中国涡扇发动机最权威爆料-第2部分

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再看阿塔9K50，如果用一个词来形容法兰西人的动力，那就是勤勉，高卢人的喷气发动机是在条顿科学家的帮助之下发展起来的，从阿塔101到阿塔9K50，高卢人搞了近20年，推力从1吨起步，一直搞到了7吨，尽管它还是单转子的，但法兰西人从此出师了，发动机四强的桂冠戴在了高卢雄鸡的头上，有了阿塔9K50，法国人也可以玩玩2倍音速常规布局的飞机了，虽然幻影F1的推比相比幻影3降下来了，可起降性能却上去了，如果说幻影3上用无尾布局是由于阿塔9B的推力太小的无奈之举，那现在看来阿塔9K50的推力是足够了。　




英吉利人的产品与其说是工业品，更不如说是艺术品，埃汶300也不例外，作为英国第一种轴流式发动机AJ。65的发展型，英国人从来就是精益求精，而且英吉利人从来相信慢工出细活，1945年，二战刚刚胜利的那年AJ。65就开始研制了，而埃汶300的研制开始于50年代，，1951年，罗罗在埃汶100的基础上搞出了埃汶200，随后又搞出了埃汶300。埃汶300和闪电战斗机成为了一对绝配，闪电在短时间内的跨音速巡航，就得益于它有一颗强劲的心脏，闪电的加速性极好，甚至超过他的晚辈F15，要知道F15的推力几乎比闪电大一倍，而埃汶300的推比要比F15的发动机F100和F110小的多。　




R25的动力是强劲，任何人都不应该轻视他。60年代后期，图曼斯基设计局在P13…300的基础上发展出了P25…300发动机，并将他装备米格21比斯战斗机，P25主要做了如下改进。1）重新设计低压压气机，压比由8。85提高到9。1，进气流量也有所增大。2）为提高加力状态的推力，加力状态的喷口直径缩小了4~10厘米，涡前温度提高50~80度。R25虽然相比J79，阿塔9K50以及埃汶出来的要晚，但性能上却有过之而无不及，可以说在以上这些发动机中，R25的压比最低，压气机级数最少，但推力几乎和其它发动机相等，而且重量也较轻，有了R25，米格21比斯的增重才能成为现实。　

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WP13B的出生相比以上这些发动机实在是太晚了，但晚未必是坏事，正因为有了WP13B我们才完成了从发动机制造国向发动机设计国的一次转型，可以说WP13就是一个转折点。　




至于R29，国内编号WP15，　国内曾想仿制，后来由于没有装机对象转入技术储备。　




三、高空台上的跨越　




中国很早就想搞高空台，高空台是一个发动机大国的标志。可长时期以来没有自己的高空台一直是中国航空动力人的悲哀，什么时候有中国人自己的高空台一直是中国几代航空人魂牵梦萦的心愿。　




高空台短时间内无法完成，航空人想到了飞行台。中国的发动机高空试验正是从086（226）飞行试验台起步的。该飞行台是在60年代确定方案，由轰6改装而来，1971年完成全部改装。226飞行试验台可以试直径1~1。5米，重量小于3。6吨，推力不超过16。5吨的各类涡喷和涡扇发动机，其试飞包线为高度1万2千米，最大M数0。88，最小飞行速度350KM/H。试验发动机安装在由弹舱改装的发动机吊舱内。试验过程中吊舱可以收放，应急时可以抛掉，以保证飞机安全。为防止被试发动机发生意外，吊舱配有很强的灭火系统，被试发动机由两名空中试验员操作，226飞行试验台可以在真实飞行条件下完成规范要求的试验项目和专题性攻关，预研项目。已进行过的试验项目有：　




发动机风车特性试验　

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发动机空中起动试验　




发动机加、减速试验　




加力燃烧室接通、切断和工作稳定性试验　




发动机防喘系统试验　




进入80年代，086飞行试验台又进行了较大的改进和改装。该机经历了30多年的试飞生涯，担负了不少重要型号发动机的空中试飞，如WP5、WP6、WP7、WP8、WP11、WP13、WP14、以及WS11、WEJ11等国产发动机　。为国产战机定型和装备部队立下了汗马功劳，尤其值得指出的是1992年10月086进行国产验证型涡轮风扇发动机（太行的验证型）试验的时候，发动机风扇叶片在高速旋转下断裂并击穿了吊舱隔板，并打坏了母机右起落架的液压控制系统，造成该起落架无法正常收放，为保存这台来之不易的珍贵发动机，机组人员决定冒险进行2点着陆，虽然着陆造成右机翼损坏，但发动机却被完整的保存下来。如今，086飞行台已经退役，而第二代以伊尔76为平台的飞行台已经开始服役。　




