超级军网ZT老文涡轴八发动机的发展问题研究
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/04/28 06:53:31
作者简介:王正生(1952-),男,湖南衡阳人,高级工程师,主要从事科研管理、航空发动机制造、修理及质量监督工作。
涡轴八发动机的发展问题研究
王正生1,刘 翔2
(1.海军驻株洲地区航空军事代表室,株洲412002 2.上海交通大学机械与动力学院,上海200030)
摘 要:根据涡轴8发动机的生产、使用现状,以及我国加入WTO后所面临的竞争压力,从技术潜力和市场
前景
两个方面分析了涡轴8发动机发展的有利因素,并从多方面提出了涡轴8发动机发展的可行途径。
关键词:涡轴8发动机;发展途径;可靠性;市场;研究
中图分类号:V235.12 文献标识码:A 文章编号:1672-2620(2003)02-0014-04
TheDevelopmentandResearchofEngineWZ-8
WANGZheng-sheng,LIUXiang
(1.DispatchedAviationAgencyofNavyEquipmentDepartment,Zhuzhou;
2.ShanghaiJiaoTongUniversity,China)
Abstract:ThisarticleanalysesthebeneficialfactorsofengineWZ-8fromtechnologicalpotentialand
marketprospects,withconsideringitsproductionandapplicationaswellasthecompetitivepressure
afterenteringWTO.ApplicableapproachtoWZ-8developmentisbroughtupinmanyways.
Keywords:engineWZ-8;developmentprocedure;reliability;markets;research
1 引言
自从1982年首台国产化涡轴8发动机投入使用以来,已经拥有了16个国内外用户,共生产了数百台各型涡轴8发动机,到2001年底已累计飞行297875h。可以说,涡轴8发动机无论是从技术上,还是从数量上都在国内直升机动力领域处于领先地位。但是,我们也应该看到,涡轴8发动机能够有今天的成绩,是建立在国家政策倾斜、军方大力支持、国外产品难以进入等多种因素的基础上的。从技术、性能上来看,涡轴8发动机已经显露出一些难以满足用户需求的弱点。随着我国加入WTO,航空涡轮轴发动机的研制生产必然要与国际市场接轨,国外知名航空动力制造商也必然会加大进军中国市场的力度。西方国家对于敏感度不那么高的涡轴发动机,更是存在着放宽出口限制的可能性。业内人士注意到,去年底在中央电视台签约购买一架直十一飞机之后仅2天,欧洲直升机公司即宣布中国广东警方购买了其生产的EC120BT和
EC135T型直升机各一架。因此,在国外厂商的强烈攻势下,国内飞机制造商也有选用进口发动机以改善飞机性能,增强竞争力的趋势。面对“内忧外患”,涡轴8发动机应当巩固、拓展国内外市场,尤其是重视国内军方的需求,通过一定的技术途径,实现我国中、小型涡轮轴发动机发展的良性循环。
2 涡轴8发动机发展的有利因素
2.1 在技术上具有多用途、系列化的发展潜力法国透博梅卡公司(以下简称TM公司)从20世纪70年代初开始研制阿赫耶Ⅰ型发动机,到80年代末,历经20年,成功地研制出19个型号,几乎每年都有两个新型号诞生。阿赫耶Ⅰ型与AS350、AS550、SA365、AS565、S76、A109等多种直升机配套,已生产了3000多台,发动机已累计工作720万小时以上,遍及70多个国家190多个用户,约占当今世界小发动机份额的25%。在阿赫耶Ⅰ型发动机的基础上,从20世纪90年代开始,TM公司又成功地开发了功率更大的阿赫耶Ⅱ型发动机。我国于1980年向法国TM公司购买了Arriel1C、1C1涡轮轴发动机生产许可权,引进了该型发动机全套设计图纸、工艺、冶金、检测和装配、试车等技术资料,进而研制、生产了涡轴8发动机。此后,中、法双方于1992年、1996年两次延长技术合同,先后引进了阿赫耶1D、1D1、1M、1M1型发动机的技术专利,成功研制了涡轴8A、涡轴8D、涡轴8E、涡轴8F系列发动机。因此,从原型机的研制、使用情况来看,涡轴8发动机在寿命、可靠性和改善性能等方面均存在着发展空间。我们应当立足国内,依靠现有技术力量,使涡轴8发动机达到甚至超过原型机的水平。纵观世界航空发动机的发展史,在一种相对成熟的航空发动机或其核心机的基础上,来发展、派生进而形成发动机系列的做法,已被证明是一种节省经费、缩短研制周期的有效方法。
