部件是否成熟到可以进行技术转化的检验;最主要的是通过燃气发生器试验,评估涡轮发动机部件技术,验证性能、结构和成本模型和设计系统。ATEGG计划由空军研究实验室推进部管理,年度经费平均为3千万美元。JTAGG是利用核心机来验证能大大降低耗油率、提高推重比和功重比以及改善发动机燃气发生器的可靠性和维护性的技术。计划由陆军航空应用技术部(AATD)管理,年度经费平均为6百多万美元。1971年开始的STAGG计划只包括燃气发生器(压气机、燃烧室、涡轮、轴和轴承),不带动力涡轮和附件。STAGG计划主要针对部件和燃气发生器性能,同时考虑发动机的耐久性或寿命问题,后来计划还包括了可靠性、维护性和生产性(这就包括了燃气发生器的成本)方面的研究工作。需要补充的是联合技术验证发动机(JTDE)计划。JTDE计划是把来自ATEGG计划的核心机与其它先进低压部件组合成技术验证发动机,在真实的发动机环境中评估核心机和低压部件技术,重点评估结构耐久性。
     英国罗罗公司自20世纪70年代以来研制的几种新发动机也都是以一定的核心机为基础发展起来的。英国罗罗公司研制的几种发动机都是以一定的核心机为基础发展起来的,如RB211-524及R211-535发动机都是在-22B的核心机前后匹配不同的中、低压系统以得到推力较-22B大或小的发动机。Tay(泰)发动机也是利用斯贝的核心机匹配经过验证的先进风扇技术发展而成的,因而研制周期短(83~86年),研制经费少。英国航空发动机技术验证计划叫作“Rapide”(在验证耐久性的发动机中验证可靠性和性能)。计划一般由4个阶段组成:部件验证、转子验证、全台发动机验证和耐久性验证。在单个验证计划中有时可以完成1个以上的阶段。高压转子和发动机验证计划可以在真实的发动机环境中评估部件和系统设计。在这一阶段,可以评估部件匹配、热影响和机械影响以及稳态和瞬态状态下振动、温度和应力的测量。与验证核心机有关的验证计划如下:XG40计划是针对上世纪九十年代使用的先进战斗机发动机的技术验证发动机计划。XG40计划分为部件技术验证计划、发动机验证计划和寿命评估验证计划3个分计划。部件技术验证计划主要针对概念研究、气动热力试验器计划、系统和结构试验器计划,其中包括1个高压单转子(核心机)发动机计划。发动机验证计划验证性能、系统性能、结构和发动机控制。寿命评估验证计划以高压转子为基础,主要验证热端部件寿命。先进军用发动机技术(AMET)计划,计划目标是把部件验证计划中验证的部件组合成高压验证核心机进行试验,随后再组合成验证发动机进行试验,目标针对推重比15~18的发动机技术。此外英国还有针对小型发动机技术的先进小型涡轮发动机核心机ASTEC(Advanced Small Turbine Engine Core)计划。
     核心机作为技术途径是在20世纪60年代开始采用的,至20世纪末国外已发展了七代核心机。在这些核心机的基础上已经成功地研制出许多军、民用发动机。核心机计划作为预先发展的重要内容,较好地解决了发动机与飞机机体研制进度协调的问题。因此,这种途径得到愈来愈广泛的采用。
     正视越来越大的技术差距,我国也意识到以往在发展航空动力型号上的认识误区与偏差,开始了自己核心机预研计划。国内根据国外的核心机及验证机发展途径,结合我国航空发动机研究和发展的经验,在《航空发动机研究和发展暂行规定》中已明确,“预先发展阶段的主要工作是在模拟环境条件下进行全尺寸的先进部件、燃气发生器(核心机)和验证机的试验研究,验证部件性能和部件间的匹配,以及结构的可靠性和耐久性”。国内从1980年开始的推重比8发动机技术预先研究,在没有相应的考核指标、评估体系和规范借鉴和指导的条件下,边预先研究边摸索,结合中国的国情逐步探索了核心机考核与验证方法,在三大高压部件压气机、燃烧室和高压涡轮完成全尺寸性能验证的基础上,开展了核心机的设计与试验验证,并在模拟发动机风扇出口的条件下,核心机性能达到了设计指标,完成了核心机性能考核与试验验证。从1984年开始了推重比10发动机技术论证和预先研究,同样在完成三大高压部件关键技术试验验证的基础上,开始了核心机的设计和试验验证,目前首台核心机已完成地面台试验。以现有样机为参考的25kg/s核心机已完成研制,在其核心机的基础上匹配的推重比8一级涡扇发动机已设计定型。以满足小推力涡扇发动机为需求的5kg/s核心机已开始研制,目前已完成核心机地面试验。
