深度太行发动机对舰载机影响二 一方式助起降航母Word文件下载.docx
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我国研制的第一代大直径粉末冶金盘,其技术状态尚不稳定,制造工艺还欠成熟,因此定型批的“太行”涡轮盘材料仍旧是GH4169镍基变形高温合金,这势必限制了发动机的性能发挥,也不利于型号寿命。
目前,“太行”的控制系统仍是液压机械-模拟电子混合式,相当于前苏联80年代中后期的水平,而西方的发动机早就用上了数控装置(F119使用的是第三代“双-双”余度FADEC,即两个FADEC装置同时控制)。
随着航空技术的进步,控制系统已不再是简单的“供油附件”,而是对保障发动机稳定运行、性能发挥起着决定性作用。
“肌肉发达、头脑简单、反应迟钝”的型号亳无疑问是失败的设计!
当代先进控制系统是集光、机、电、信息与控制技术于一体的高科技产品,技术难度大,研发费用高,国外资料统计,大中型发动机控制系统的研制费用要占到全部研发经费的15%-25%。
过去很长时间,我国对发控技术的重视程度及研究力度都不够(国内一直存在着“重性能、轻结构,重主机、轻系统”的倾向,在型号研制中通常要到验证机、甚至是原型机阶段才考虑控制等系统的研制),工程经验主要来自仿制与改型国外的成熟产品,技术储备也无法满足型号需要。
在研制“太行”时就遇到了控制系统瓶颈,以致不得不暂时放弃先进却不稳定的数字电调,通过借鉴AL-31燃调的设计经验,并经适当改型后应用于“太行”发动机。
虽然地面试车时发动机表现正常,可随着试验范围的逐步扩大,到髙空模拟试验及试飞阶段(尤其是在高空小表速区域)就暴露出起动、加速性能差等问题。
后经修改设计,加速性有所改善,但是一系列新问题又接踵而至----地面起动时间长、热天条件下起动困难、空中起动性能恶化等严重问题,直接影响了型号的研制进度与最终定型。
简单地说,引起上述问题的根本原因是移植的“斯拉夫大脑”与“盎格鲁撤克逊血统的身躯”发生了“排异”。
当初引入AL-31燃调系统时,我国还没有掌握三代机控制系统的设计技术,试验设施也落后,而型号进度又限制了设计人员对原型机控制原理的深入研究,所以有不少参数就直接采用了原准机的设计值。
事实表明,这种做法给“太行”研制带来了不小的麻烦(说到底,“太行”的控制与主机技术都是建立在“舶来品”基础上的,要把两种不同风格的产品揉合一体、特别是无缝隙匹配,必须在“吃透”原型设计的前提下方能实现,其难度不亚于全新研制。
资料图:
近日,网络上曝光了一组中国空军歼-10与歼-11战斗机进行空中对抗训练的画面。
可以看到战斗场面十分激烈,歼-10战斗机突然做出大机动左转意图摆脱后方歼-11战斗机的锁定,歼-11也同时减速向右下方大角度机动,欲内切再次获得攻击占位。
(鸣谢:
超大军事zhang81zhang)
针对“太行”加速和起动性能差等问题,沈阳606所与西安113厂等参研单位进行了艰苦的联合攻关,前后研究验证了3套改进方案。
通过大量地面和高空台的对比试验,最终第三套方案被确定为控制系统的定型状态。
试验结果显示,改进方案(同时还换上了增大功率的燃气涡轮起动机)与发动机配合情况良好:
“……地面冷、热起动兼容且起动时间相对缩短,在髙空台、45°
C的条件下,均能够在型号规范规定的时间内可靠起动,在3570米高原,常温和高温起动都能够成功;
高空小表速加速性问题得以根本解决(加速时间达到规范要求值,没有出现转速不跟随的情况);
惯性起动、风车起动的可靠性比原方案有了较大提高。
”随后又进行装机试飞,同样取得了满意的结果。
采用改进型控制系统的具体成效表现为:
地面起动时间从原来的90秒减少到60秒即可保证全部起动成功;
髙空小表速加速性差的问题彻底解决,空中加速时间缩短到8秒以内,和AL-31相当;
空中起动可靠性大幅改善,据有关资料介绍,经试验得到的可靠风车起动左边界高度69千米,表速范围在500?