2.2 在需求上具有广阔的市场前景
涡轴8系列发动机作为Z9、Z9W、Z9C、Z11等直升机的动力装置,在国内外已经建立了用户群,特别是随着我国经济建设的飞速发展,现代化程度的不断提高,直升机及涡轴发动机的市场前景看好。有人预测,在1996~2005年这十年间,世界直升机总产量约为12530架,总产值约为663亿美元。国内对直升机的需求统计资料表明,每隔5年其需求量就翻两翻。特别是随着我国航空管制系统的深化改革,政府职能部门、社会公益部门自身发展和服务意识的提高,以及一大批发展迅速、经济效益显著企业的出现,对于发展高效、快捷、使用要求低的垂直空运──即直升机运输系统的需求显得愈来愈迫切。从世界军事的发展趋势和我国的国家安全战略来看,发展陆军航空兵部队和舰载航空兵部队是大势所趋。国防现代化建设的历程表明,要使我国军用直升机有大的发展,必须首先大力发展包括动力装置在内的民族直升机工
业。正是由于处在这样一个民族直升机工业崛起的大背景之下,使得国产航空动力,特别是已经取得了适航许可证的涡轴8发动机的应用前景更加广阔。作者简介:王正生(1952-),男,湖南衡阳人,高级工程师,主要从事科研管理、航空发动机制造、修理及质量监督工作。
涡轴八发动机的发展问题研究
王正生1,刘 翔2
(1.海军驻株洲地区航空军事代表室,株洲412002 2.上海交通大学机械与动力学院,上海200030)
摘 要:根据涡轴8发动机的生产、使用现状,以及我国加入WTO后所面临的竞争压力,从技术潜力和市场
前景
两个方面分析了涡轴8发动机发展的有利因素,并从多方面提出了涡轴8发动机发展的可行途径。
关键词:涡轴8发动机;发展途径;可靠性;市场;研究
中图分类号:V235.12 文献标识码:A 文章编号:1672-2620(2003)02-0014-04
TheDevelopmentandResearchofEngineWZ-8
WANGZheng-sheng,LIUXiang
(1.DispatchedAviationAgencyofNavyEquipmentDepartment,Zhuzhou;
2.ShanghaiJiaoTongUniversity,China)
Abstract:ThisarticleanalysesthebeneficialfactorsofengineWZ-8fromtechnologicalpotentialand
marketprospects,withconsideringitsproductionandapplicationaswellasthecompetitivepressure
afterenteringWTO.ApplicableapproachtoWZ-8developmentisbroughtupinmanyways.
Keywords:engineWZ-8;developmentprocedure;reliability;markets;research
1 引言
自从1982年首台国产化涡轴8发动机投入使用以来,已经拥有了16个国内外用户,共生产了数百台各型涡轴8发动机,到2001年底已累计飞行297875h。可以说,涡轴8发动机无论是从技术上,还是从数量上都在国内直升机动力领域处于领先地位。但是,我们也应该看到,涡轴8发动机能够有今天的成绩,是建立在国家政策倾斜、军方大力支持、国外产品难以进入等多种因素的基础上的。从技术、性能上来看,涡轴8发动机已经显露出一些难以满足用户需求的弱点。随着我国加入WTO,航空涡轮轴发动机的研制生产必然要与国际市场接轨,国外知名航空动力制造商也必然会加大进军中国市场的力度。西方国家对于敏感度不那么高的涡轴发动机,更是存在着放宽出口限制的可能性。业内人士注意到,去年底在中央电视台签约购买一架直十一飞机之后仅2天,欧洲直升机公司即宣布中国广东警方购买了其生产的EC120BT和
EC135T型直升机各一架。因此,在国外厂商的强烈攻势下,国内飞机制造商也有选用进口发动机以改善飞机性能,增强竞争力的趋势。面对“内忧外患”,涡轴8发动机应当巩固、拓展国内外市场,尤其是重视国内军方的需求,通过一定的技术途径,实现我国中、小型涡轮轴发动机发展的良性循环。
2 涡轴8发动机发展的有利因素
2.1 在技术上具有多用途、系列化的发展潜力法国透博梅卡公司(以下简称TM公司)从20世纪70年代初开始研制阿赫耶Ⅰ型发动机,到80年代末,历经20年,成功地研制出19个型号,几乎每年都有两个新型号诞生。阿赫耶Ⅰ型与AS350、AS550、SA365、AS565、S76、A109等多种直升机配套,已生产了3000多台,发动机已累计工作720万小时以上,遍及70多个国家190多个用户,约占当今世界小发动机份额的25%。在阿赫耶Ⅰ型发动机的基础上,从20世纪90年代开始,TM公司又成功地开发了功率更大的阿赫耶Ⅱ型发动机。我国于1980年向法国TM公司购买了Arriel1C、1C1涡轮轴发动机生产许可权,引进了该型发动机全套设计图纸、工艺、冶金、检测和装配、试车等技术资料,进而研制、生产了涡轴8发动机。此后,中、法双方于1992年、1996年两次延长技术合同,先后引进了阿赫耶1D、1D1、1M、1M1型发动机的技术专利,成功研制了涡轴8A、涡轴8D、涡轴8E、涡轴8F系列发动机。因此,从原型机的研制、使用情况来看,涡轴8发动机在寿命、可靠性和改善性能等方面均存在着发展空间。我们应当立足国内,依靠现有技术力量,使涡轴8发动机达到甚至超过原型机的水平。纵观世界航空发动机的发展史,在一种相对成熟的航空发动机或其核心机的基础上,来发展、派生进而形成发动机系列的做法,已被证明是一种节省经费、缩短研制周期的有效方法。
2.2 在需求上具有广阔的市场前景
涡轴8系列发动机作为Z9、Z9W、Z9C、Z11等直升机的动力装置,在国内外已经建立了用户群,特别是随着我国经济建设的飞速发展,现代化程度的不断提高,直升机及涡轴发动机的市场前景看好。有人预测,在1996~2005年这十年间,世界直升机总产量约为12530架,总产值约为663亿美元。国内对直升机的需求统计资料表明,每隔5年其需求量就翻两翻。特别是随着我国航空管制系统的深化改革,政府职能部门、社会公益部门自身发展和服务意识的提高,以及一大批发展迅速、经济效益显著企业的出现,对于发展高效、快捷、使用要求低的垂直空运──即直升机运输系统的需求显得愈来愈迫切。从世界军事的发展趋势和我国的国家安全战略来看,发展陆军航空兵部队和舰载航空兵部队是大势所趋。国防现代化建设的历程表明,要使我国军用直升机有大的发展,必须首先大力发展包括动力装置在内的民族直升机工
业。正是由于处在这样一个民族直升机工业崛起的大背景之下,使得国产航空动力,特别是已经取得了适航许可证的涡轴8发动机的应用前景更加广阔。
涡轴八发动机的发展问题研究
王正生1,刘 翔2
(1.海军驻株洲地区航空军事代表室,株洲412002 2.上海交通大学机械与动力学院,上海200030)
摘 要:根据涡轴8发动机的生产、使用现状,以及我国加入WTO后所面临的竞争压力,从技术潜力和市场
前景
两个方面分析了涡轴8发动机发展的有利因素,并从多方面提出了涡轴8发动机发展的可行途径。
关键词:涡轴8发动机;发展途径;可靠性;市场;研究
中图分类号:V235.12 文献标识码:A 文章编号:1672-2620(2003)02-0014-04
TheDevelopmentandResearchofEngineWZ-8
WANGZheng-sheng,LIUXiang
(1.DispatchedAviationAgencyofNavyEquipmentDepartment,Zhuzhou;
2.ShanghaiJiaoTongUniversity,China)
Abstract:ThisarticleanalysesthebeneficialfactorsofengineWZ-8fromtechnologicalpotentialand
marketprospects,withconsideringitsproductionandapplicationaswellasthecompetitivepressure
afterenteringWTO.ApplicableapproachtoWZ-8developmentisbroughtupinmanyways.
Keywords:engineWZ-8;developmentprocedure;reliability;markets;research
1 引言
自从1982年首台国产化涡轴8发动机投入使用以来,已经拥有了16个国内外用户,共生产了数百台各型涡轴8发动机,到2001年底已累计飞行297875h。可以说,涡轴8发动机无论是从技术上,还是从数量上都在国内直升机动力领域处于领先地位。但是,我们也应该看到,涡轴8发动机能够有今天的成绩,是建立在国家政策倾斜、军方大力支持、国外产品难以进入等多种因素的基础上的。从技术、性能上来看,涡轴8发动机已经显露出一些难以满足用户需求的弱点。随着我国加入WTO,航空涡轮轴发动机的研制生产必然要与国际市场接轨,国外知名航空动力制造商也必然会加大进军中国市场的力度。西方国家对于敏感度不那么高的涡轴发动机,更是存在着放宽出口限制的可能性。业内人士注意到,去年底在中央电视台签约购买一架直十一飞机之后仅2天,欧洲直升机公司即宣布中国广东警方购买了其生产的EC120BT和
