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八仙过海的背后:中国大飞机发动机的十字路口(图集)   

2015-06-05 08:55:59|  分类: 我军武器装备 |  标签: |举报 |字号 订阅

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八仙过海的背后

——中国大飞机发动机的十字路口

来源:新浪军事


八仙过海的背后——中国大飞机发动机的十字路口(图集) - 广东凉茶 - 广东凉茶
    近期,762号伊尔-76挂载为运-20配套的涡扇-20的试验画面曝光;而在去年年底,另一架伊尔-76试验涡扇-18的消息也传出。有了涡扇-20,为何又有一个涡扇-18?中航商发的CJ-1000A,以及SF-A又是啥? 

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    更为人熟知的涡扇-20是在涡扇-10“太行”发动机的基础上进行去除加力燃烧室,加大外风扇直径等一系列改进后的高涵道比涡扇发动机,后面细说。涡扇-18发动机由成都发动机公司负责生产,它是伊尔-76运输机使用的D-30KP-2的仿制品,D-30KP-2也是运-20现阶段试飞使用的发动机。

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    D-30KP-2最大推力达125千牛,但这一指标是靠多达11级的高压压气机和4级低压涡轮(单个压气机/涡轮效率太低),及导致的超长轴距复杂轴承换来的,使其推重比仅为4.79;材料问题导致风扇尺寸小(通俗的说就是不够粗),涵道比低,推力进一步提升的空间有限,而且耗油量也偏高。 
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    但D-30KP-2胜在性能可靠,生产周期短成本低,即使战时应急大规模生产时降低工艺和材料标准,其性能下降的也并不明显(典型冷战时期的苏联军队装备逻辑);另外使用维护对人员场地要求不高,适合需要在前线恶劣条件下操作的军用运输机使用,笨重的缺点对大型飞机来说也可接受。

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    除了伊尔-76和空警-2000之外,习主席最近视察的中国空军未来10年内的主力轰炸机轰-6K也在使用D-30KP-2,未来该机还可能有装备海军航空兵的改进型,D-30KP-2的装机数量将以百计。所以即使从长远角度看来,运-20上的涡扇-18最终将被涡扇-20取代,涡扇-18仍然是不缺乏装机市场的。

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    虽然简称就差一个字,但近年来成发和成飞的境遇远不能比。在国内航发生产企业中,成发可以说是底子最薄弱的,在涡喷-6发动机之后就没有过一个发动机批产型号,仅仅参与过涡喷-13的早期试制。在歼-6大面积退役后,成发一度只能靠为强-5配套的50年代水平的涡喷-6生产备件生存。

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    还好90年代空军引进伊尔-76之后把维修D-30KP-2的任务交给了成发,这才没让当时一度差点真的死过去(参考贾樟柯电影《二十四城记》中场景)真的一蹶不振。所以在今天各航发厂均有多个重点型号需要攻关时,把山寨D-30KP-2这款70年代技术水平发动机的任务交给成发也是很合理的选择。
 
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    不过型号可以“分锅”,研制过程中有些环节的竞争还是免不了,比如就一个高空台,“备胎”涡扇-18只能排在“正房”涡扇-20后面;试飞院只有一架760号伊尔-76试车平台正用于涡扇-20的试验,全新发动机试验周期长,实在是分身无术;在我国伊尔-76数量不足的情况下,只能另辟蹊径。
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    由于空警-2000研制早已完成,762号空警-2000原型机也已结束了对空警-500上的新一代预警雷达设备的验证工作,因此试飞院把该机的大型雷达天线罩和相关设备拆卸,762号的用途改变为和760号一样的发动机试车平台,在我国新型航空发动机项目越来越多的局面下,这个创举极具价值。

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    据成发网站1月9日报道,2014年12月6日,“某型号发动机”自9月16日成功交付试飞单位以来,历时80天,在完成了地面装机、测试改装和科研试飞等工作后,圆满完成了整个试飞工作。从如此之短的试飞周期来看,可以认为涡扇-18对D-30KP-2的改动不多,这也符合成发的技术水平。 

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    作为一个“短平快”项目,涡扇-18和D-30KP-2的高度可替换性对部队后勤来说是一件好事,无论是用于早期量产的运-20,还是换装其他战机上的D-30KP-2,作战部队可以直接沿用日常维护后者的经验去维护前者,有助于战斗力的形成和保持。对于部队而言,有时候先进不一定等于好用。