550千米/小时,相当于AL-31的水平,优于F110-GE-400。
此外,经修改髙压压气机导叶角度,消除了“太行”在外场试飞中曾经出现的“响声”问题……
解决“太行”控制设计中的关键性难题为型号设计定型扫清了最大障碍,同时也探索出一套宝贵的控制系统工程设计方法,对于大推力发动机的加速、起动规律设计具有普遍的指导意义。
“太行”舰载改型的挑战
“逆水行舟,不进则退”一在庆功的同时我们也要清醒看到,已落后在起跑线上的“太行”发动机,其稳定性、成熟性相比俄制型号仍处于下风。
我国舰载机的装备数量有限,对发动机的各项要求却很高,AL-31CM的出现势必会冲击国产型号,面对强手如何应对将考验我国航空人的智慧与能力。
一、“太行”发动机通过生产定型、批量装备是其改型成功的先决条件
设计定型的发动机还仅是在技术状态上达到型号规范要求,具备成为生产型发动机的基础。
但是由“小批生产、领先试用”向“批量生产、正式装备”的转变则又是一次严峻挑战,尤其是对以前从未批产过第三代军用发动机的企业更是如此。
即便是美国,1986年F100-PW-220转入正式生产时也遇到了许多生产技术难题,影响了发动机的交付使用(比原计划晚了近一年)。
近期是“太行”发动机生产工作的关键阶段,负责批生产的沈阳黎明公司正全力以赴地完成“太行”基本型的生产定型鉴定与交验工作。
二、通过耐久试车考核和可靠性增长措施,确保达到较高的可靠性
“太行”发动机的型号规范是根据与美军标准等效的“GJB241-87通用规范”编制的,在研制过程中注意吸取国内外型号的经验与教训,大力加强可靠性问题的研究及试验力度,因此笔者认为“太行”的“四性”(潜力〕是有一定优势的。
不过,刚定型的“太行”发动机成熟度不髙,离空军的使用要求还有一定差距(现役AL-31的首翻期也有500小时)为了缩短新型号的“成熟过渡期”,西方发动机生商普遍采取“定型后加速循环耐久试验”即或者类似项目,即在发动机定型前后继续进行多项旨在考核耐久性、可靠性的试验,及早暴露并解决存在的隐患。
F100、F110定型后都安排了PACER计划,试验科目包含加速任务试车和加速模拟任务持久试车等。
国内新机研制中也参照了国外的成功做法,比如为达到发动机的寿命指标并建立翻修标准,“昆仑”发动机在设计定型后增加了主要旋转部件和承力构件的寿命试验、整机两个翻修期的低周疲劳试车和1500小时总寿命加速任务试车,同时对发动机附件也提出了相应的“三期”要求,还对领先使用的发动机进行分阶段抽样返厂分解检查等措施……有了“昆仑”、“秦岭”发动机开拓性的实践,研制部门可以为“太行”制定出更加完善的定寿程序和可靠性增长计划,在较短时间内把型号首翻期延长到500小时以上,下一步则是达到“秦岭”的翻修寿命水平(850小时),同时,平均无故障间隔、空中停车率、提前换发率等可靠性指标也能够达到成熟值。
三、舰载机发动机的特殊技术要求
舰载机动力装置的特殊要求可概括为:
“三抗”----抗进气畸变,抗过载,抗贫油
“三性”----加速性,操纵性,维护性
“四防”一防盐雾,防湿热,防霉菌,防烟熏。
压气机系统的防喘、抗畸变技术:
压气机是稳定性相对比较脆弱的部件,易受各种因素(降稳因子)的影响,严重时会导致发动机熄火,所以必须采取多种措施来提高定工作裕度,这也是改善发动机适用性的先决条件之一。
在中国航空博物馆新馆航空发动机展区,陈列着两部航空发动机实物。
分别是中国国产FWS10太行发动机与俄制AL-31F航空发动机。
这两型发动机均可装备国产歼11及歼10战机。