EC135T型直升机各一架。因此,在国外厂商的强烈攻势下,国内飞机制造商也有选用进口发动机以改善飞机性能,增强竞争力的趋势。面对“内忧外患”,涡轴8发动机应当巩固、拓展国内外市场,尤其是重视国内军方的需求,通过一定的技术途径,实现我国中、小型涡轮轴发动机发展的良性循环。
2 涡轴8发动机发展的有利因素
2.1 在技术上具有多用途、系列化的发展潜力法国透博梅卡公司(以下简称TM公司)从20世纪70年代初开始研制阿赫耶Ⅰ型发动机,到80年代末,历经20年,成功地研制出19个型号,几乎每年都有两个新型号诞生。阿赫耶Ⅰ型与AS350、AS550、SA365、AS565、S76、A109等多种直升机配套,已生产了3000多台,发动机已累计工作720万小时以上,遍及70多个国家190多个用户,约占当今世界小发动机份额的25%。在阿赫耶Ⅰ型发动机的基础上,从20世纪90年代开始,TM公司又成功地开发了功率更大的阿赫耶Ⅱ型发动机。我国于1980年向法国TM公司购买了Arriel1C、1C1涡轮轴发动机生产许可权,引进了该型发动机全套设计图纸、工艺、冶金、检测和装配、试车等技术资料,进而研制、生产了涡轴8发动机。此后,中、法双方于1992年、1996年两次延长技术合同,先后引进了阿赫耶1D、1D1、1M、1M1型发动机的技术专利,成功研制了涡轴8A、涡轴8D、涡轴8E、涡轴8F系列发动机。因此,从原型机的研制、使用情况来看,涡轴8发动机在寿命、可靠性和改善性能等方面均存在着发展空间。我们应当立足国内,依靠现有技术力量,使涡轴8发动机达到甚至超过原型机的水平。纵观世界航空发动机的发展史,在一种相对成熟的航空发动机或其核心机的基础上,来发展、派生进而形成发动机系列的做法,已被证明是一种节省经费、缩短研制周期的有效方法。
2.2 在需求上具有广阔的市场前景
涡轴8系列发动机作为Z9、Z9W、Z9C、Z11等直升机的动力装置,在国内外已经建立了用户群,特别是随着我国经济建设的飞速发展,现代化程度的不断提高,直升机及涡轴发动机的市场前景看好。有人预测,在1996~2005年这十年间,世界直升机总产量约为12530架,总产值约为663亿美元。国内对直升机的需求统计资料表明,每隔5年其需求量就翻两翻。特别是随着我国航空管制系统的深化改革,政府职能部门、社会公益部门自身发展和服务意识的提高,以及一大批发展迅速、经济效益显著企业的出现,对于发展高效、快捷、使用要求低的垂直空运──即直升机运输系统的需求显得愈来愈迫切。从世界军事的发展趋势和我国的国家安全战略来看,发展陆军航空兵部队和舰载航空兵部队是大势所趋。国防现代化建设的历程表明,要使我国军用直升机有大的发展,必须首先大力发展包括动力装置在内的民族直升机工
业。正是由于处在这样一个民族直升机工业崛起的大背景之下,使得国产航空动力,特别是已经取得了适航许可证的涡轴8发动机的应用前景更加广阔。作者简介:王正生(1952-),男,湖南衡阳人,高级工程师,主要从事科研管理、航空发动机制造、修理及质量监督工作。
涡轴八发动机的发展问题研究
王正生1,刘 翔2
(1.海军驻株洲地区航空军事代表室,株洲412002 2.上海交通大学机械与动力学院,上海200030)
摘 要:根据涡轴8发动机的生产、使用现状,以及我国加入WTO后所面临的竞争压力,从技术潜力和市场
前景
两个方面分析了涡轴8发动机发展的有利因素,并从多方面提出了涡轴8发动机发展的可行途径。
关键词:涡轴8发动机;发展途径;可靠性;市场;研究
中图分类号:V235.12 文献标识码:A 文章编号:1672-2620(2003)02-0014-04
TheDevelopmentandResearchofEngineWZ-8
WANGZheng-sheng,LIUXiang
(1.DispatchedAviationAgencyofNavyEquipmentDepartment,Zhuzhou;
2.ShanghaiJiaoTongUniversity,China)
Abstract:ThisarticleanalysesthebeneficialfactorsofengineWZ-8fromtechnologicalpotentialand
marketprospects,withconsideringitsproductionandapplicationaswellasthecompetitivepressure
afterenteringWTO.ApplicableapproachtoWZ-8developmentisbroughtupinmanyways.
