谁能详细说说中国国产战斗机发动机的发展和装备情况?
一个国家没有自主发展的航空发动机产业,就不可能有自主发展的航空工业。没有先进的航空发动机工业,就没有先进的航空工业。改革开放30年来,以太行发动机研制成功为标志的中国航空工业,实现了从二代到三代、从涡喷到涡扇、从中推力到大推力的跨越。这“三个飞跃”标志着我国已经具备了自主研制大推力军用发动机的能力,我国主战飞机装备的发动机开始摆脱受制于人的被动局面。这是一个历史性的突破,大大增强了中国的军事实力。
航空工业是知识密集型和技术密集型的高科技产业。航空发动机是典型的技术密集、附加值高的高科技产品。它要长时间在高温、高压、高速、高负荷等恶劣条件下反复工作,要求重量轻、体积小、使用安全可靠、经济性好,所以必须设计加工精巧,附件必须用高性能材料合成。航空发动机研制技术难度大,投资多,周期长,风险高。世界上能搞飞机制造的国家很多,但能独立研制航空发动机的只有美、英、俄、法等少数国家。
一路艰辛后谈“昆仑”
军用航空发动机的核心技术被发达国家严格封锁。走自主发展航空发动机的道路是中国的必然选择。
20世纪60年代初,为了打破国际上对中国的技术封锁,自主研发中国先进的航空动力技术,中国第一航空公司沈阳发动机设计研究所在沈阳成立,一大批企业家怀着航空报国的执着理想汇聚沈阳,开始了一场艰苦卓绝的大会。
“昆仑”发动机从1984年6月开始,经历了从验证机到样机的研制阶段。军方要求飞机原则上不做改动,将“昆仑”与现役同类发动机进行对比,使外形尺寸、气流、安装形式保持不变;要严格按照国军标编制的型号规格进行研发,也就是要加紧达到国际先进水平,要求“昆仑”推力大、油耗低、可靠性和维修性好。
到1991年初,第一航空动力公司设计的“昆仑”发动机根据空军提出的要求,采用了许多新技术。两次修改设计,攻克了压气机转子叶片、涡轮叶片断裂等关键技术。
“昆仑”研制遇到的最大问题是压气机喘振裕度不够,导致高压压气机和低压压气机不匹配。在此之前,经过三年多的时间,研究团队通过修改设计,提高了低压压气机的喘振裕度。
1991年4月,我军新型发动机入选动力装置,被列为国家重点型号加快发展。1993 65438+2月12,昆仑首飞成功,这是中国航空工业史上值得纪念的一天。首飞半年后,研究团队进行了多次修改和测试。最后,高压压气机采用了高膨胀和稳定增益的机匣处理技术,并以新结构取代了“放气”装置,最终攻克了困扰昆仑多年的高低压压气机不匹配这一重大技术关键。
“首飞不易,定型更难”。“昆仑”是第一台按照国军标研制的发动机。为了一丝不苟地执行国军标和型号规格,课题组决心编写符合要求的材料手册。他们与航材一所等20余家单位合作,收集了16000余炉10万余条数据和17新材料的补测,历时8年编辑出版了我国首部航空发动机设计材料数据手册,不仅解决了昆仑发展中的燃眉之急,也为今后的航空发动机设计打下了坚实的基础。
经过几年的努力,数万小时的零件测试和数千小时的机器调试,科研团队先后排除了发动机振动过大、涡轮导向叶片烧蚀、火焰筒裂纹等上百起技术故障。已顺利通过国内新研制发动机首次转子过转、断裂、低周疲劳等部件试验,整机调试考核,各部件环境试验。
昆仑1997第四季度高空高马赫数飞行试验过程中,发动机有三次喘振停车。在飞行试验现场,研究团队首先在昆仑上进行了喷水强制呼吸试验,以进一步评估喘振裕度。从工作原理到设备选型,选材、供水加热、防冻、过滤、测试、支撑结构等细节都严格把关。经过20多天的紧张水射流强制呼吸试验,明确了故障原因,最终仅用4个月就彻底攻克了通常至少需要1年才能解决的高空大马赫数停车。