     1980年开始的高性能推进系统工程预先研究(简称高推预研),是我国航空发动机行业第一次按系统工程组织管理的大型预先研究项目,目标瞄准当时性能水平最先进的美国F404发动机,为我国自行研制涡扇发动机提供技术储备。该项目以中国燃气涡轮研究院为总工程师单位,有全国24个厂、所、院校1000多名高、中级科技人员参加。以1994年1月中推核心机达到设计指标为标志,高推预研历时15年,经历了四个阶段,取得了许多令人瞩目的重大成果。通过高推预研,初
步掌握了先进核心机的总体、气动、冷却、结构、强度设计技术和三大部件间的匹配技术。核心机在地面台和高空台上试验一次成功,顺利达到设计指标,使我国的发动机核心机研制,跨上推重比8一级发动机的高水平台阶,这是具有战略意义的一个重大技术突破。经过15年的预先研究实践,无论在思想认识上、技术基础上、研究的深度和广度上,还是在试验能力、人才队伍和管理经验上都有了很大提高。大家都知道这个预研计划的成果就是传说中的涡扇12A,可惜由于我国当时工业基础极其薄弱,虽然被仿制机型是推比高达8左右的美帝美国F404发动机,但是我们未能把这个强悍机型的性能实现。涡扇12A装机上天试飞,大概达到推比6.5左右的水平。工业基础对于航空动力研制的关键作用再次显现出来,没有厚实的积淀,即便有先进的型号能够仿制,落后的工业实力也无法让仿制的成果达到预想的综合性能。不过,经过多年的努力和发展,我国经济和科研实力已早已不是从前积贫积弱的老面貌,最近在珠海航展上露面的9.5吨级别的中推机,据说就是涡扇12A的复活版本,根据其表现出来的技术特征推算,这个中推型号的推比级别早已不是以往6.5左右的水平,而是以推比8.5左右的性能跻身世界先进中推涡扇机的行列。核心机预研的魅力正在于此,只要核心机研制不停止,早晚会开放出绚丽而夺目的花朵!
     20世纪90年代,为了缩短我国航空发动机行业与西方航空先进国家之间的技术差距,原中航总公司组织中国燃气涡轮研究院、606所、北航、西工大等单位对第四代战斗机发动机预先研究技术方案进行了论证。在此期间,充分分析了国外同类发动机的性能水平,并与空军、飞机部门就有关第四代战斗机的战术技术要求进行了多次协调,确定了“九五”期间第四代发动机的主要预先研究方案,分析了该方案的技术难点,提出了需要进行预先研究的关键课题和技术要求。“十五”期间,上级机关安排由中国燃气涡轮研究院承担部件关键技术研究和核心机研制。目前已经完成了部件关键技术预先研究,进入了核心机研制阶段。目前已完成地面性能调试试验和部分高空台上的调试试验,达到了设计达标。
     这个核心机预研计划正视本文想要探讨的中国未来四代动力的型号机成果---涡扇15的前身。江和甫将是让中国航空人和我们这些祖国航空事业关注者永远记住的名字,正是在他的带领下,我国开始了先进核心机的预研计划,也正视在他的带领下,我国在四代航空动力方面大大缩小了与世界航空强国的差距。
    正视中国航空工业的差距,中国航空人正在开创一个新的核心机时代。
    至此,本文第二部分:正视差距,开创未来核心时代完成。
    请期待下次更新:狂暴的力量,民族的希望---扇子15不得不说的激情故事。
不知不觉,龙腾在三天的时间里坚持了每天更新每天创作,已经写了两万多字了。
我想手指无比劳累,眼睛略有干涩的龙腾已经算是不辱使命了。
本菜阅读筛选整理了大约几百兆的各种资料,大约几十篇论文,才有现在这篇小文字。
感谢大家的支持,龙腾争取早日完成第三部分:狂暴的力量,民族的希望---扇子15不得不说的激情故事。
]]
对了,咱们发挥民主。。。
关于第三部分的内容,大家各抒己见都发表个看法吧
大家想看什么,我就写什么。。。
正好想好好把扇子15的相关资料攻读一下,这样更有针对性
原帖由 龙腾日月 于 2009-1-28 21:36 发表
对了,咱们发挥民主。。。
关于第三部分的内容,大家各抒己见都发表个看法吧
大家想看什么,我就写什么。。。
正好想好好把扇子15的相关资料攻读一下,这样更有针对性

