赵爽身高184:中国航空发动机现状

中国空军涡喷7发动机

国产涡喷-7发动机与当时世界航空发动机的发展相比还是落后很多

该型发动机的仿制原型是前苏联的P—11F一300。P一11是前苏联图曼斯基设计局50年代前期研制的双转子加力涡喷发动机，也是前苏联第一种采用双转子结构的发动机。该型发动机从1953年开始研制，1956年投入生产，压气机平均级压比达1.438，是当时世界上最高的，也是目前同类发动机最高的。为满足前线超音速歼击机要求发动机推重比高的特点，设计时采用了中等流量、低总压比、高涡轮进口温度和加力温度。为减轻重量，所有机匣均为钢制薄壁构件，并大量采用了焊接工艺。

　　P一11主要型别有P一11-300、P一11F、P一11s。上世纪50年代末60年代初，中国开始引进米格一21，为其配套的P一11F一300发动机也一并引进，国内编号涡喷7。但由于材料原因，中国仿制的涡喷7一直无法达到前苏联原装P—11F一300的性能水平。60年代中后期，歼8计划已经启动，提高P一11F一300的推力以作为新机动力成为横亘在中国航空动力人面前的一道难关。当时北京航空材料研究院专家容科提出了一个大胆的想法：要增大发动机推力必须提高涡轮前温度，而提高涡轮前温度的关键在解决涡轮叶片的耐高温问题，其最佳途径就是将当时的涡轮实心叶片改为空心叶片，用强制冷却提高叶片耐高温性能。随后，容科会同沈阳发动机厂总工程华明、中国科学院沈阳金属所所长李熏和设计室主任师昌绪一起制定了设计方案，并在一年内研制成功9孔成型精确的高温铸造合金空心叶片。

　　当时能够研制空心铸造叶片的只有美国，中国是世界上第二个掌握这一技术的国家，后来英国用了8年的时间才研制成功。就当时中国的科研能力而言，这的确是了不起的壮举，以至若干年后英国罗·罗公司的总师胡克看到我国自行研制的空心叶片时，不无感慨地说：“单凭看到这一成就，我就没白来中国一趟。”1966年9月，第一台份铸造空心叶片研制成功，随后用此叶片装配出第一台涡喷7甲发动机并试车成功。该发动机加力推力相比原有型号提高11%，耗油率降低14%。1968年6月，涡喷7甲通过50d,时长期试车，获准飞行。1969年7月，涡喷7甲配装歼8通过首飞考核。1970年，涡喷7甲转至黎明发动机制造公司继续研制。从1969年至1979年，总计完成零部件试验12000小时，地面和高空占整机试验2500d~时，飞行试验1000多架次，发动机累计运转2200小时。涡喷7甲的01批由沈阳航空发动机研究所于1979年设计定型后投入小批生产，首翻期为50d,时；03批由黎明发动机制造公司于1981年12月设计定型，首翻期100小时；05批在03批基础上继续延寿改进，1989年设计定型，首翻期200小时。

　　为满足歼7改型的需要，1965年沈阳航空发动机研究所和黎明机械公司联合在涡喷7甲的基础上改型发展涡喷7乙，该型号01批的性能与涡喷7甲相同。1969年，涡喷7乙转至黎阳公司和贵州航空工业集团第二设计所继续研制，并加以改进。涡喷7乙于1979年8月正式定型，首翻期100小时，总寿命300小时。此后，又陆续研制出延寿改型涡喷7乙B和涡喷7乙Ⅲ，分别于1981年和1992年通过技术鉴定，首翻期为200小时和300小时，总寿命为600小时和900小时。

　　与仿制原型相比，涡喷7系列发动机的不加力推力增加十分明显，这对提高巡航速度起到了显著效果，推比也有一定增加，涡前温度大幅提高，重量则并没有发生明显变化，但就增压比而言还是过低。这也和涡喷7系列发动机的压气机级数少有关，其压气机总级数为6级：3级低压、3级高压。涡喷7系列虽然取得了巨大的进步，但与世界航空发动机的发展相比还是落后很多。

涡喷-7系列主要有以下改型：

　　涡喷-7 原型，已停产。

　　涡喷-7甲  用于歼-8飞机的改型，采用气冷涡轮，使涡轮进口温度提高100℃。此外，还采用分区分压供油和直流式喷油杆的加力燃烧室设计技术。

　　涡喷-7乙  在涡喷7甲基础上的改进型，用于歼-7飞机。在研制中，排除了原压气机的薄弱环节，改进了主燃烧室安装边的材料，解决了主燃烧室寿命短和加力燃烧室壁温高等问题。现已停产。