借鉴国际先进的气膜冷却技术,课题组大胆采用复合材料气冷空心涡轮叶片。这种叶片被誉为现代航空发动机技术的“皇冠上的宝石”。不仅包括先进的设计技术和高温材料技术,还包括定向凝固技术、无余量精密铸造技术、五轴数控钻孔技术、磨料抛光技术、无损检测技术、冷却试验技术和高温涂层技术。为了捕捉复合材料空冷空心涡轮叶片的前沿技术,航电一院组建了“国家队”,集中了国内最优秀的设计、材料、工艺、加工、测试等方面的专家进行研发。经过八年的研究、改进、测试、改进和试验,我们终于掌握了这项尖端技术。1997 12.20,我国第一台具有自主知识产权的“昆仑”高性能双转子加力涡喷发动机终于试制成功。
蓝天纪念碑上写着“太行”
日前,我国自主研制的大推力涡扇发动机“太行”通过设计定型审查,在行业内外引起强烈反响,引起国际关注。
2005年,航空动力一所实现了太行发动机的设计,不仅实现了技术水平的飞跃,也实现了产品性能的飞跃。第三代涡扇发动机不仅比第二代涡喷发动机大幅提高了总压比,而且比第二代发动机大幅提高了材料的使用温度,同时对零件的加工精度要求也全面提高。这样一来,航空一公司各研究单位将在“太行”发动机研制中突破“新材料”、“新工艺”等诸多难点,开展大量技术研究,同时对加工设备进行技术改造。由于涡扇发动机有涵道气流,在发动机参数匹配上与涡喷发动机有很大不同。此外,由于进入加力燃烧室的气流温度低于涡喷发动机,难以组织燃烧。第三代涡扇发动机的部件水平高于第二代涡喷发动机,不仅设计难度大,还需要在试验设备上进行相应的技术改造。
“太行”发动机的研制经历了18年的风雨历程。航空业通过开发这种模式获益匪浅:
拿出一个产品。“太行”发动机研制成功,解决了长期以来国产飞机动力由人控制的问题。多年来,我国的飞机一直患有“心脏病”,即作为飞机“心脏”的发动机技术并不太硬。太行发动机是大推力涡扇发动机,属于“第三代”级别。“太行”发动机的研制成功,可以为我国多种型号的飞机提供动力,一定程度上解除了发动机对飞机发展的制约。“太行”发动机也为我们搭建了一个平台。在这个平台上,我们可以更好更快地研发“太行”系列发动机,也可以更方便地进行新发动机的预研,大大缩短研制周期。
走出一条路。通过18年的艰苦研究,走上了“以我为主,自力更生,创新超越”的道路。从技术上来说,包括零部件的设计,系统的设计,主机与加力燃烧室的匹配,系统与发动机的匹配,发动机与飞机的匹配,都是我们自己研发的技术,材料,加工,水平有了很大的提高。
带一支队伍出来。这个团队的成员,包括各级技术负责人、发动机设计师、型号研制经理,都是通过这个型号的研制成长起来的。其中,技术团队尤其值得一提。太行发动机刚研制出来的时候,技术人员大多是60年代毕业的大学生。通过太行的发展,年轻一代成长起来了。从第一航空动力院来看,设计师和总设计师都是80年代毕业的大学生。
创建一个新模型。“太行”的发展打破了“一厂一机”的模式,搞专业化生产合作。“太行”发动机研制至今,已有40多个研究所,各研究所争先恐后地采用新方法、新工艺,以创新思维攻克制造中的难关。他们欣然接受了一航动力设计的叶片,组织攻关,生产出合格产品,提高了工艺水平。