Keywords:engineWZ-8;developmentprocedure;reliability;markets;research
1 引言
自从1982年首台国产化涡轴8发动机投入使用以来,已经拥有了16个国内外用户,共生产了数百台各型涡轴8发动机,到2001年底已累计飞行297875h。可以说,涡轴8发动机无论是从技术上,还是从数量上都在国内直升机动力领域处于领先地位。但是,我们也应该看到,涡轴8发动机能够有今天的成绩,是建立在国家政策倾斜、军方大力支持、国外产品难以进入等多种因素的基础上的。从技术、性能上来看,涡轴8发动机已经显露出一些难以满足用户需求的弱点。随着我国加入WTO,航空涡轮轴发动机的研制生产必然要与国际市场接轨,国外知名航空动力制造商也必然会加大进军中国市场的力度。西方国家对于敏感度不那么高的涡轴发动机,更是存在着放宽出口限制的可能性。业内人士注意到,去年底在中央电视台签约购买一架直十一飞机之后仅2天,欧洲直升机公司即宣布中国广东警方购买了其生产的EC120BT和
EC135T型直升机各一架。因此,在国外厂商的强烈攻势下,国内飞机制造商也有选用进口发动机以改善飞机性能,增强竞争力的趋势。面对“内忧外患”,涡轴8发动机应当巩固、拓展国内外市场,尤其是重视国内军方的需求,通过一定的技术途径,实现我国中、小型涡轮轴发动机发展的良性循环。
2 涡轴8发动机发展的有利因素
2.1 在技术上具有多用途、系列化的发展潜力法国透博梅卡公司(以下简称TM公司)从20世纪70年代初开始研制阿赫耶Ⅰ型发动机,到80年代末,历经20年,成功地研制出19个型号,几乎每年都有两个新型号诞生。阿赫耶Ⅰ型与AS350、AS550、SA365、AS565、S76、A109等多种直升机配套,已生产了3000多台,发动机已累计工作720万小时以上,遍及70多个国家190多个用户,约占当今世界小发动机份额的25%。在阿赫耶Ⅰ型发动机的基础上,从20世纪90年代开始,TM公司又成功地开发了功率更大的阿赫耶Ⅱ型发动机。我国于1980年向法国TM公司购买了Arriel1C、1C1涡轮轴发动机生产许可权,引进了该型发动机全套设计图纸、工艺、冶金、检测和装配、试车等技术资料,进而研制、生产了涡轴8发动机。此后,中、法双方于1992年、1996年两次延长技术合同,先后引进了阿赫耶1D、1D1、1M、1M1型发动机的技术专利,成功研制了涡轴8A、涡轴8D、涡轴8E、涡轴8F系列发动机。因此,从原型机的研制、使用情况来看,涡轴8发动机在寿命、可靠性和改善性能等方面均存在着发展空间。我们应当立足国内,依靠现有技术力量,使涡轴8发动机达到甚至超过原型机的水平。纵观世界航空发动机的发展史,在一种相对成熟的航空发动机或其核心机的基础上,来发展、派生进而形成发动机系列的做法,已被证明是一种节省经费、缩短研制周期的有效方法。
2.2 在需求上具有广阔的市场前景
涡轴8系列发动机作为Z9、Z9W、Z9C、Z11等直升机的动力装置,在国内外已经建立了用户群,特别是随着我国经济建设的飞速发展,现代化程度的不断提高,直升机及涡轴发动机的市场前景看好。有人预测,在1996~2005年这十年间,世界直升机总产量约为12530架,总产值约为663亿美元。国内对直升机的需求统计资料表明,每隔5年其需求量就翻两翻。特别是随着我国航空管制系统的深化改革,政府职能部门、社会公益部门自身发展和服务意识的提高,以及一大批发展迅速、经济效益显著企业的出现,对于发展高效、快捷、使用要求低的垂直空运──即直升机运输系统的需求显得愈来愈迫切。从世界军事的发展趋势和我国的国家安全战略来看,发展陆军航空兵部队和舰载航空兵部队是大势所趋。国防现代化建设的历程表明,要使我国军用直升机有大的发展,必须首先大力发展包括动力装置在内的民族直升机工
业。正是由于处在这样一个民族直升机工业崛起的大背景之下,使得国产航空动力,特别是已经取得了适航许可证的涡轴8发动机的应用前景更加广阔。
3 涡轴8发动机发展的有效途径
3.1 加速国产化发动机的改进、改型
涡轴8发动机型号不多,且各型号之间发动机的功率档次也没有拉开,首翻期过短,可靠性与法国产的型号相比,仍有一定的差距。因此,国产发动机不能满足多种用户的不同需求。而以现有的型号为基础,并加快改进、改型的步伐,走系列化开发之路,既可以大大减少型号研制的风险,还能缩短研制周期,降低研制费用。
目前,阿赫耶Ⅰ型发动机已处于第三代涡轮轴发动机设计、制造水平,因此,涡轴8系列发动机无论是从性能上、还是从结构上看,都具有改进、改型的潜力。例如,轴流压气机、离心压气机的单级增压比和级效率等设计性能参数偏低,涡轮部件采用等功设计,而未采用变功设计,燃气发生器涡轮前温度未达到最佳状态,发动机的功率质量比仅为4.2~4.3Kw/Kg。这些,都为发动机的改进、改型创造了基本的条件。例如,在涡轴8发动机的改进、改型的探索中,曾经通过对涡轴8E发动机的轴流压气机进行改型设计,增加了发动机的进气量。经发动机台架试车证明燃气涡轮转速ng为100%时,测得的功率较改型前提高了数十千瓦,而燃气发生器涡轮前温度反而略有下降。这一试验结果进一步说明,运用已掌握的先进技术,在原型机的基础上,对涡轴8发动机进行改进、改型是大有潜力的。
3.2 积极开展延寿和可靠性工作
国产化WZA系列发动机与法国产的发动机相比,存在的主要问题有[1]:发动机的整机寿命仅为TM公司给定寿命的一半;离心叶轮、轴流叶轮等关键件的低循环疲劳寿命也只有法产件的18.75%~46.4%(见表1);发动机的早期故障率偏高;发动机的部分成附件与主机寿命不配套等。这些问题不解决,势必增大发动机全寿命使用成本,降低用户的使用强度,给涡轴8系列发动机的市场拓展带来极为不利的影响。因此,承制厂要从发动机定型那一刻起,就应积极、主动开展发动机的延寿及可靠性工作。其主要途径有:
a. 通过改进冶炼方法和锻造工艺来稳定和提高部分国产材料和毛坯的性能;选用新型优质材料来替代部分性能分散度大的材料;通过验证、考核,采用国内成熟的工艺方法来改进原有制造工艺,提高零部件质量。
b.对TM公司的TU重大更改进行仔细研究,分析其实用性、可靠性和维修性,对其中确有好处的更改坚决予以贯彻;一时还掌握不准或确认无太大益处的更改要慎重对待,避免无谓地反复。如TU197、TU202等,法国自己就先后取消了这些贯彻更改,而鼓筒轴积尘、离心叶轮罩断裂等故障虽多次发出更改,但问题一直没有得到有效地解决。
c. 深化反设计工作。进一步做好关键零部件的摸底考核试验,提高甩油盘、自由涡轮盘低循环疲劳寿命极限;摸清发动机内部的流场特性、热力学特性等。力争达到原型机的首翻期和零件的极限寿命,降低涡轴8发动机的全寿命费用。
表1 涡轴8系列发动机关键件低循环疲劳寿命对照
Table1 LCFlifecomparisonofEngineWZ-8serieseskeycomponent
(单位:循环次数)
序号关键件名称
Arriel1C1/1D/1M/1M1
1984年1994年
涡轴8系列
1轴流叶轮13000140006500
2离心叶轮13000140006500
3甩油盘300080001500
4燃气发生器一级涡轮盘4000100002000
5燃气发生器二级涡轮盘4000100002000
6自由涡轮盘7000100003500
d. 加大发动机外场危险性、多发性故障的研究和处置力度。据统计,涡轴8系列发动机的外场故障率明显高于法国产发动机(见表2)。为此,应当采取有效的技术措施,集中技术力量,降低如发动机鼓筒轴积砂、高温部件变形裂纹、转动件磨损等危险性故障的发生频率;解决M05单元体和管路渗、漏油等影响厂家声誉和形象的频发故障;从提高操作、施工人员的技术水平和工作责任心,从严格工艺纪律,采取多方面措施来加强生产过程中的质量控制;努力减少由人为因素引起的,到外场才发现或产生的故障,杜绝到外场后经检测就立即返厂的现象。
表2 涡轴8发动机与阿赫耶发动机单元体故障率对比
Table2 FaultrateofEngineWZ-8comparedtoARRIEL
名称
故障率λ/(次/103h)
ARRIEL1(1990年)ARRIEL1(1992年)涡轴8发动机(1996年)
M010.0170.0080.339
M020.0150.0030.021
M030.130.1040.485
M040.0190.0080.069
M050.0530.0310.499
e. 坚持主机与辅机延寿、可靠性工作同步进行的原则,开展成附件的延寿和可靠性增长工作。根据统计资料显示,若将涡轴8发动机划分为七个可靠性工作单元,即五个单元体加上燃油调节器、附件(包括外部管路),则以附件单元的故障率为最高。其故障为全机总故障率的47.5%,几乎占到了一半。因此,成附件延寿和可靠性工作要突出两个重点,既抓与主机寿命配套,又从可靠性增长的优化路径出发,提高附件的可靠性,降低外场故障率。如起动放油活门结合面渗漏燃油曾经在外场引起过发动机起火,经过组织攻关,该类故障的发生率已经大为降低。
3.3 继续扩大国际合作,跟踪世界先进的涡轴发动机设计、制造技术TM公司的ARRIELⅡ型发动机与Ⅰ型机相比,无论是设计理念,还是制造水平,都有较大幅度的提高。以1994年取得JAA和FAA型号合格证的Arriel2S1发动机为例:其燃气发生器涡轮由2级改为1级;涡轮叶片由定向结晶叶片改为单晶叶片;体内减速器采用了新概念设计的齿轮,传扭更可靠;燃油调节器改用全权限数字调节系统,发动机的操纵和控制更方便(2S1发动机的主要技术、性能参数见表3)。我国可在阿赫耶Ⅰ型机专利引进的基础上,开展同法国TM公司新一轮合作。采取全套引进重点型号的设计制造技术资料,共同开发新型号,购买关键部件制造技术等多种形式,广开合作门路。只有在开展国际合作的前提下,对中、小型涡轮轴发动机研制、生产技术装备进行提升,并采用新技术、新工艺、新材料对国产化涡轴8发动机进行不断的改进改型,才能进一步缩短我国同发达国家在涡轮轴发动机研制、生产方面的差距。
表3 阿赫耶2S1发动机主要技术、性能参数
Table3 ThemajortechnologyandperformancedataofEngineARRIEL2S1
参数名称参数值参数名称参数值
1、发动机干质量131.2Kg
2、发动机尺寸(mm)长×宽×高1539×504×715
3、发动机功率(Kw)
30s0EI*
2.0min0EI
连续0EI
起飞
最大连续
735
663
639
639
592
4、燃气发生器转速
30s0EI
2.0min0EI
连续0EI
起飞
最大连续
ng=52110r/min(100.0%)
55156r/min(105.8%)
53386r/min(102.4%)
52765r/min(101.2%)
51616r/min(99.2%)
5、自由涡轮转速
np=39095r/min(100.0%)
*OEI为单台发动机失效
3.4 拓展广阔的市场空间
加拿大普惠公司生产的PT6发动机从投入使用至今,已近40年而长盛不衰,其不断改进设计而发展出众多的涡轴、涡桨系列的经验值得我们借鉴。通过不断采用新技术,PT6的输出功率提高了两倍,而基本设计布局和尺寸则保持不变,仅长度增加26cm,使用范围更是从运输机、行政机到教练机、直升机。涡轴8发动机的使用对象应当不再仅限于直升机领域,而应根据不同的使用对象加以改进。如轻型、短矩起降的固定翼飞机,辅助动力装置(APU),地面机动的发电动力,以及重型车辆和船只、发烟机等。只有不断开发新的使用领域,拓展新的市场空间,才能使涡轴8发动机具有旺盛的生命力。
参考文献:
[1] 刘翔,周进.涡轴8发动机可靠性分析[A].第十六届全
国直升机年会论文集[C].上海:中国航空学会直升机专业分会,2000.368-372.
