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1、航空發(fā)動機被稱為研發(fā)制造難度最大的現(xiàn)代工業(yè)造物,這么難造嗎?
2、世界上最
本篇文章給大家談談《ej200航空發(fā)動機水平》對應的知識點,希望對各位有所幫助。
本文目錄一覽:
- 1、航空發(fā)動機被稱為研發(fā)制造難度最大的現(xiàn)代工業(yè)造物,這么難造嗎?
- 2、世界上最著名的航空發(fā)動機
- 3、EJ200的推力沒有AL31大 為什么都說比AL31好?
- 4、對戰(zhàn)斗機發(fā)動機來說 推比重要還是推力更重要?EJ200比M88先進在那里?
航空發(fā)動機被稱為研發(fā)制造難度最大的現(xiàn)代工業(yè)造物,這么難造嗎?
航空發(fā)動機(尤其是軍用)要在非常有限的體積內追求極致的性能,需要更尖端的材料和更精細的設計,材料能滿足幾百至幾千小時的穩(wěn)定工作就可以了。三轉子(三軸)發(fā)動機的是英國羅爾斯·羅伊斯,比如羅羅以前的RB211系列和目前的瑞達系列。
法國沒有能力搞先進航空發(fā)動機,目前有能力搞先進航空發(fā)動機的只有兩個國家三個公司,即英國的羅羅,美國的GE和普惠,效率,推力和涵道比,增壓比,渦輪前溫度都有匹配關系。渦輪前溫度越高,匹配的總增壓比會提高,民用大涵道比發(fā)動機涵道比盡量增大,匹配的風扇亞比會降低,軍用小涵道比是盡量提高渦輪前溫度,它的要求和民用不同。感覺已經到了現(xiàn)有常用材料的瓶頸了,鎳基合金承載溫度從700升到1000℃提升的比較快,到1100℃再往上就很難了。1400℃是鎳基合金的熔點范圍,現(xiàn)在已經0.8Tm了,更高的溫度只能指望陶瓷葉片或復合材料葉片了。
現(xiàn)在的航空發(fā)動機有離心式和軸流式
地面燃氣輪機希望實現(xiàn)高效率、低成本、耐久性和長時可靠性(溫度相對低一點,要求材料在更長時間的(10萬小時級)穩(wěn)定運行),對體積要求相對低一點。地面燃氣輪機工況相對穩(wěn)定(比如電站),材料能使用更長的時間;而航發(fā)工況更復雜(起飛、爬升、巡航、劇烈機動)導致材料失效更快。這兩個領域要做好的話,都需要幾十年的持續(xù)投入和積累。如果德國和日本要搞先進航發(fā)的話,不少東西也是得從頭開始。戰(zhàn)后德國的人才流失嚴重,國防工業(yè)也被壓制。此外也存在需求不足的因素。畢竟歐洲要直面蘇聯(lián)的壓力,MD在歐洲防務是很上心的,歐洲人只要想要,總能從美國人那里搞到配備先進航發(fā)的戰(zhàn)斗機。德國雖然在燃機領域頗有建樹,但是航發(fā)和燃機的差異還是很大的,沒有足夠的驅動力,幾大巨頭們也不愿走這條無止境燒錢的路。
MTU利用自己在燃機領域積累的雄厚實力,參加了不少航發(fā)的國際合作,大多負責壓氣機和低壓渦輪部分;核心機一般都是交給美英的合作中完成,這也算是術業(yè)有專攻吧。臺風配備的EJ200好像也是RR負責核心機,德國人搞壓氣機??湛偷暮桨l(fā)都是固定的幾家采購,RR(trent系列)、GE和PW(GP系列)或者一些合作成立的公司(像IAE的V2500),德國可能還是以參與為主。自然科學,和工業(yè)是可以積累一步一步往前走,所謂后人站在巨人肩膀上。接下來二流的人才從事商業(yè)貿易,三流的進了IT行業(yè)。那搞技術的,認清形勢以后還能堅持的就只有四流的了。最后的最后,把科研落實到生產的現(xiàn)場工人,他們是被很多人看不起的,航發(fā)卻要通過他們的雙手生產,組裝,調試。