形成一种精神。通过18年的研究,“太行”形成了“执着、创新、超越”的精神。所有参研人员都充满了对祖国航空事业的热爱,始终以高度的敬业、奉献、创新和严谨的科学态度,努力工作,刻苦钻研,全心全意投入到型号研制中。
在“太行”发动机的研制过程中,遇到了风扇第一级工作叶片断裂等200多项技术难题和故障。采取了许多措施来解决这些问题,如改变“肩”的设计,改进榫的设计和采用阻尼。轴承故障,通过改善润滑解决故障。汽轮机后支点润滑油回油温度高的问题主要是在“空气系统”中采取措施解决的。
在“太行”发动机研制过程中,在设计上注重维修性,采用单元结构设计技术,建立完备的状态监测手段,提供便利的保障设施。在几个关键部件的重大设计中,我们进行集成创新,在预研的基础上选择了数十种新技术、新材料、新工艺,将预研成果与型号研制相结合,攻克了多项技术关键,在不断增加工程经验的同时,掌握了发动机的国际先进设计技术。“太行”发动机自行设计过程中采用的新技术包括进口变弯度导叶的三级风扇跨音速气动设计;具有复合倾斜弯曲和扭转的两级低压涡轮的三维气动设计:低压涡轮两级导叶为空心三重整体精密铸造结构,与高压涡轮反向旋转,效率达到国际先进水平。太行发动机复合材料外涵机匣是复合材料技术在国产航空发动机上的首次应用。复合材料外涵箱重量减轻30%;加力燃烧室为“平行进气”式,工作范围广,重量轻,流体损失小。分区域分压供油方案保证了发动机工作包线内的可靠点火和稳定性。尾喷管设计为全无级可调收敛扩散喷管,填补了国内空白。
“太行”发动机的研制成功,为我国未来航空军用发动机的发展指明了方向:一是要加强基础研究工作。我国发动机设计队伍基础研究和基础理论薄弱。因此,势必要求我们提前关注新设计、新材料、新工艺,对结构、部件、工艺进行大量的研究和试验。二是实现新机研发过程中硬件生产的快速响应。新型发动机的研制要分几批,中国现在走一批大概要3到4年。在一些发达国家,发动机的生产时间只有6至9个月。如果我们的硬件生产周期能够缩短,太行发动机的研制成功将会大大提前。第三,坚持不懈地加强发动机开发人才队伍建设。从航电一所的情况来看,技术人员的绝对数量少,占整个所的比例也小,不能适应发动机发展新形势的要求,这支队伍要进一步扩大。
激情超越理论创新
中国一航黎明航空发动机(集团)有限公司是中国航空发动机的主要制造商,他们对技术创新有着深刻的认识和独特的见解。
总经理林左鸣在黎明公司工作期间,创立了以汽轮机制造技术为核心制造技术,带领公司走上了科技创新兴企之路。首航曙光的技术来源有三种,即自主创新、技术引进和合作开发,形成了多种形式技术来源相结合的创新体系。
同时,亿航黎明非常重视军用航空发动机的研发和生产,也非常重视国际合作。从80年代初开始,转包生产从军用生产线上的小零件小规模生产发展到建立专业化的转包生产工厂,产值也从最初一年的几万美元增长到现在的几千万美元。国际合作促进了科技创新能力的提高,向世界先进航空发动机企业学习了很多技术和管理经验。
亿航黎明研制生产“太行”发动机所用材料已立足国内并实现国产化,在材料攻关方面取得了一定成绩,但也存在一些问题:新机研制周期长。试制和批生产混在一起,设计和工艺协调不够,技术质量问题得不到及时有效的处理,使得科研试制计划无法按节点实现;新材料的工艺性能需要进一步提高。GH4169合金压气机和涡轮盘的性能丰富度仍然较小,盘的性能和显微组织在某些情况下达不到标准要求。新技术和新结构需要持续改进。缩放喷管是大型薄壁精密铸件,对冶金质量和铸件尺寸要求高,研制初期合格率低。针对以上问题,一航黎明组建了项目专家“国家队”,打破行业壁垒,强强联合,优势互补,享受成果,结合型号研制迎接挑战,坚决攻克技术难关。
