歷盡艱辛,尚未鳳凰涅槃——太行到底行不行?
太行發動機,代號WS-10(渦扇10), 是我國第一種研製成功的大推力渦輪風扇發動機,這種被寄予厚望的發動機命運忐忑,在定型量產後的12年里,一直被可靠性和耐用性問題困擾,原本中國空軍期待太行能完全替代俄羅斯的AL-31F裝備大約200架J10戰鬥機和大約300架J11戰鬥機,然而,到目前為止,太行因為種種原因,只被使用在數量不多的J11B和剛剛開始量產的J16上,總數僅約100架左右。
總師云:太行之難,難於上青天
網路上對太行發動機一直褒貶不一,鼓吹的人不僅吹噓發動機推力高達14噸,而且性能優異,趕美超俄;貶低的人說它是機庫皇后,只能修不能用。哪么太行到底行不行?作為一款定型量產的貨架產品,它到底怎麼了?
一說太行,難免說到歷史,中國航空發動機史上對12噸級的發動機從60年代末就開始了,當時三機部為J9戰鬥機,強6攻擊機,轟8大型轟炸機等飛機配套的910發動機研製項目就是為了研製一種推力達到12噸的渦輪風扇發動機。WS6的設計是一個航空大躍進,在中國當時連蘇聯引進的發動機生產都不算正常的年代,設計了一種與當時主流科技完全相當的發動機,憑藉著對當時革命的狂熱和科技領域一無所知的無畏探索,WS6轟轟烈烈的上馬了。
WS6發動機的設計從1964年到1965年,僅用了不到一年的時間,這是一個美國和蘇聯都不敢想像的時間,這意味著中國的設計師和工程師根本沒有任何時間去研究發動機的主要部件,他們一切都是憑藉當時的知識和有限的信息,純粹在圖紙案台上就完成了一台高度複雜的,具有當時世界最先進水平的渦輪風扇發動機的設計。
這樣的草率的發動機設計和研發,很顯然為後來的困難奠定了基礎,WS6發動機在1968年就製造出了樣機,並開始了台架試車,這一試就試到1980年。經歷了文革的亂象,WS6的漫長研製期並不算奇怪,當時國內幾乎所有的科研計劃多多少少都有這樣的情況,但是文革不僅僅是對科技研發有了惡劣的影響,對人的思想也有了惡劣的影響。
在1978年J9戰鬥機進入首架飛機生產準備時,WS6在台架上連正常運行5小時的記錄都沒有,而且推力也遠未達到設計要求的數據,1979年J9計劃暫停,1980年整個項目宣布結束,就在快要結束的不到8個月的時間裡,在幾乎沒有項目後續撥款,連燃料都沒有錢購買的情況下,WS6神奇的突然完成了規定的台架試車,並號稱達到設計推力,並在隨後沒有任何撥款情況下憑空通過發動機的短試,高空台,長試,直抵飛前試車,這意味WS6完全完成了研製的全程,而6台樣機總試車334小時,12年334小時,瑞典同等級的RM8僅僅是在成熟的發動機JT8D後面加了個加力燃燒室,試車時間都不小於2000小時。
更神奇的是,在這個已經死的被人遺忘的項目上,還產生了一個更令人震驚的成果WS6G,僅重新設計了風扇,燃燒室,就得到了一個推力高達14112KG的重量不到2200KG的渦扇發動機,這還只是在1982年。要知道2年後的新殲會議為了發動機愁的準備用重量更重,推力不到13000KG的R-29渦噴發動機了,難道航空部不知道自己還有個這麼牛逼的發動機?