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    由于设计脱胎于涡扇-10,因此涡扇-20早期验证阶段曾经有过涡扇-10-118的代号,后来随着大型运输机项目获得了运-20的正式型号,其型号也随之定为涡扇-20。作为我国第一款全新研制的高涵道比涡扇发动机,涡扇-20的研制周期较长,首张在伊尔-76试车台上的图片于2014年1月曝光。

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    考虑到涡扇-10的发展与CFM-56的关系以及国内的技术储备,涡扇-20的整体性能指标应当接近1993年装机使用,推力达到13-14吨的CFM-56-5C系列。从涡扇-20发动机短舱的图片看来,其外形也确实比较粗短,涵道比估计会接近CFM56-5C的6左右,相比涵道比仅有2.4左右的涡扇-18提高明显。

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    图为试验涡扇-20的伊尔-76运输机。
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    有些网友认为,既然运-20已经使用涡扇-18的原型D-30KP-2完成了最大起飞重量和最大载重量两项关键指标的试飞,那为何还要下大气力发展涡扇-20呢?对于运输机而言,这两项指标的好坏,主要看的是飞机的基本气动和结构设计是否成功,发动机推力的差异并不会造成太大影响。 

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    但涡扇-18的推力和耗油率这两项指标却会对运输机的另一大重要指标——航程造成严重不良影响。运-20固然可以用D-30KP-2实现和C-17相差无几的66吨载重,但却无法拥有像C-17那样的满载航程。等到推力更大,耗油更低的涡扇-20能够装机时,运-20达到最大设计航程指标就不再是梦想。

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    由涡扇-18先顶着,保证运-20初期服役阶段有成熟的发动机可用,将使得涡扇-20的发展环境更加宽松。而对于采用翼下吊挂发动机短舱布局的大型飞机来说,更换发动机对飞机本身设计的影响要比战斗机更换新型发动机小很多,因此不必担心运-20更换涡扇-20后会导致服役时间产生拖延。

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    而在2009年公开展示的SF-A(“商发”-A)可谓涡扇-20的民用版,但在反推力装置等诸多细节上作了改动,在这次展示中商飞展出的SF-A全尺寸模型,据说就是把涡扇-20的模型请来摆着,从图中可以窥见和涡扇-20的相似之处。但由于后来C919项目需求的变化,SF-A近年来已经偃旗息鼓。

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    CJ1000A/长江1000A,是商飞集团下属的商发全新研制的首款纯商用航空发动机,计划作为C919客机完全国产化之后的配套国产动力。由于目前C919已经选定CFM国际的Leap-X发动机,其试飞全程包括适航取证过程,以及前期投入市场时期肯定还是要使用Leap-X,这给了CJ1000A充足的发展时间。 
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    因此指标更高的CJ1000A的目的更多是立足长远,通过国际合作尽可能获取先进技术,著名的德国MTU(高压压气机部分)以及意大利AVIO(燃烧室部分)都将作为CJ1000A的系统供应商。最终的CJ1000A也许并不能达到最顶级的水平,但在这个过程中无疑能够学到大量有价值的内容。 

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    很多人对商飞在型号研制中仍然大量使用国外成品技术感到不满,这就需要客观看待我国在民机领域特别是民用发动机领域和国外巨大的差距(甚至比军机领域还要大):当GE90/NX,遄达XWB这些400-500千牛级别的西方后工业时代的神器已经漫天飞的时候,我们的涡扇-20还在试车台上。

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    如果能借助CJ-1000A这种整机项目展开航发领域的商业化合作,让国内的优秀企业加入其中,对航发产业的长远发展将是利好。举例来说,无锡透平叶片公司已经能够为罗罗这样的航发巨头提供低压涡轮,如果能够以这类方式将这类企业充分纳入国产航发研发,前景十分值得期待。

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    昨天,国内首次涡扇发动机模拟反推力风洞试验完成,标志着中国在航发研制配套试验方面又有了新突破。“千里之行始于足下”,如何以科学的态度,在不断追赶中逐步建立起一套独立完整的航发科研生产体系,将是我们未来关注的重点。 广东凉茶





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