亿航黎明董事长庞伟认为,企业的长期竞争力只能建立在自主产品创新的基础上,并将技术创新视为决定公司生死的生命线。面对日益激烈的市场竞争,拥有自主核心技术,打造自主品牌,已经成为公司生死存亡的决定性因素。
亿航黎明作为航空发动机企业,主要生产航空发动机、系列燃气轮机和航空转包件。公司拥有多项核心技术专长,如航空发动机装配调试技术、机匣精密数控加工技术、冷轧及无余量叶片加工技术、特殊工艺焊接技术、热喷涂表面处理技术等。面对这么多复杂的工作现场,公司确立了三个层次的技术创新:一是面向世界,博采众长,高起点进行技术改造,保持技术装备的领先地位;二是面向市场,不断开发研制高技术含量、高附加值的新产品,保证高质量、低成本;三是面向未来,抢占航空制造技术制高点,进行自主创新,以先进研究为先导,确保航空制造技术的先进性。
变革是技术创新的核心。在过去50年的技术发展中,亿航黎明积累了大量优秀的技术。从知识宝库中吸取精华,分析其发展规律,就可以确定技术的发展方向。
跨越是技术创新的“支点”。目前,虽然一航黎明已经具备了三代航空发动机的研制和维修能力,但为了快速提升自身的技术创新水平,公司正在大力开展四代机前沿技术的研究。
集成是技术创新的重要方法。近年来,亿航黎明通过加强北京、上海、大连、俄罗斯的技术分中心建设,建立了院士工作站和博士后工作站。与航材一院共建“国防科技工业精密铸造技术研究与应用中心”;公司独立与北航联合成立“曙光-北航* *建筑试验基地表面工程中心”;参与“国防科技工业自动焊接技术研究与应用中心”,构建优势互补、资源共享的技术研发创新体系,进行合理强强重组,形成强大的研发力量。目前,公司技术创新体系已形成先进研究层、产品设计和工艺制定层、现场指导服务层三级体系,不断强化产品改进和改型设计能力以及对市场需求的加速响应能力。
首飞在即,我们将进一步夯实发动机制造的技术基础,增强发动机改进、延寿和可靠性增长的能力,努力提升整体水平,建立完善的集产品研发、工艺试验和快速反应于一体的技术创新体系。
为完善技术创新体制机制,亿航黎明搭建了四大平台,形成技术创新合力。
搭建技术输出平台。以技术中心为主体的技术输出平台,开展前沿技术的预研和技术升级。
搭建专业的COE平台。将部分产品、工艺、工装设计方面的专业人员输送到生产线上,充实生产单元的COE,形成基于专业开发和零件典型特征的生产单元专业化技术应用体系。
搭建快速反应平台。第一步,整合资源,通过创造性地再造工作流程和管理机制,实现工装和部分零件的快速响应。第二步,依托国家工程应用中心重点型号和技术改造,建设快速反应的基础科研和实验设施。
搭建技术创新平台。突破整体叶盘制造、粉末冶金盘加工、宽弦风扇叶片制造、无余量单晶精密铸造、新型密封结构件制造、复合材料构件加工、新型热障涂层涂装等关键技术。
“太行”发动机的研制成功,标志着我国已进入世界航空强国行列。是改革开放为航空发动机行业指明了方向。是航空报国自力更生、自主创新理念的丰硕成果。是激情进取精神奏响的时代强音,是几十万航空儿女献给祖国的一束鲜花。
“昆仑”和“太行”两款新型发动机的研制成功,凝聚了中国航空工业和国家各方面的力量。他们的贡献,如雄伟的昆仑,无边的太行,必将激励航空人勇往直前。