　　涡喷-7乙B  在涡喷7乙基础上的延寿改型。

　　涡喷-7乙Ⅲ  在涡喷7乙B基础上的进一步延寿改型。

空军涡喷13发动机

上世纪70年代末80年代初，我国从埃及获得了米格一21MF和配套发动机P-13，并打算加以仿制。但由于材料与工艺上的原因，最后结合涡喷7系列的特点参照研制成功了涡喷13系列发动机。当时涡喷13主要是为了配装参照米格一21MF仿制的歼7Ⅲ战机，其次才考虑到歼8的大改需要，作为其后续改进型号的动力装置。涡喷13的设计研制工作1978年开始，1987年结束，历经10年。研制过程中共制造19台发动机，总运转2500小时以上。1984年12月至1985年1月通过了150小时设计定型国家鉴定试车，1987年8月在跨国飞行试验研究院完成了设计定型试飞，1988年2月国家批准设计定型。首翻期150小时。

　　涡喷13主要在涡喷7的基础上改进设计了压气机，增大了空气流量、扩大了发动机的稳定工作裕度。而且在压气机部件上应用了钛合金，减轻发动机重量；各部件、系统的结构也有所改进，使发动机的使用可靠性、耐久性和操纵灵活性大为改善。

　　从结构上看，相比涡喷7系列，涡喷13的高压压气机增加2级，压比也增加到9；依然采用环管形燃烧室，相比当时流行的环形燃烧室落后不少；在涡轮叶片上采用比较先进的无余量精铸工艺，材料为定向凝固合金；加力燃烧室的火焰稳定器采用高歌教授提出的沙丘驻涡技术。可以说涡喷13代表了当时中国航空发动机制造的最高技术，但相比美俄采用的单晶涡轮叶片、粉末冶金涡轮盘等技术而言还是落后不少。

　　之后，黎阳公司又在涡喷13的基础上改进研制了涡喷13B系列发动机。该发动机的研制始于1991年，1995年进行性能摸底试车，当时达到的加力推力为68.65千牛(7吨)，不加力推力达到47.56千牛(4.859吨)，整机重量为1.28吨。1996年春节过后，涡喷13B发动机在高空台用了2个月的时间进行10次高空模拟试验，4月12日返回黎阳进行150小时长期试车的考验，1999年被军方列为重点型号，2002年6月16日进行全寿命考核长期试车，2003年定型 涡喷13B已经发展出数个改进型号：涡喷13BⅡ属于增推型号，推力约为7300公斤.涡喷13FⅡ为适应性单发改型，1997年8月顺利通过地面试车，1998年6月8日配装歼7FS首飞。从性能来看，该型发动机最大状态推力提高了14.3%，加力推力提高了8_3%，推重比提高了8.3%，发动机最大耗油率保持或低于原型发动机，加力l状态耗油率与原型发动机相比降低4.5%。 应该说涡喷13B的推力指标还是不错的，但问题在于推比还是过低，实际推比也就在6左右，油耗也难以满足超7对大航程的需求。

空军涡扇9发动机

　经过3年多的努力，1979年7月25日第一台使用英国毛料制造的零组件，罗尔斯一罗伊斯购件和附件的涡扇9完成装配。1979年下半年，分两批装出了4台发动机。同年11月1 3日，由中英双方共同在中国完成了150小时持久试车考核。1980年2月至5月，中国制造的两台涡扇9发动机和两套部件又在英国完成了高空模拟试车，零下40摄氏度条件下起动试车，以及5大部件的循环疲劳强度试验，结果都符合技术要求。1980年5月30日，中英双方代表签署了中国涡扇9发动机考核成功的文件。

　　按计划，当时应该接着进行国产毛料试制，但由于当时国民经济调整，使涡扇9国产化进度拖后，1983年才取得初步进展。压缩机叶片的铸造技术到1988年才得以突破。 国产涡扇9最大加力推力9305千克，最大军用推力5557千克，中间状态推力4692千克，最大连续推力4692千克，最大军用耗油率0.684千克／时，最大加力耗油率2。0千克／千克／时，推重比5.85，空气流量92.5千克／秒，涵道比0.62，总增压比20，涡轮前温度1167摄氏度，直径1093.32毫米，最大长度5205毫米(喷口全张开)。从数据来看，涡扇9的推力固然无法与AL-31等先进发动机相比。但以当时的技术水平已经相当不错了。尤其耗油率则远远优于当时国内的涡喷发动机，使得“飞豹”的航程得到了保证。但要真正实现全面的国产化还有相当长的路要走。由于斯贝发动机最终被选作“飞豹”的发动机，为配合“飞豹”的生产很快就将引进的40多台发动机耗尽，其中至少有2台发动机由于存放过久，保养不利而被废弃。同时由于无法实现完全的国产化，使得“飞豹”的生产也限于停顿之中。为保证歼“飞豹”的生产，我国被迫从英国引进了一批早已封存多年的斯贝涡扇发动机并试图与英国恢复合作制造。