飞行台虽然可以解燃眉之急，但高空台的有些数据是飞行台无法代替的，从1965年开始经历了30多年的建设之后，中国的高空台才傲然屹立于四川的崇山峻岭之间。有着亚洲第一台之称的SB101试车台（1号舱）是一个连续气源的直接连接式高空模拟试车台。可模拟飞行高度最大为25公里、模拟飞行速度最大为2。5倍音速、满足标准海平面状态下空气流量为120公斤/秒的航空喷气发动机模拟试车的需要。之后我们在九五期间先后完成了SB121（3号舱）涡轴发动机试车台以及（4号舱）小型航空发动机试车台。“十五”期间，科工委批准了2#高空舱的建设立项，该项目是航空发动机行业内单台套设备投资最大的建设项目。2号高空舱建成之后，不仅可以满足我国新一代发动机研制高空模拟试验的需求，而且能够缓解现有的1号高空舱试验任务繁重的压力，还能够完善和拓展SB101高空台的设备能力。当2号高空舱建设完成后，624所就建成了包括1号舱、2号舱、3号舱、4号舱在内的、能进行流量从2kg/s至150kg/s的涡喷、涡扇、涡轴发动机高空模拟试验的高空台群。现在，2号舱已经开始施工建设，初步预计在2009年前后建成。　

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在此我们不妨比较一下日本的试车台，日本的试车台93年开工，01年完成，流量在70KG/S，显而易见日本的高空台流量稍微低了点，直接的后果就是推力也稍低点。以日本的高空台的水平而言，要完成中推不算困难，但完成大推显然是很困难的。　




流量为700KG/S的巨型台一直是发动机强国的标志之一，有了700KG/S的巨型台，就能完成推力在20吨左右的大涵道比发动机，20吨也就是波音747客机的单台发动机的推力，这也就意味着能研制超大型运输机了。就我国现在的实力而言还不能完成巨型台，但我相信随着我们国家国力的提高和大型飞机的上马，我们一定会在不久的将来实现我国在巨型台上零的突破。　




四、巍巍昆仑　




2002年5月21日，中国航空报发布了一则激动人心的消息，我国自行研制的第一台具有完全知识产权的昆仑涡喷发动机正式定型，从此之后，中国战机有了自己的“中国心”。昆仑发动机究竟是怎样的发动机。他的意义如何。这还要从1984年说起……　




1984，就在WS6下马的那一年，昆仑发动机开始进行验证机研制。606人擦干了眼泪又开始了研制新型发动机的尝试。经过2年零8个月的时间，验证机性能达标。当时昆仑发动机是选用了WP13发动机的三级低压压气机和缩小的斯贝的前7级高压压气机的叶片造型，另外根据涡扇6以及WP15等发动机的设计经验，设计出燃烧室、高低压涡轮和加力燃烧室等部件研制昆仑发动机的。这是一个继承性大，技术风险小，投资较少，周期短的设计方案，可以说WS6的骨血在昆仑上得到一定程度的继承，就当时而言昆仑是中国人所能拿出的最好方案，他集合了中国所能掌握的发动机上的所有技术，而且基本上都是对原有发动机的继承。但事实证明，我们还太年轻，经验还很不够，就是这个不是很难的型号，中国整整用了18年。　




1987年发动机转入型号研制，当时正好赶上国家颁布国家军用标准（国军标GJB2410－87），于是国家规定，昆仑发动机要第一个贯彻国军标，而国军标是参考美军标Mil…E…5007D标准制定的涡喷涡扇发动机通用规范，为了贯彻国军标，606所首先组织编制了昆仑发动机型号规范，形成了规范手册，共600多条。　

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高、低压压气机匹配问题是昆仑发动机研制初期遇到的一个最关键的技术问题。高、低压特性匹配好坏至关重要，它是整台发动机气动稳定性的基础。昆仑发动机早期高、低压匹配问题非常严重，给发动机研制造成很大影响。因高、低压匹配不好，高、中、低转速下都曾出现过失速和喘振问题。86年3月第l台验证机从01次到03次试车，累积运转仅几个小时，就因低压J234压气机出口18片静叶尾流激振使高压1级凸肩叶片折断；　87年4月新修改设计的J234A低压压气机上全台发动机后，慢推力试车后无法加大推力试车，无论转换可调收敛喷管快慢都要引起高压或低压喘振；90年的第三批发动机机307…01次上台试车，当天就引起高压1级叶片断裂故障。由于高、低压匹配问题，使发动机在过渡过程或接、断加力过程经常发生喘振，因而严重地阻碍了早期发动机的研制工作进展。为了解决高、低压匹配问题，低压压气机先后设计了J234，J234A，　J234B，　J247等14种试验件；高压压气机也先后设计了J237，J237A等13种试验件。其中低压压气机最关键的改进设计是87年底一88年中的J247四级设计方案，重新设计了第3级并增加了第4级，使整个低压裕度较WP13原型有了很大提高。从此之后昆仑的低压压气机级数由3级增加到四级。之后，昆仑发动机于89年3月30日第一次实现了慢车到中间全程12秒加速性，于89年7月第一次实现了由慢车到全加力的全程加速性。高压压气机是在91年4月最后确定了J268放气方案，试验成功后J268于92年装整机，在昆仑4310发动机上最终实现了规范规定的全程加速性要求。至此，昆仑发动机高、低压匹配问题才得到了全面解决。　




研制过程中，高压涡轮叶片根部断裂的问题也十分突出，在1987底至1998年初的试车中，就出现了这样的问题，后来经查明，原来昆仑发动机采用了定向凝固无余量精铸复合空心冷却空心涡轮叶片技术，具有世界先进水平，被称为当代航空发动机技术王冠上的一颗明珠。一位某航空大国的著名专家曾经说过：谁掌握了这项技术，谁就拿到了研制先进航空发动机的“金钥匙”。在高温下高速旋转的涡轮工作叶片上，采用气膜冷却技术更因其设计难度大、加工精密复杂，连某航空发达国家的第4代战斗机的发动机也未采用。我国虽然有这方面研究的基础，但还没有工程应用的经验。这次断裂故障的发生就是由于叶片根部壁厚超差，气膜孔再铸层微裂纹及孔边锐角形成疲劳源等综合因素造成。原因找到后，运用改进创新工艺，严格控制操作规程和无损检测　等措施，使这一重大技术难题得到圆满解决。经过5000多次冷热冲击循环试验，叶片完好无损。此后通过大量考核，证明故障原因分析正确，排故措施有效，终于摘下这颗“王冠上的明珠”。　




1993年12月12日，昆仑进入试飞，装配歼8C战斗机进行试验。为了保证首飞，面对当时压气机喘振裕度不够，高压压气机和低压压气机工作不匹配的情况，特别是试车时，在中低转速下，经过多级增压的高速气流，在高压压气机那里不能顺畅通过，出现“喘振”现象的难关。经过反复讨论，昆仑的总师严成忠采纳了“两步走”方案：用“放气”方案保首飞；用“不放气”方案保定型。即第一步在高压压气机上设计“放气”装置，防止“喘振”，先保证“昆仑”首飞上天，为第二步解决“不放气”赢得时间，创造条件。经请示上级主管机关，方案获得批准。　




进入空中试飞后，随着试验环境的改变，试验项目的增加和试验难度的不断加大，以及我们对发动机研制规律认识方面的不足，发动机先后出现了管路渗漏油　、空中滑油消耗量大、舱温高等问题。以后随着飞行包线范围的扩大，又出现了部分加力脉动、加力点火成功率低、高空大速度飞行喘振停车、高空小速度切断加力停车等十几项重大技术问题。　




与次同时，606所还按国军标的要求作了几百项试验，如滑油中断试验、电源故障试验、超温试验、输油管路着火试验，吞入大气中液态水试验等，都比实际飞行使用的条件苛刻。不少试验在我国是首次进行，甚至连试验设备都没有，只能先从设计试验设备入手，接着制造、调试，有的仅设备调试工作就要花好几年时间。设备调试完成后，要进行试验，但国内也不掌握试验技术，而国外严格保密，在资料上不可能查到，所以还要进行试验技术的研究。有的试验开始前就经过2~3年的先期准备。所以原型机研制就拖的时间比较长。就拿滑油中断试验来说，国军标的要求是最高转速时滑油中断30秒，发动机不出现任何损坏　，而实际要做到这点是相当难的。俄罗斯的AL31F也只能做到中断17秒，最终606人还是成功了。　再譬如说，为了达到拆后机身不拆承力环和机尾罩的维修性要求，昆仑的尾喷管必须比WP13要小，这就增加了难度，但我们还是做到了。由此昆仑发动机的单位迎风面积推力增加到了12200千克力/平方米。　




然而，“昆仑”试飞接近尾声时遇到了新的麻烦。１９９７年底在高空大马赫数试飞中，发动机出现喘振停车故障。总部机关成立以严成忠为组长的联合攻关组。严成忠仔细查阅分析数以千计的试飞数据，从纷繁复杂的数百条曲线和壁面静压分布中，找出了末激波的位置，确定了进气道的工作状态，计算出了进气道与发动机的调整量。在联合攻关组会上，他详细分析了故障现象、物理本质和原因，并提出了具体排故措施。但部分同志有疑虑。为了尽快