中国涡扇发动机最权威爆料-第3章
按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页，按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页，按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部！
————未阅读完？加入书签已便下次继续阅读！
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。为了尽快统一认识，决定首先对“昆仑”进行喷水逼喘试验，进一步验证发动机的喘振裕度。１９９８年新年前夕，严成忠飞回沈阳。他办的第一件事就是组织力量日夜赶班设计和制造喷水逼喘试验设备，从设计、加工到安装调试结束，原来说需要３个月，结果只用１８天。
＇ 转自铁血社区 bbs。tiexue/ ＇
2001年5月21日，昆仑发动机在624所SB101高空台上完成了最后一次高原起动试验，从而为昆仑发动机在北京CS101台、IJYIAM u…4台和624 SB101台先后10次高空台摸底和考核试验划上了一个圆满的句号。2001年6月30日，昆仑发动机在606所A103台完成了QT150小时定型试验的最后一次终校试车，从而为昆仑发动机全面完成“合同”和“型号规范”规定的256项定型考核试验又划上了一个具有历史意义的圆满句号。2001年8月21日，昆仑发动机配装歼八某型飞机总计飞行了658个架次、929个发动机工作小时之后，昆仑…533发动机在歼八某型…01架飞机上完成航定委批准的《昆仑涡轮喷气发动机设计定型试飞大纲》及空军提出的“补充功能检查”试飞科目规定的内容，至此，昆仑发动机设计定型试飞任务也己圆满完成。
“昆仑”发动机在设计过程中，为了保证在空气流量、外廓尺寸、重量〃三不变〃的情况下，提高发动机性能必须采用先进技术。如选择比现役发动机高的热力循环参数，总增压比和涡轮前温度大幅度提高；带气动雾化喷嘴的环形燃烧室；复合式定向凝固无余量精铸气冷涡轮叶片，压气机高扩稳增益技术；大功率附件传动机匣；数字防喘控制技术、涡轮排气温度电子控制技术等等，在保证发动机性能大幅度提高的同时，还有高的可靠性。此外，在新材料 、新工艺的运用以及试验、检验等多方面技术都有新的突破。相比WP13，其压比从9提高到14，低压压气机级数由3增加到4，高压压气机由5级增加到7级，从压比可以看出昆仑接近于R25，也是我国发动机从低压比向高压比发展的一个跨越，在防喘方面，昆仑采用了压气机高扩稳增益技术和数字防喘技术，燃烧室由环管形变为环形并带有气动雾化喷嘴，另外昆仑的涡轮进口温度也达到1450K以上的水平，这对材料也提出了更高的要求，因而涡轮叶片采用了定向凝固材料，并采用了复合式无余量精铸工艺。
2002年的珠海航展上。AVCI1又推出了昆仑发动机的最新改型昆仑2发动机，昆仑2在低压压气机部分采用了三元流技术，昆仑2验证机的推力达到了7。8吨，昆仑2的单位迎风面积推力达到了13000千克力/平方米，在国内外，这个数据也是少见的。而单位迎风面积推力直接关系到推力和阻力的比，单位迎风面积推力越大，推力和阻力的比也就越大，飞机的平飞速度和加速性越好，作战性能和机动性就越好。据严成忠所言，由于昆仑2的转数相比昆仑还可以有2％的增长，因此至少还可以再增大200千克的推力，由此8吨级的昆仑2是完全可以预期的，利用昆仑发动机的核心机和低压压气机放大改进型，可以派生发展一种高性能、低成本的小涵道比加力涡扇发动机。其最大状态起飞推力可达83KN以上，其中间状态推力为55KN推力级。它适用于新的轻型歼击机，其不加力型则可用于教练/攻击机。 昆仑发动机左右可互换。减少备份发动机的台数，减少了发动机的采购费用。发动机寿命长，省油，减少了使用费用，发动机价格虽然比同类发动机略贵，但全寿命周期费用却大大降低。
另外我们不妨用印度的卡佛里发动机比较一下，印度研制真正意义上的军用涡喷发动机始于1977年，当时是GTX…37…14U加力式涡轮喷气发动机，有3级低压压气机和7级高压压气机，分别由单级高、低压涡轮驱动。不加力推力和加力推力分别为4448daN和6427daN。后来，在GTX…37…14U核心机的基础上研制一种GTX…37…14UB加力式涡轮风扇发动机，涵道比为0。215，加力推力8896daN。但由于迎风面积大，未被LCA选中。GTX…35是一种先进的涡轮喷气发动机，有5级高压压气机、环形燃烧室和进口温度更高的涡轮。但因耗油率太高而又未被选中。最后，从1989年3月开始研制GTX35…VS涡轮风扇发动机，又称Kaveri，1991年初核心机上台试验，1992年中全台发动机试车。据印度人士估计，GTX…35VS的研制费用将高达15～30亿美元，美国专家的估计更高，需30～40亿美元。由于资金缺乏等种种因素，目前，发动机研制进展缓慢。估计装本国发动机的LCA要在2007年才能试飞，LCA将先用F404发动机进行飞行试验。如果发动机进度进一步拖延，头50架LCA将都用F404发动机，进而就有可能导致所有的LCA都采用外国发动机。
从上读者不难看出GTX－37－14U涡喷发动机和WP13的推力大小相当，而GTX－37－14UB的涵道比其实称为放气比比较合适，其外涵道的气流对增大推力并没什么意义，主要是给喷管降温，基本属于放气式涡喷发动机，如果WP13稍加改进成为涡扇，完全可以达到他的推力，事实上我国确实也有过这种想法。再看GTX35－VS发动机，其风扇和压气机的总级数为9级，而昆仑的高低压气机为11级，而总压比是卡佛里高，显然卡佛里在这方面是领先了，其单级压比远远超过了昆仑，卡佛里发动机的高低压涡轮初期采用定向凝固材料，这方面也和昆仑类似，但它后期将采用单晶材料，无疑又进了一步，可以�
