昆仑山的细节
自1956沈阳航空发动机厂成功仿制第一台涡喷-5发动机以来,我国航空发动机工业一直以仿制和改进他国发动机为主。虽然自己研发过几款发动机,但都因为各种原因中途夭折了。昆仑发动机的研制成功,标志着我国真正完成了航空发动机设计、试制、试验、试飞的全过程。
中国航空工业发展的里程碑。
昆仑发动机是由沈阳发动机设计研究院、中国航空工业第一集团公司、沈阳黎明航空发动机集团、Xi安航空发动机(集团)有限公司、贵州红林机械有限公司等34家单位联合研制的涡喷发动机,经过数百次严格的地面试验和空中飞行试验,该发动机于2002年7月由国家军品定型委员会正式批准设计定型。
昆仑发动机是我国最先进的中等推力军用涡喷发动机,可用于歼7、歼8系列飞机。该发动机在性能和使用寿命上仍有发展潜力,其发展类型也能满足中国空军对中大推力级涡喷发动机的需求。它的研制成功,标志着中国航空发动机从测绘仿制、改进改装进入了自主发展的新阶段,结束了中国长期无法自主研制航空发动机的历史,也标志着中国航空发动机设计翻开了自主发展的新一页。
昆仑发动机是沈阳发动机设计研究院研制的第一台中等推力加力涡喷发动机,全面执行国家军用标准《航空涡喷和涡扇发动机通用规范》(GJB241-87)。昆仑发动机的研制成功是中国航空工业发展史上的里程碑。
新技术的结晶
昆仑发动机完全按照最严格的国家军用标准研制。它通过了几乎苛刻的地面试验和长期飞行试验,具有更好的性能、更高的可靠性、耐久性和发展潜力。
相比仿制发动机,昆仑发动机从设计、制造、试验、试飞到定型的全过程,任何技术细节和设计思路都非常清晰。
复制一个引擎的过程好像是摸着石头过河,存在知其然不知其所以然的现象。所以一旦出现问题,我们往往要回去重新找出设计思路。而且由于仿制的原型机发动机技术已经过时,在提高性能方面的基础限制,往往很难采用更新的技术。为了提高发动机的性能,有时需要牺牲发动机的结构强度储备和安全寿命储备,影响了发动机的可靠性。
昆仑发动机的强度和使用寿命是严格按照国家军用标准的要求设计的。其低周疲劳寿命试验以两倍的指标进行,使得发动机寿命远高于现款车型,性能大幅提升。
在指标要求严格、试验设备缺乏、研制经费紧张等不利条件下,昆仑发动机各研究所历尽艰辛,顽强拼搏,历时10余年。他们先后攻克了高低压压气机不匹配、高压涡轮叶片断裂、振动、大M数高空喘振停车、高空小米速切断加力停车等几十项重大关键技术,排除了地面试验和空中飞行试验中的上百次故障。根据研制任务书、型号规格和空军附加试验要求的规定,全面完成了地面考核试验和空中飞行试验,设计定型,具备装备中国空军的条件。在整个研制过程中,已经完成了603个部件上万小时的试验,整机进行了上千小时的试验和大量的空中飞行试验。试验项目之多、范围之广、难度之大,在国内航空发动机发展史上前所未有。
昆仑发动机在继承成熟技术的基础上,采用了定向凝固、无余量精密铸造、复合材料冷却空心涡轮叶片等近40项新技术、新材料、新工艺,在世界先进发动机上都有应用。这些技术的应用,使我国在同等材料水平下,有效提高了涡轮前温度,大幅提高了发动机的推力。
同时,昆仑发动机还采用了环形燃烧室、先进陶瓷涂层、数字防喘振系统、状态监测等技术,有效提高了发动机的稳定性和可靠性,单位推力和单位迎风面积接近80年代中期世界先进水平。
改进和修改以满足不同的需求
实践证明,航空发动机的改进具有投资少、风险小、研制周期短的特点,能够快速满足客户的需求,使制造商在市场竞争中占据有利地位。西方四大发动机制造商都采用这种方法研制航空发动机。中国昆仑发动机的研制也在使用这种方法,并开发了几种改型。
昆仑一号是原型机的1变种,性能与原型机相同。为了满足飞机的要求,对外部机匣、附件和管路进行了适应性改进。
昆仑ⅱ是在昆仑原型机基础上发展起来的推力增加型。它在不牺牲发动机可靠性、耐久性和工作裕度的前提下,利用先进技术增加发动机的空气流量,提高其部件的效率,减少空气泄漏和流体损失,从而大大提高发动机推力,降低油耗。此外,为了提高昆仑ⅱ的先进性,提出了数字式电子调节系统。
为了验证昆仑ⅱ的技术可行性,早在几年前,沈阳黎明航空发动机集团公司和沈阳发动机设计研究院就开展了关键部件和关键技术的试验研究,并取得了很大进展。2002年3月,一台昆仑二号验证机在已经工作了350小时的昆仑一号基础上进行改装。发动机的首次装配和试车进展顺利。经过6小时36分钟的初步调试,发动机性能达到或超过设计指标,试车数据重复性好。
测试表明,昆仑ⅱ的性能已经达到或超过了设计指标。发动机推力大幅提升的同时,油耗率大幅降低,发动机经济性显著提升。在相同的载油量下,可以增加飞机的航程和作战半径。在一台原型机改装验证机上,第一次试车的性能就超过了设计值,这说明发动机的性能还有一定的裕度。昆仑ⅱ依然保留了维修性好、寿命长、左右发动机可互换的优点。当飞机对发动机推力有较大需求时,用昆仑二代替换现在歼7、歼8飞机的发动机很容易。
昆仑ⅱ推重比7∶1,最大外径882mm,总长4635mm。
昆仑的另一个产品是QD-128中功率燃气轮机。具有功率大、效率高、体积小、污染少、运行可靠、价格低等特点,可用于发电或热电联供、地面输气增压站,也可用于船舶动力。其主要设计性能参数见表2。QD-128工作可靠性优异,使用寿命长,燃气发生器大修间隔不低于6000小时;动力涡轮大修间隔为20000小时;动力涡轮的总寿命为100000小时;气体发生器的总寿命为40,000小时。