ws6:吹牛不上稅,吹牛不犯法,為何不吹?牛越大錢越多,不吹白不吹
WS6的研發團隊很多人都成為後來發動機項目的骨幹,它的一些作風,習氣也不免帶到其他發動機的研製中去了,另起爐灶的WP14崑崙,生搬硬拉,湊出一個號稱世界上最先進的渦噴,實際上10幾年前的JY101和P1128隻是沒好意思說話而已,崑崙的紙面性能確實非常不錯,比當時國內的WP13推力大,油耗低,發動機迎風面積小,雖然比不上F404這類渦扇發動機,但也算是難得的一種中推發動機了,但是崑崙僅僅生產了不到100台就嘎然而止了,部隊連續反饋發動機重大質量問題,最後乾脆認為發動機根本不能用了,J8F直接裝回原來老的WP13A2.空軍更直接把一批裝崑崙發動機的J8F退回飛機廠,拒絕接收。
直到現在,崑崙能不能用幾乎是一個迷,一方面部隊裝備數量稀少,另一方面也缺乏積累應用和維修的足夠採樣資料庫,但崑崙先成功後失敗是毫無疑問了,國內後來用到中推發動機的飛機型號,不管是設計還是試飛,都想辦法繞開它,完全當它不存在,可見多不受歡迎了。
崑崙發動機,發動機界著名的神坑王,很正常試飛,都動不動耍脾氣,罷工,噴零件
轉了一大圈,話題回到太行,原本如果WS6真的哪么傑出,太行基於WS6,用先進的設計技術和材料技術改進就行了,但是,總師其實心裡有數,WS6那些成果不知道有多少能拿出來的,太行為了穩妥起見,設計實際上是有藍本的,這就是美國通用著名的F110系列發動機,中國其實並沒有獲得過F110發動機,而中國有可能接觸到的巴基斯坦,以色列等F16,F15飛機配置的都是F100系列的發動機,但是,中國實際上和美國GE的合作中,獲得了很多關於F110的基礎技術。
這其中包含CFM56-3的核心機技術,CFM56-3的發動機核心機是最接近F110核心機的衍生產品,但是CFM56畢竟是民用發動機,它並不是原封不動的移植了F110的核心機,我國最多僅能說有一個能掌握和了解F110核心機技術的機會,但這個核心機的拿來主義,為整個太行的計劃總體設計埋下了失敗的陰影。
F110發動機,核心機和737發動機CFM56共用,被太行強行移植,野蠻器官移植,出現嚴重排斥反應
為什麼這麼說呢?主要是GE這個高壓壓氣機的壓比太高,流量又偏小,壓氣機裕度很小,這導致了太行總體設計上一系列不合理的取值。比如說總增壓比太高,第三代甚至第四代發動機大多設計壓比都選擇在20-30之間,比如AL31和F100,F404都在21-25之間,而太行追隨F110達到了32,本來發動機壓比高可以縮小發動機尺度,提高輸出功率,但是,總增壓比高導致壓氣機出口溫度過高,太行的燃燒室進口溫度比F100,AL31高了100多度,這意味著燃燒以後渦輪前溫度也至少比這兩者高100多度。
渦輪的耐溫本來就是世界難題,別說高一百多度,提高10度20度都算一個不小的進步,太行總體上這個取值,首先就讓我們遇到一個非常難以克服的困難。別看GE在F110多麼可靠多麼穩定,F110的前身F101可是扒雞皇后,就是因為這個參數過高導致渦輪問題重重,GE技術水平高,花了10幾年下死工夫用三代單晶葉片和雙性能渦輪盤解決了問題,而我們呢?別說三代單晶,第一代單晶都弄不利索,太行最後被逼用定向凝固金屬來實現三代單晶的設計,依靠複雜的冷卻設計和加重加厚的渦輪設計,勉強通過了實驗,太行高循環參數,發動機卻並不輕,就因為這個原因,而後實際使用中,渦輪頻頻出現過熱裂紋,甚至破裂飛散,太行於是有了噴零件的發動機的美譽。
太行發動機渦輪溫度太高,載荷壓力過大,高工況時候經常散架子噴零件,俗稱小黎飛刀