逐步成熟化的太行发动机未来将取代俄制AL-31F成为国产战斗机的主要动力装置。
“太行”现有的压气机已具有较高的喘振裕度,综合性能超越AL-31,为进一步提高其防喘能力,还可采用如下方法:
1、应用机匣处理技术。
参考EJ200、AL-31的做法,在风扇机匣沿周向设置机匣处理装置,即在机匣内壁开设处理槽,其作用是使气流周期性地进入处理机匣,然后再从前端射入主气流,形成叶尖区的一股回流。
与实壁机匣相比,釆用该技术能够有效延迟压气机不稳定工况的发生,显著增加喘振裕度。
这是一种比较成熟的增稳措施,过去多见于涡喷,而现在其重要性又被重新认识。
处理机匣的构造比较简单,对于发动机重量、结构等影响也不大。
2、控制系统与自动防消喘的一体化技术。
“昆仑”发动机已使用了数字式防喘系统,由此推测“太行”应该也安装了类似装置,未来还计划换装全权限数控”(FADEC),这就能实现防/消喘与控制系统的一体化,大幅增强其防喘功能。
防/消喘系统是在感应到失速或喘振征兆时,釆用某些措施来防止或消除喘振,例如调整导叶角度、放大喷口、重调进气道、瞬间切油等。
其中瞬时脉冲切油是通过降低发动机的转速来消除喘振,然后再迅速恢复到正常的工作状态。
倘若遇到严重的不可恢复性失速,就要采取熄火---再起动的极端措施。
消喘过程要求对发动机性能影响尽可能小,恢复时间尽量缩短。
3、防喘主动抑制技术。
感受到喘振前兆后,可利用控制系统迅速作用于与压气机相连的容腔来抑制喘振。
如果未来能把三维气动设计的宽弦叶片和全权限数控/主动防喘等技术结合起来,那么“太行”的防喘能力将有更大的改善。
四、数字化“大脑”----全权限数字式控制系统(FADEC)
美苏研制第三代舰载发动机时,FADEC刚兴起不久,F110和AL-31都没能应用到该技术。
然而20多年后的今天,航空发动机已进入數字控制时代,FADEC系统已成为发动机的标准配置。
可是由于国产电调的可靠性及电磁兼容性欠佳,“太行”至今还与“FADEC“绝缘”,笔者认为,“太行”的舰载改型必须配置FADEC,这是提高发动机四性指标的关键举措,也是增强发动机综合竞争力的必然途径。
80年代初,美国普。
惠公司曾做过研究,TF30改用第一代FADEC后,舰载机复杂的自动油门系统、进气道控制系统、飞行速度调整系统等都被取消,重量减轻了32.68千克,零件数目减少15个,而发动机“四性”推力、油耗等均有不同程度的改善。
近日国内网上流传出一张疑似歼-11BS532号战机配备国产太行的照片,从图中看,太行发动机所用的收敛片颜色深黑,与大家熟知的银白色不同,可能系新版的改进型号
国外把发动机数控技术视为核心机密,对我国严密封锁。
其实我国对技术的研究并不算晚,上世纪70年代起就开始了跟踪研究,80年代后期又将FADEC列入国家计划,并取得了重大进展。
该计划是以涡喷-13AII发动机为验证平台,研制了满足型号全飞行包线需要的全权限、数字式(涡喷型)控制系统上天样机。
在装机试飞前,验证机完成了各项试验测试,其中包括累计108小时的台架试车和19个试验点25小时的高空台模拟试验。
2002年,一架左发换上数控的歼八II试验机开始了试飞,总共完成39个架次飞行和100多项试验任务。
试飞表明数控系统在各种试验状态下都能稳定工作,发动机的加、减速均有改善,比原来型号缩短了2-3秒。
发动机的适用性大幅提髙,
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