3.1 加速国产化发动机的改进、改型
涡轴8发动机型号不多,且各型号之间发动机的功率档次也没有拉开,首翻期过短,可靠性与法国产的型号相比,仍有一定的差距。因此,国产发动机不能满足多种用户的不同需求。而以现有的型号为基础,并加快改进、改型的步伐,走系列化开发之路,既可以大大减少型号研制的风险,还能缩短研制周期,降低研制费用。
目前,阿赫耶Ⅰ型发动机已处于第三代涡轮轴发动机设计、制造水平,因此,涡轴8系列发动机无论是从性能上、还是从结构上看,都具有改进、改型的潜力。例如,轴流压气机、离心压气机的单级增压比和级效率等设计性能参数偏低,涡轮部件采用等功设计,而未采用变功设计,燃气发生器涡轮前温度未达到最佳状态,发动机的功率质量比仅为4.2~4.3Kw/Kg。这些,都为发动机的改进、改型创造了基本的条件。例如,在涡轴8发动机的改进、改型的探索中,曾经通过对涡轴8E发动机的轴流压气机进行改型设计,增加了发动机的进气量。经发动机台架试车证明燃气涡轮转速ng为100%时,测得的功率较改型前提高了数十千瓦,而燃气发生器涡轮前温度反而略有下降。这一试验结果进一步说明,运用已掌握的先进技术,在原型机的基础上,对涡轴8发动机进行改进、改型是大有潜力的。
3.2 积极开展延寿和可靠性工作
国产化WZA系列发动机与法国产的发动机相比,存在的主要问题有[1]:发动机的整机寿命仅为TM公司给定寿命的一半;离心叶轮、轴流叶轮等关键件的低循环疲劳寿命也只有法产件的18.75%~46.4%(见表1);发动机的早期故障率偏高;发动机的部分成附件与主机寿命不配套等。这些问题不解决,势必增大发动机全寿命使用成本,降低用户的使用强度,给涡轴8系列发动机的市场拓展带来极为不利的影响。因此,承制厂要从发动机定型那一刻起,就应积极、主动开展发动机的延寿及可靠性工作。其主要途径有:
a. 通过改进冶炼方法和锻造工艺来稳定和提高部分国产材料和毛坯的性能;选用新型优质材料来替代部分性能分散度大的材料;通过验证、考核,采用国内成熟的工艺方法来改进原有制造工艺,提高零部件质量。
b.对TM公司的TU重大更改进行仔细研究,分析其实用性、可靠性和维修性,对其中确有好处的更改坚决予以贯彻;一时还掌握不准或确认无太大益处的更改要慎重对待,避免无谓地反复。如TU197、TU202等,法国自己就先后取消了这些贯彻更改,而鼓筒轴积尘、离心叶轮罩断裂等故障虽多次发出更改,但问题一直没有得到有效地解决。
c. 深化反设计工作。进一步做好关键零部件的摸底考核试验,提高甩油盘、自由涡轮盘低循环疲劳寿命极限;摸清发动机内部的流场特性、热力学特性等。力争达到原型机的首翻期和零件的极限寿命,降低涡轴8发动机的全寿命费用。
表1 涡轴8系列发动机关键件低循环疲劳寿命对照
Table1 LCFlifecomparisonofEngineWZ-8serieseskeycomponent
(单位:循环次数)
序号关键件名称
Arriel1C1/1D/1M/1M1
1984年1994年
涡轴8系列
1轴流叶轮13000140006500
2离心叶轮13000140006500
3甩油盘300080001500
4燃气发生器一级涡轮盘4000100002000
5燃气发生器二级涡轮盘4000100002000
6自由涡轮盘7000100003500
d. 加大发动机外场危险性、多发性故障的研究和处置力度。据统计,涡轴8系列发动机的外场故障率明显高于法国产发动机(见表2)。为此,应当采取有效的技术措施,集中技术力量,降低如发动机鼓筒轴积砂、高温部件变形裂纹、转动件磨损等危险性故障的发生频率;解决M05单元体和管路渗、漏油等影响厂家声誉和形象的频发故障;从提高操作、施工人员的技术水平和工作责任心,从严格工艺纪律,采取多方面措施来加强生产过程中的质量控制;努力减少由人为因素引起的,到外场才发现或产生的故障,杜绝到外场后经检测就立即返厂的现象。