      本菜想:反正已经写了不少了,索性把国内关于四代大推力涡扇机的事情尽量详尽的交代清楚,于是一直反复添加内容,越添越多,越多越长,越长越难写:L
     大家赶紧说想看到什内容,趁现在还能改,不然定稿后就不好再系统性的改了。
俺就想知道涡前温度是多少,用什么材料实现
原帖由 cookship 于 2009-1-28 22:29 发表
俺就想知道涡前温度是多少,用什么材料实现

基本参数龙腾会给出个人的推测值,材料要慢慢看,毕竟土鳖目前工业基础并不厚实,还要看未来几年的进展,预定的东西能否实现。
俺还是想知道这扇子15和美帝的f119的差别。
我就想知道推力多大(最大/中间),自身多重,油耗多少,推比就不麻烦你了,我自己算(废话;P ),寿命如何,可靠性怎样,和世界最先进相比,差距多大。。。。什么时间可以批装,别的扯多了没用。呵呵。
想问一个问题:F119的核心机理论上能衍进出多大推力的大涵道涡扇机?
这些涉及具体基本参数的内容是肯定跑不了的。。。大家放心。。。
当然到时候龙腾只能写“按照本人个人推断,涡扇15型号的加力推力能达到。。。”:D
下面有朋友已经开始着急了,龙腾只能这样说:写的越慢,内容越多。。。
我喜欢这种科普的感觉!多写写中外对比这样对于清楚的认识自己有很好的作用!
LS几位对LZ期望太高啊!;P 本文已经在某几个关键问题上故意......:D :D :D
原帖由 wywydjzt 于 2009-1-29 15:54 发表
LS几位对LZ期望太高啊!;P 本文已经在某几个关键问题上故意......:D :D :D

正如原来龙腾说过的,虽然龙腾非常稀饭扇子15,但是还是要尽量客观。。。
可以和大家保证的是,龙腾其实只是在攻读相关资料然后综合整理形成本文,并且尽量引述原文。。。
大家看看就知道,龙腾引述了很多别人的资料和著作。。。
如果606所的论文和陈光的书都。。。我想我也没办法更加客观了,因为我是搞通信的学生,正在为考研失败头疼。。。
我只能做到这一点了。。。
其实,说句心里话,论坛上换几句赞赏不如先去换点稿费值当。。。但是为了稿费,舍去客观,不是龙腾想要的。。。
大侠好能写啊[:a6:]WS15有谱吗?
原帖由 龙腾日月 于 2009-1-29 16:09 发表

正如原来龙腾说过的,虽然龙腾非常稀饭扇子15,但是还是要尽量客观。。。
可以和大家保证的是,龙腾其实只是在攻读相关资料然后综合整理形成本文,并且尽量引述原文。。。
大家看看就知道,龙腾引述了很多别人的 ...

LZ想表清白----是被他人忽悠了?;P :handshake
原帖由 龙腾日月 于 2009-1-29 16:09 发表

正如原来龙腾说过的,虽然龙腾非常稀饭扇子15,但是还是要尽量客观。。。
可以和大家保证的是,龙腾其实只是在攻读相关资料然后综合整理形成本文,并且尽量引述原文。。。
大家看看就知道,龙腾引述了很多别人的 ...