這長圖片更直觀
我個人認為航發(fā)追求的是極端惡劣條件下(高溫高壓高應力)保證長期的、穩(wěn)定的、極端的性能。這個高溫就難倒了很多領域:半導體工業(yè)有很多技術難點,但是常溫或100~200℃左右的問題起碼可以通過各種常見設備(SEM,TEM,F(xiàn)IB,3DAP等等)進行研究,實驗方法也是成熟的,即使是原位研究是可能的。而在航發(fā)中,如高速(甚至是超音速)氣流中的燃燒問題、材料在極高溫度下(1000℃)的蠕變以及相變過程的原位研究等就是用現(xiàn)有手段難以實現(xiàn)的。
對物理過程的認識和工程方面的實踐都存在巨大困難的前提下,還要不斷推進技術前沿,我認為是能稱得上最難。準確來說是風扇帶動的外涵氣流產生了超過整機80%以上的推力,單個葉片上的氣動載荷超過2噸,而工作時的離心載荷更是達到13噸以上,而GE90-115B的復合材料+鈦合金包邊葉片更是作為工藝品在博物館展出(具體哪個博物館想不起名字了),而作為GE90的后輩GEnx將風扇葉片減少至19片,其單片葉片所承受的氣動載荷更大(具體數值沒有查過)。
馬赫數較低的階段,渦扇發(fā)動機效率高
渦輪其實是個能量轉換的部件,就像水輪機的渦淪把水流的勢能轉換為發(fā)電機轉子的動能再來發(fā)電。航發(fā)渦輪是把燃油燃燒產生的熱能轉化為渦輪旋轉的動能,繼而帶動風扇和壓氣機產生推力。渦輪溫度越低,燃油的熱能散失的越多,轉化效率越低,所以這是沒辦法的事情。合金葉片對高溫的承載能力有限,可不可以換種思路,將材料的研究著力于耐高溫涂料上,高溫涂料經過特殊的工藝處理能達到很好的效果,可以減少對金屬材料的依賴,轉而在涂料材料上去的巨大突破。目前來看,未來可能的替代材料是陶瓷基復合材料(CMC),它的溫度能比金屬高很多,甚至不需要涂層,但是還有很多問題需要解決。據說GE搞過實驗,結果我還不了解。這應該還是很有希望的一條路。
發(fā)動機材料不是任何東西都離不開鐵,而是鐵作為雜質不太好完全消除,而且現(xiàn)在國內的鎳基高溫合金國軍標鐵含量也已經可以降低到0.05%,實際產品鐵含量更低。而且也不是所有的鎳基高溫合金都不含鐵,比如發(fā)動機中用量最大的IN718合金,是含有18%的鐵,因為鐵便宜。還有,發(fā)動機材料選用鎳基而不是鐵基最主要的原因并不是鐵的蠕變溫度問題,而是因為鐵會發(fā)生同素異構轉變,鎳則不會。此外,鈷基材料是更好的高溫結構材料,但鈷價格太昂貴,所以綜合來說鎳基材料是最優(yōu)的。航空發(fā)動機為了進氣順暢,是沒有致密濾網這種東西的,最多在入口安裝慣性或者離心分離器。只有地面裝備的燃氣輪機如M1 Abrams裝備的AGT1500燃氣輪機,出于使用環(huán)境需要,才會加裝濾網,不過M1每次大修發(fā)動機時,會發(fā)現(xiàn)許多壓氣機葉片都被沒過濾干凈的沙粒打出凹坑或者邊緣受損。
早期的風扇是窄弦風扇,由實心鈦合金鍛造而成