僅僅是這個問題倒也罷了,你太小看太行設計師了。太行第二個嚴重問題是606在其所設計的所有型號上都遇到,至今沒有能完全解決的一個問題,高低壓配合。太行的設計採用核心機——主要部件單元體設計,實際上就是說,風扇和核心機是分開設計的,風扇低壓和高壓壓氣機的配合問題從一開始就一直需要解決,但是一直沒得到解決。
太行都定型服役了,某一天某個研究突然發現,實際上風扇在某些狀態下流速和壓比根本沒有什麼裕度(俗稱活動範圍,調節範圍),也就是說,後面的壓氣機理論上就無法正常工作,事實上太行是一種非常容易出現空中停車的發動機,從他定型開始應用開始,就頻頻發作,以至於單發戰鬥機J10隻安裝了飛了一次,就趕快拆下來送回工廠,以後再也不用了。而雙發飛機J11B則為這個背了很多黑鍋,好在雙發飛機不容易兩個發動機同時停,只要再啟動可靠,還能勉強使用(更令人髮指的是J11B這種雙發飛機也遇到多次雙發同時停車)。
太行遭遇大忽悠,國家定型實驗弄虛作假,實驗沒做完就匆忙宣布定型,給用戶帶來了巨大的麻煩
上面說的問題還只是冰山的一角,在太行服役的前三年,爆發了非常激烈的故障和性能問題爭論,以至於高層高度重視,專案專組調查這件事情,在此期間,空軍海軍委屈的提出了2萬多個不同類型的問題和故障,這甚至超過了當初崑崙所創下的故障記錄的總和的好幾倍,眼看太行又要步崑崙的後塵了。
卧薪嘗膽,忍辱負重,太行不太行這個結論出來以後,不僅是發動機研製單位受不了,發動機廠受不了,實際上整個空軍海軍也受不了,中國整個製造工業都受不了,奇恥大辱啊。這種情況下,空海軍堅持要把太行搞下去,發展下去,堅決要求整頓航空工業整頓發動機工業,從2萬多條問題入手,要求徹底解決太行不太行的問題
為了應對這個新的要求,研究所成立了三個獨立的團隊,分別針對太行的現狀進行研究攻關,但三個組各有目標。A組是基於當前發動機,修正發動機目前的主要問題,讓發動機實現可用的狀態。太行架構其實蠻先進的,發動機設計推力高達129.97KN,排除了製造上的一系列工藝以及結構上的小問題,太行發動機採用俄羅斯AL31F的工作邏輯,降轉限溫,能有效提高發動機的壽命和降低故障的出現間隔以及概率,於是初版的發動機增加了俄式發動機的訓練模式,和作戰模式的主要區別是發動機被限制在最大轉速的97%上,發動機最大推力從13噸降低到略低於12噸,只需撥動一個開關,發動機則可以恢復作戰模式。
中國設計師眼光很高,除了美國發動機之外別的都看不上,但是經常忘記人家成功背後海量的投入
B組目標則著眼於改進發動機的生產工藝以及重要部件的配合調整,最重要的設計修改可能來源於將DD6單晶渦輪葉片作為標準進行了批量化生產,此外對風扇也進行了一些設計修正,調整了可調靜葉的設計和活動範圍與規律,加強了FADEC(發動機電調系統,和汽車上的類似)的設計和性能管理,B組最終目的是實現發動機的基本可靠性,實現單發飛機可用的發動機狀態,以及推力進一步增加到137KN。
第三個小組重點完全和前兩個小組不同,他們重新研究發動機的基本組件,重點是全新的重新設計的風扇,應用三代單晶和雙性能粉末盤的高低壓渦輪,燃燒室,加力燃燒室以及尾噴管,這個小組要實現發動機更高的可靠性,壽命,可維護性能,以及超過145KN的最大推力。
人類幾千年文明史反覆證明:台階是最偉大的發明,基礎薄弱妄想一步登天,後果就是粉身碎骨
到目前為止,實際上三個小組都完成了各自的研究,新型號的太行又重新開始批量製造,裝備太行B的新11B又重新開始了批量生產,這些新發動機能否像F100提升到220,F101提升到F110那樣鳳凰涅槃,還需拭目以待。
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