龙腾也想过,太行好坏和我有什么关系?涡扇15好坏又和我有什么关系?除了能换点稿费。。。
为了这些东西,扯大旗,细研究,用时间,费脑力,闹不好搭上的还有自己的人缘和名声。。。
但是看看dddaaa1976,maya,看看空版和超大的各位老大们,他们又是为了什么?消遣?恐怕不是。。。
人是很复杂的,人也很简单,龙腾只能尽管做自己认为对的事情就是了。。。
原帖由 wywydjzt 于 2009-1-29 16:12 发表

LZ想表清白----是被他人忽悠了?;P :handshake

对于这种涉及到国家安全的重大国防工程项目,龙腾就是想不清白都难,龙腾又不是参与者。。。
这种事情,恐怕大家都是清白的。。。。。。
能够作为业余爱好者保持关注,已然足矣。。。能让祖国和世界上正在发生的事情对自己产生良好的教益,已然足矣。。。
支持小明!大家都理解你的苦衷,不管别人说什么,做自己喜欢的事情就是了。网络跟投稿各有各的好处,开玩笑说一下,不妨拿这个题目打个人气出来,等小明在这方面的人望能到Maya那个水准,那就是编辑们求着你投稿了。。。
]]
原帖由 龙腾日月 于 2009-1-29 16:13 发表

龙腾也想过,太行好坏和我有什么关系?涡扇15好坏又和我有什么关系?除了能换点稿费。。。
为了这些东西,扯大旗,细研究,用时间,费脑力,闹不好搭上的还有自己的人缘和名声。。。
但是看看dddaaa1976,maya,看 ...

LZ言重了!没什么不愉快的意思!:handshake
原帖由 wywydjzt 于 2009-1-29 16:28 发表

LZ言重了!没什么不愉快的意思!:handshake

龙腾没有其他意思,就是想找个机会说点心里话。。。
对相关技术俺没有太多时间查看资料,不过还是先支持小明同学,日后的空慢慢看:D
为虾米中国叫china那?因为陶瓷么!
如果楼主不介意的话,可不可以透露这样的文章稿酬是怎么计算的啊!说出来可能对于某些人更加有吸引力!
原帖由 zzz900797 于 2009-1-29 20:35 发表
如果楼主不介意的话,可不可以透露这样的文章稿酬是怎么计算的啊!说出来可能对于某些人更加有吸引力!

不同的杂志稿酬不同,大家如果有打算投稿的,龙腾可以帮忙介绍编辑给大家。
:handshake 帅哥你太强了,支持!!!!
顶一个,虽然排版糟糕导致不好阅读,但看得出来楼主非常努力!:D:D:D
继续等待下一部分。楼主辛苦了。:handshake :handshake
LZ发动机版的人气就靠你了,支持顶了,希望有始有终
LZ消息有些......想想空1师出勤率何时......美国为何突然解禁某些限制(天上不会掉馅饼,天下也没有免费的午餐)——也能瞎猜点儿,国外的可不傻。改变历史不容易,改写历史相对可就......:D
不过LZ已经很尽力了:handshake [:a15:]
原帖由 wywydjzt 于 2009-1-31 15:25 发表
LZ消息有些......想想空1师出勤率何时......美国为何突然解禁某些限制(天上不会掉馅饼,天下也没有免费的午餐)——也能瞎猜点儿,国外的可不傻。改变历史不容易,改写历史相对可就......:D
不过LZ已经很尽力了:h ...

龙腾是业余爱好者,信息来源非常有限,请您明示。。。
楼主去投稿吧,我一定会买来看的,不能刊登出来的我就来论坛上看。
原帖由 龙腾日月 于 2009-1-31 15:43 发表

龙腾是业余爱好者,信息来源非常有限,请您明示。。。

都是业余!:lol 不过某些部件合不合格将直接影响部队的出勤率(只提一点,其它自己考虑)——LZ应该想办法:看看能不能从信息来源那里再进行深入套料(据判断还是可以大有作为的,当然愿不愿讲俺就不知道了)。;P
原帖由 wywydjzt 于 2009-2-1 15:48 发表

都是业余!:lol 不过某些部件合不合格将直接影响部队的出勤率(只提一点,其它自己考虑)——LZ应该想办法:看看能不能从信息来源那里再进行深入套料(据判断还是可以大有作为的,当然愿不愿讲俺就不知道了)。;P

。。。。这些东西这样公开系统阐述而不被和谐掉的几率有多大?
我很好奇罗罗和透博美卡在预研什么