俄羅斯(前蘇聯(lián))很擅長利用系統(tǒng)工程理論,將一個個不夠先進的零部件整個成為整體性能突出的產品,最典型的莫過于前蘇聯(lián)米格25殲擊機。和歐美同類軍工產品相比,俄羅斯的相關產品具有易于維護,粗獷的特點。不能說精良的、精密的就一定是好的,各有各的優(yōu)點。二戰(zhàn)時期的蘇德戰(zhàn)場將兩種風格的優(yōu)缺點暴露無遺:德式坦克(虎式、豹式等)做工十分精良,制造工藝在當時相當先進,但對維護的要求很高,產量低,在惡劣的蘇聯(lián)冬季氣候中無法有效發(fā)揮自身的效力;反觀蘇式坦克(如T-34),結構簡單,可利于大規(guī)模制造,操作更簡單,斯大林格勒拖拉機廠的工人在生產出一臺T-34后自己就駕駛著上戰(zhàn)場了。隨著戰(zhàn)事的不斷進行,德軍裝備戰(zhàn)損嚴重,不能得到及時補充,而蘇軍的裝備源源不斷涌向戰(zhàn)場,最后德軍被活活拖垮。
所以,極端追求設備的先進性成為很多人的誤區(qū),如何是現(xiàn)有設備發(fā)揮最大效力可能是需要重點解決的問題。飛天巡洋,動力先行,航發(fā)技術關乎國家軍事力量,是各國最精尖端技術的集合,其面臨的問題之廣之繁之困難,試驗成本之高是難以想象的,比如渦噴發(fā)動機燃燒室溫度越高性能越好,但哪種材料怎樣處理可以在如此高溫下的使用就成為了絕對屏障,因為不可能去窮舉試驗。航發(fā)看似粗曠實則精密之極。
航發(fā)和燃氣輪機的做功過程是布雷頓循環(huán)
開發(fā)新材料的腳步從未停下,只是在這種環(huán)境下滿足要求的材料確實比較難開發(fā)?,F(xiàn)在也有脈沖爆震和超燃沖壓發(fā)動機的研究,但是在跨音速段,渦扇確實是非常有優(yōu)勢。希望以后能有反重力引擎吧。內流空氣系統(tǒng)對維持發(fā)動機瞬態(tài)工作條件的穩(wěn)定十分重要,如果稍有閃失就可能導致部件局部過熱或者零件間隙偏差過大進而影響性能甚至導致安全事故。鈦合金一般用在風扇和壓氣機葉片,工作溫度比較低,正常情況下不會發(fā)生鈦火。我以前看過一篇關于鈦火的論文,主要原因一方面是外物撞擊等造成的劇烈摩擦、沖擊導致壓氣機鈦合金葉片發(fā)生鈦火;另一方面就是喘振等導致高溫氣體從燃燒室反向沖到壓氣機,導致葉片發(fā)生鈦火。
為了提高航空發(fā)動機性能,RR搞的三轉子發(fā)動機,pw搞的是齒輪傳動,目的都是解藕中壓渦輪或低壓渦輪與風扇或中壓壓氣機的轉速(傳統(tǒng)設計,他們是在一根軸上)。大函道比發(fā)動機風扇要求葉尖盡量不超音,而風扇直徑很大,所以風扇轉速不能太高,否則效率惡化。低壓渦輪增好相反,轉速越高效率越高。一個繩子栓了兩螞蚱,只能互相妥協(xié)。我比較關心航發(fā)的軸承使用和維護,以現(xiàn)在高氮合金鋼軸承(內外圈)氮化硅(陶瓷球滾動體)還是無法滿足航發(fā)的實際工況溫度要求。
那就需要潤滑系統(tǒng)的補充,首先是滿足高速、高溫、高負載(高扭矩)能形成良好油膜,其次需要潤滑油交換帶走熱量,并冷卻后輸回(油路循環(huán)系統(tǒng))。軸流式更適合多級排列,提高壓氣比,但是相應的就出現(xiàn)了空氣倒流的可能,所以引入了可調靜止葉片的概念,和放氣活門的概念防止喘震,另外n1 n2轉子的速度匹配也要精確控制,因為n1可以認為空轉,而n2卻要帶動其他附件轉動,所以轉子間的速度匹配也十分困難,就更不用說Rb211及其后來的三轉子系列了,所以能搞三轉子技術的公司很少。
壓氣機采用轉子+靜子的結構
但為什么一定要搞三轉子呢?因為三轉子相對于2轉子壓氣機的壓縮過程更平滑,更加不容易喘震、也就是說可以提高壓氣比,從而提高渦輪錢燃氣總壓,提高推力,換句話說,如果難度不大,轉子越多可能從某一角度說,發(fā)動機將會越好。
航空發(fā)動機經歷了活塞,渦噴,渦扇三代了,渦扇的潛力也基本到頭了,新一代超燃沖壓以及爆轟發(fā)動機我們和西方站在同一起跑線上,雖然我們基礎方面還是會差一點,但是靠著集中力量辦大事的優(yōu)勢,下一代發(fā)動機上和美英比肩還是很有可能的。
世界上最著名的航空發(fā)動機
航空發(fā)動機為我們的載人航天航空事業(yè)提供動力,航空發(fā)動機也是人類史上非常重要的發(fā)明之一,那么世界上最著名的航空發(fā)動機有哪些?以下是我整理的航空發(fā)動機相關內容,歡迎閱讀!~
世界上最著名的航空發(fā)動機
第一名:F135渦扇發(fā)動機 國家:美國
F135渦輪扇發(fā)動機由美國普拉特·惠特尼公司研制的新型發(fā)動機,最大推力超過18噸(4萬F135渦輪扇發(fā)動機磅)。 F-135發(fā)動機是在F-119(F-22戰(zhàn)斗機使用)的基礎上發(fā)展研制而成。由于海軍陸戰(zhàn)隊與英國皇家海軍預計采用的F-35B必須能夠垂直起降,因此F-135也可以加上向下彎折的矢量推力噴嘴。
F135渦扇發(fā)動機
但是這個噴嘴只有在垂直起降的場合使用,可以大大地縮短起飛/降落距離。其他F-35則不使用這項設計。
F135使用了F119的核心機,配合高效的6級高壓壓氣機,1級高壓渦輪和高效的風扇(由一個2級的低壓渦輪驅動)。F135采用了BAE系統(tǒng)公司的全權數字式發(fā)動機控制系統(tǒng)(FADEC),為了提高發(fā)動機的可靠性和可保障性,F(xiàn)135大量采用外場可替換部件(LRC),其零部件數量比F119減少了大約40%。
該發(fā)動機主要裝備的是F35戰(zhàn)斗機
按照計劃.F135一PW一100將作為F-35A空軍型的動力系統(tǒng);F135一PW一400將作為F-35C海軍型的動力;而F135一PW一600將作為F-35B海軍陸戰(zhàn)隊型的動力。
F135發(fā)動機推比10.5、加力推力19噸級別、軍推13噸級別、質量1700千克,其19噸的加力推力目前沒有任何實際裝備戰(zhàn)斗機的加力式渦扇發(fā)動機能夠企及。
不過值得一提的是,F(xiàn)135相對于F119雖然推力大幅度提高,但是實際上是在同樣核心機基礎上用流量、高速性能換推力。F135雖然推力超群,但是其高速性能卻是下降的。
第二名:F119渦扇發(fā)動機 國家:美國
F119是普·惠公司為美國第四代戰(zhàn)斗機研制的先進雙轉子加力式渦輪風扇發(fā)動機,其設計目標是:不加力超音速巡航能力、非常規(guī)機動和短距起落能力、隱身能力(即低的紅外和雷達信號特征)、壽命期費用降低至少25%、零件數量減少40~60%、推重比提高20%、耐久性提高兩倍、零件壽命延長50%。在80年代初確定的循環(huán)參數范圍是:涵道比0.2~0.3;總增壓比23~27;渦輪進口溫度1577~1677℃(1850K~1950K);節(jié)流比1.10~1.15。
在F119上采用的新技術主要有:三維粘性葉輪機設計方法、整體葉盤結構、高紊流度強旋流主燃燒室頭部、浮壁燃燒室結構、高低壓渦輪轉向相反、整體式加力燃燒室設計、二元矢量噴管和第三代雙余度FADEC。此外,還采用了耐溫1070~1100℃的第三代單晶渦輪葉片材料、雙性能熱處理渦輪盤、阻燃鈦合金Alloy C、高溫樹脂基材料外涵機匣以及用陶瓷基復合材料或碳-碳材料的一些靜止結構。
美制F119渦扇發(fā)動機
在研制中,注意了性能與可靠性、耐久性和維修性之間的恰當平衡。與F100-PW-220相比,F(xiàn)119的外場可更換件拆卸率、返修率、提前換發(fā)率、維修工時、平均維修間隔時間和空中停車率分別改進50%、74%、33%、63%、62%和29%。新的四階段研制程序和綜合產品研制方法保證發(fā)動機研制結束時即具有良好的可靠性、耐久性和維修性并能順利轉入批量生產。
F119發(fā)動機主要裝備F22
在研制中,為滿足提高推力的要求而增大風扇直徑,還遇到了風扇效率低、耗油率高和低壓渦輪應力大的問題。預計,1994年中開始初步飛行試驗,此時F119將再積累3000地面試驗小時。1997年交付第1臺生產型發(fā)動機,裝F119的F-22戰(zhàn)斗機將于2002年具備初步作戰(zhàn)能力
它是裝備在F-22A戰(zhàn)斗機上的F119-PW一100發(fā)動機的改進型號。其最大推力達191.3千牛。超過了F119-PW一100的最大推力(156千牛,約15.8噸)多達20%;F135的最大軍用推力達到128千牛,而F119-PW一100的最大軍用推力僅為104千牛。因此,F(xiàn)135是有史以來最為強勁的戰(zhàn)斗機發(fā)動機。
第三名:WS-15渦扇發(fā)動機 國家:中國
WS-15全稱渦扇15'峨眉' 渦扇發(fā)動機,是為我國第四代重型/中型戰(zhàn)斗機而研制的小涵道比推力矢量渦扇發(fā)動機。WS-15主要用于雙發(fā)重型隱身戰(zhàn)斗機殲-20。WS-15由606所、624所、614所、410廠、430廠和113廠等單位專家組織研制。'峨眉'航空發(fā)動機的技術驗證機在2006年5月首次臺架運轉試車成功。這標志著我國在自主研制航空發(fā)動機的道路上又實現(xiàn)了歷史性跨越,在研制我國第四代中型戰(zhàn)斗機的征程上邁出了堅實的一步。2011年中航黎明完成了ws-15驗證機的交付。保節(jié)點是2020年完成研制。
WS-15渦扇發(fā)動機模型
WS-15全稱渦扇15“峨眉” 渦扇發(fā)動機,是為我國第四代重型/中型戰(zhàn)斗機而研制的小涵道比推力矢量渦扇發(fā)動機。由606所、624所、614所、410廠、430廠和113廠等單位專家組織研制?!岸朊肌焙娇瞻l(fā)動機的技術驗證機在2006年5月首次臺架運轉試車成功。
殲20戰(zhàn)機未來將配備渦扇15發(fā)動機
這標志著我國在自主研制航空發(fā)動機的道路上又實現(xiàn)了歷史性跨越,在研制我國第四代中型戰(zhàn)斗機的征程上邁出了堅實的重大一步。2007年3月原形機首次臺架運轉試車成功,預計2013年3月發(fā)動機完成設計定型試驗,2014年7月生產型發(fā)動機定型。
