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渦扇19發動機研發速度超快,距離實用還有多遠?

最近中國燃氣渦輪研究院的一個渦扇發動機開發團隊亮了,得到了四川省的表彰,型號應用背景是為與國外先進戰鬥機制衡的國產先進戰鬥機配備的發動機、代表著我國航空發動機的最高水平,已列入我國「航空發動機與燃氣輪機」重大專項

最大的特點就是快!僅用一年時間完成發動機設計,實現「零」的突破;僅用半年時間完成首台發動機試驗驗證,實現國內發動機試驗效率和成功率的突破;發動機製造周期縮短了2/3,實現國內發動機製造周期的突破。

背景的發動機噴口尺寸巨大,和民用發動機尺寸差不多

如何理解這個快,一年完成發動機設計,半年發動機實驗驗證?難道一款尖端發動機半年就可以完事了?按照傳統不是都要10年以上甚至20年時間嗎?

帶著這些疑問,我們看看發動機的研發流程就知道了,距離發動機定型裝機使用還是很早,幾乎就是萬里長征的第一步。

下面讓我們看看航空發動機的研製過程。

航空發動機是一種多零件多學科高難度的複雜產品,遵從2個原則,先從設計到試驗,然後從實驗到設計反覆修改多次迭代的過程,從簡單到複雜逐步推進的過程。

一款軍用航空發動機,最關鍵就是中間三個箭頭所指的地方,叫核心機,也叫燃氣發生器

從發動機設計來說,都是先核心機然後配上低壓部件,核心機就三大部件,高壓壓氣機,燃燒室和高壓渦輪,正常核心機設計驗證最花時間,5-10年是正常現象,中國這一款發動機這麼快,原因很可能是:直接借用了別的發動機的核心機

核心機做完了,然後配上低壓部件構成一個完整的發動機,這才是剛剛開始,第一步是製造示範原型機,進行簡單的運轉一下,看看有沒有大問題,假如沒有的話,那就開始製造原型機。

由於發動機很複雜,所以將要求進行多項分解,製造3台以上原型機,分別針對不同的目標,常見的是一台針對轉速,一台針對推力,一台針對溫度,每一台原型機就管自己的設定的指標,原型機可以允許不完全達標,有時候轉速只達到95%也可以,或者超轉到105%,但是不考慮壽命,持續時間只有15秒,在定型發動機則要求好幾分鐘。

發動機就像打怪升級,任何一次戰鬥都不能徹底失敗,前後持續20年時間

原型機實驗完畢,沒有發現太大的問題,最終才能轉入工程階段的樣機,這個時候要求就嚴格了,需要滿足所有性能指標,所以數量眾多,而且測試繁瑣,經常反覆修改設計,工程階段樣機一般做6-9台,甚至更多。

工程樣機最大的特色就是不停的測試,先在地面固定台架上測試,工況比較簡單,速度高度推力包線都比較窄,然後到高空台跑極限,最高溫度最低溫度,最大高度,最低高度等等,故障高發經常就在這個階段,假如處理不好,時不時會炸高空台,全世界都不少見。

這就是發動機飛行試驗台,測試新型發動機飛行過程中的工作情況

高空台測試完畢,就輪到飛行台測試,國內過去使用轟6座發動機飛行台,現在改成伊爾76飛行台,飛行台測試的包線比較保守,幾乎都是亞音速包線,姿態角度都比較小,之後上戰鬥機真機測試,就可以全姿態,包括了倒飛,飛超音速,大迎角等等情況,而且還包含了失速,顫振等等風險科目,逐步逼近真實使用狀況。

這麼多測試完畢,發現沒有太大問題,才能正式定型投入生產,四川渦輪院的新型發動機,現在看來,還沒有走到工程樣機階段,很可能就是示範原型機階段,按照慣例運轉轉速很可能就是30-50%。

對於航空發動機來說,順利和輕鬆幾乎從來不沾邊,認真計算測試修改幾千上萬次是常態

航空發動機研製很難,流程很複雜,太行發動機從項目啟動開始,18年研發定型,後來因為可靠性問題補充了10年,這款渦扇19發動機,借用了別的發動機的技術,起步很快,但是時間也不會少於5-6年的,假如要求高可靠性的話,時間可能更長。


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