表2 涡轴8发动机与阿赫耶发动机单元体故障率对比
Table2 FaultrateofEngineWZ-8comparedtoARRIEL
名称
故障率λ/(次/103h)
ARRIEL1(1990年)ARRIEL1(1992年)涡轴8发动机(1996年)
M010.0170.0080.339
M020.0150.0030.021
M030.130.1040.485
M040.0190.0080.069
M050.0530.0310.499
e. 坚持主机与辅机延寿、可靠性工作同步进行的原则,开展成附件的延寿和可靠性增长工作。根据统计资料显示,若将涡轴8发动机划分为七个可靠性工作单元,即五个单元体加上燃油调节器、附件(包括外部管路),则以附件单元的故障率为最高。其故障为全机总故障率的47.5%,几乎占到了一半。因此,成附件延寿和可靠性工作要突出两个重点,既抓与主机寿命配套,又从可靠性增长的优化路径出发,提高附件的可靠性,降低外场故障率。如起动放油活门结合面渗漏燃油曾经在外场引起过发动机起火,经过组织攻关,该类故障的发生率已经大为降低。
3.3 继续扩大国际合作,跟踪世界先进的涡轴发动机设计、制造技术TM公司的ARRIELⅡ型发动机与Ⅰ型机相比,无论是设计理念,还是制造水平,都有较大幅度的提高。以1994年取得JAA和FAA型号合格证的Arriel2S1发动机为例:其燃气发生器涡轮由2级改为1级;涡轮叶片由定向结晶叶片改为单晶叶片;体内减速器采用了新概念设计的齿轮,传扭更可靠;燃油调节器改用全权限数字调节系统,发动机的操纵和控制更方便(2S1发动机的主要技术、性能参数见表3)。我国可在阿赫耶Ⅰ型机专利引进的基础上,开展同法国TM公司新一轮合作。采取全套引进重点型号的设计制造技术资料,共同开发新型号,购买关键部件制造技术等多种形式,广开合作门路。只有在开展国际合作的前提下,对中、小型涡轮轴发动机研制、生产技术装备进行提升,并采用新技术、新工艺、新材料对国产化涡轴8发动机进行不断的改进改型,才能进一步缩短我国同发达国家在涡轮轴发动机研制、生产方面的差距。
表3 阿赫耶2S1发动机主要技术、性能参数
Table3 ThemajortechnologyandperformancedataofEngineARRIEL2S1
参数名称参数值参数名称参数值
1、发动机干质量131.2Kg
2、发动机尺寸(mm)长×宽×高1539×504×715
3、发动机功率(Kw)
30s0EI*
2.0min0EI
连续0EI
起飞
最大连续
735
663
639
639
592
4、燃气发生器转速
30s0EI
2.0min0EI
连续0EI
起飞
最大连续
ng=52110r/min(100.0%)
55156r/min(105.8%)
53386r/min(102.4%)
52765r/min(101.2%)
51616r/min(99.2%)
5、自由涡轮转速
np=39095r/min(100.0%)
*OEI为单台发动机失效
3.4 拓展广阔的市场空间
加拿大普惠公司生产的PT6发动机从投入使用至今,已近40年而长盛不衰,其不断改进设计而发展出众多的涡轴、涡桨系列的经验值得我们借鉴。通过不断采用新技术,PT6的输出功率提高了两倍,而基本设计布局和尺寸则保持不变,仅长度增加26cm,使用范围更是从运输机、行政机到教练机、直升机。涡轴8发动机的使用对象应当不再仅限于直升机领域,而应根据不同的使用对象加以改进。如轻型、短矩起降的固定翼飞机,辅助动力装置(APU),地面机动的发电动力,以及重型车辆和船只、发烟机等。只有不断开发新的使用领域,拓展新的市场空间,才能使涡轴8发动机具有旺盛的生命力。
参考文献:
[1] 刘翔,周进.涡轴8发动机可靠性分析[A].第十六届全
国直升机年会论文集[C].上海:中国航空学会直升机专业分会,2000.368-372.
这是一篇用来评职称的论文