　　在2003年7月17日，国产化涡扇9终于通过国产化工程技术鉴定，获准投入批量生产。实现全国产的涡扇9被命名为“秦岭”。于是乎，涡扇9发动机经过近30年奋斗。终于实现了国产化。 涡扇9发动机的制造成功，使中国有了一台推力适中的涡轮风扇发动机，填补了空白，并有效提高了自行研制的水平和能力。由于斯贝机结构复杂、叶片多、精密件多、薄壁焊接件多，复杂形状的管件多、难加工的材料多。涡扇9制造过程中引进了电解加工、电子束焊、实验室控制、检测和测量、精铸、精锻等70年代水平的新工艺、新技术。涡扇9零件和工艺装备的加工，精度普遍比国内原产机种高一级以上。通过试制，发动机厂掌握了金属喷涂、真空热处理、管子轨迹焊、真空钎焊、数控弯管、大型机匣电解加工等13项具有当时世界先进水平的先进技术。还有软阴阳模成型、蠕动磨削等46项达到国内最先进水平的工艺技术。同时，国内冶金、材料、化工、机械等工业的技术水平也相应得到了提高，从而较大幅度缩短了整个发动机制造技术与世界先进水平的差距。而且斯贝的引进还为航空工业迎接新时期的改革开放，引进国外先进技术，开展技术合作与交流，提高发动机及配套产品技术水平开了个好头。

　　还应提到，通过试制、改造和提升成功培育壮大了一个现代化航空发动机厂。西安发动机厂旧貌换新颜，添置了700多台国内外先进设备，自己制造了23台套。其中各型数控设备26台，在当时率先形成了从编程、调整、加工到检验的成套力量，精锻、精铸生产线的设备和工艺在国内也是一流的。

　　1981年起，陕西省国防科工委先后在军工系统和其他部门、行业的100多个单位。组织学习推广斯贝技术中的机械加工、热处理、无损探伤等42项新工艺、新技术。后来，国务院又指示在全国有组织、有计划、有步骤地推广和移植斯贝技术。前后召开了4次大型推广会议，组织了161场技术报告会。编印斯贝技术资料专辑12期，并为150个单位培养了2000余名推广应用斯贝技术的业务骨干。“斯贝技术”和“斯贝人”，促进许多单位解决了技术难题，促进了生产和科研，斯贝成了一所高技术学校。

　　反思历史，斯贝引进之后教训也是深刻的。斯贝引进之前，按规划由沈阳黎明航空发动机公司负责仿制，不料，反对引进最力的正是该厂职工，因为该厂当时正自行研制涡扇6型发动机。他们担心引进斯贝将冲击原有工作，于是到处陈情喊冤。航空主管部门在压力之下，被迫改派西安飞机工业公司承接任务，造成沈飞和西飞两公司各司其事，技术难以消化，最后谁也没搞成像样的发动机。

　　斯贝引进之后，配装的飞机又长期争论不休、举棋不定、延误了时机，致使当时属于先进的发动机空白了少年头，不再是第一流水平。而且按合同够入的40多台发动机，长期停放在仓库里，不只白白积压了大量资金。还耗资维护；国家花费10多亿元引进的设备、形成的技术力量，也因斯贝长期“嫁不出去”而未充分发挥作用。

　　从技术本身来说，当年中国从英国引进军用发动机，虽属不易，但终究未取得原始设计的计算资料。按合约，英国向中方转让生产斯贝的许可权和技术资料，提供全部的装配和零件图纸，工艺规程，以及各种技术规范和说明书与工装图纸，并派遣专家提供技术援助。但这一切，不包括英方发展该发动机过程中的设计经验，英方也不派遣任何一位发动机的设计专家到我国接受咨询。英方称之。可以卖产品，可以卖技术，就是不卖“脑袋”，原创设计之重要，可见一斑。而此原则，不会随中欧交往逐年密切而改变。斯贝国产化尽展缓慢；在消化、吸收的基础上，借鉴，创新虽做了一些工作。但不尽如人意。

　　事隔十余年后，斯贝的提供使用和国产化有了重大转折，这是久已企盼的。它成为了“飞豹”的动力。推动着祖国航空事业有向前迈进了一步。虽然时至今日，涡扇9终于完成国人制造，可这一过程却长达30年。在“飞豹”的服役过程中必然还要面临更换发动机的问题，继续的改进也需要发动机的支持。虽然涡扇9还有一定的改进潜力，可毕竟是以第一代涡扇发动机为蓝本设计的，所以更换发动机也就成了“飞豹”所必须面临的问题。

        凝聚着中国几代航空人心血与汗水的“秦岭”发动机通过生产定型，标志着我国航空发动机研制跨入一个新的阶段。

　　“秦岭”发动机由中国一航西安航空发动机(集团)公司主承制。它的生产定型是对研制企业生产过程、工艺流程、质量管理、基础管理及批生产能力的一次大检阅，是我国航空发动机生产史上一次重大突破，必将为提高企业的核心竞争力，促进企业持续稳定发展创造更加有利的条件。“秦岭”发动机为中国“飞豹”战机装备了一颗强健的“中国心”，并成为国内批量装备部队的较大推力的涡扇发动机，对于提高我军的装备水平、促进航空发动机产业发展具有重大的推动作用。

　　“秦岭”发动机研制是国家重点科研项目。在研制过程中，党和国家领导高度重视，各有关部门通力合作、全力支持，面对繁重的生产科研任务，各参研单位以振兴航空为己任，密切协作，不断探索，勇于实践，超常拼搏，稳扎稳打抓产品质量，群策群力促任务完成，管理措施落实到位，生产系统全面提速，大力加强技术创新，不断探索新工艺、新方法，按照研制要求进行工装设计制造，突破了一系列技术难题。各参研单位积极进行管理创新，调整生产布局，进行大规模技术改造，极大地改善了“秦岭”发动机的生产条件，保证了秦岭发动机研制工作的开展，为我国航空发动机的研制积累了宝贵经验。

跨越颠峰的涡喷14发动机

1984年，沈阳航空发动机研究所为了满足歼7和歼8系列战机改进型号对发动机推力增长的要求，开始研制涡喷14发动机，这是中国人独立研制航空发动机的开始。1986年沈阳航空发动机研究所完成验证机阶段工作，转入型号研制。在研制过程中，作为中国第一款贯彻国军标的发动机，沈阳航空发动机研究所为涡喷14发动机付出了辛勤的努力和劳作。该型发动机1993年开始装机试飞，并于2002年定型，代号“昆仑”。“昆仑”发动机的研制成功对于中国航空动力来说是一次跨越，正是因为有了它，中国才能成为世界发动机生产大国的五强之一。可以说“昆仑”发动机是中国航空动力一块坚实的地基。

　　涡喷14“昆仑”发动机选用了涡喷13发动机的3级低压压气机和缩小的“斯贝”发动机前7级高压压气机的叶片造型。另外，根据涡扇6以及涡喷15等发动机的经验，设计出燃烧室、高低压涡轮和加力燃烧室等部件。研制初期，高低压压气机的不匹配成为最大的一道难关，最后设计出新的第四级低压压气机才解决了这个问题。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，就出现了类似问题。由于“昆仑”发动机在国内首次采用了定向凝固无余量精铸复合空心冷却涡轮叶片技术以及气膜冷却技术，之前虽然有这方面的研究基础，但还没有工程应用经验。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”。

　　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。

　　与此同时，研制人员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，但国内尚没有掌握试验技术，国外则严格保密，在资料上不可能查到，还要进行试验技术的研究。有的试验开始前就要经过2～3年的先期准备，所以原型机研制时间就比较长。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AL一31F发动机也只能做到中断17秒，最终我国的研制人员还是成功了。

　　1997年底在高空大马赫数试飞中，“昆仑”发动机出现喘振停车故障。总部机关成立以发动机总师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，确定进气道的工作状态，计算出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，结果只用了18天。

　　虽然“昆仑”发动机的研制最终胜利完成，但18年的研制过程太长了。就80年代的超7战斗机而言，选用“昆仑”发动机显然可望而不可及。即使时至今日，考虑到涡喷发动机的耗油率问题，“昆仑”发动机还是无法满足要求。对发动机的急迫需求，使中国航空人的眼光瞄向了国外。