按照飛機任務要求,“峨眉”航空發(fā)動機在循環(huán)參數選擇上采用較高的渦輪進口溫度、中等總增壓比和比較低的涵道比。采用的新技術主要有損傷容限和高效率的寬弦葉片、三維粘性葉輪機設計方法、整體葉盤結構的風扇和壓氣機、單晶氣冷渦輪葉片、粉末冶金渦輪盤、刷式封嚴、樹脂基復合材料外涵機匣、整體式加力燃燒室設計、陶瓷基復合材料噴管調節(jié)片、三元矢量噴管和具有故障診斷和狀態(tài)監(jiān)控能力的雙余度式全權數字式電子控制系統(tǒng)。發(fā)動機由10個單元體組成。
第四名:AL-41渦扇發(fā)動機 國家:俄羅斯
L-41F發(fā)動機是留里卡-土星公司的產品,將成為俄第五代戰(zhàn)斗機通用的發(fā)動機。該發(fā)動機的發(fā)展基礎是留里卡設計局開發(fā)的AL-31系列, 1985 年開始研制, 總設計師是車金博士。為適應第五代戰(zhàn)斗機的要求,AL-4lF 的推力有大幅度增加,其最大狀態(tài)推力約12000 千克(117.6千牛),加力推力的一般說法是不低于17857千克(175千牛),具體數字有18500 千克(181.3千牛)和20000千克(196千牛)等說法。
不管哪一種數據,AL-41F的加力推力都高于F119-PW-100 ( F-22A的發(fā)動機)的16000千克( 156 AL-41F-1S(117S)發(fā)動機千牛)級,按照俄羅斯標準計算其推重比超過11(按照美國標準則約為10)。但是與F119發(fā)動機是不能比較的。因為F119發(fā)動機是以壽命設計為主,確保12000小時的壽命。而AL-41F發(fā)動機是以犧牲壽命設計,提高推力。對于AL-41F的壽命指標我們現(xiàn)在沒有數據。
AL-4lF 發(fā)動機進行展示
該發(fā)動機渦輪前溫度為1828K ,低干Fll9-PW-100 、M88-1 . M88-2 (后兩者是“陣風”的發(fā)動機)的1977K 、1843K 和1850K ,但比AL-3lF、F100-PW-100和F110-GE-100的約1665K, 1672K和1644K 有很大提高,也高于EJ200 ( “臺風“使用的發(fā)動機)1803K 。這些性能數據說明它的確是一種典型的第五代發(fā)動機。
AL-41F也是俄羅斯第一種實現(xiàn)“全權限數字電子控制”(FADEC)的發(fā)動機,俄羅斯業(yè)已在AL-31FU上對FADEC 系統(tǒng)進行過驗證,而AL-3lF系列則一直采用液壓電子控制。
AL-4lF發(fā)動機(117S)已裝備到俄軍蘇35戰(zhàn)機
AL-4lF的FADEC系統(tǒng)與機上KSU-1-42 數字式電傳操縱系統(tǒng)交聯(lián),能夠根據飛行狀態(tài)自動調節(jié)發(fā)動機的工作,從而提高飛行效率和發(fā)動機工作的可靠性.由此可見米格-39 已經具有了“綜合飛行/推力控制系統(tǒng)”(IFPCS) ,下一步應該是將其與火力控制系統(tǒng)(FCS)交聯(lián)在一起,實現(xiàn)綜合火力/飛行/推力控制系統(tǒng)(IFFPCS) 。
這一點俄羅斯專家在其1999年以前公開的第五代戰(zhàn)斗機討論中并未提及(其討論側重于各分項目應當具有的指標與特性),但它確實是真正的第五代戰(zhàn)斗機應當具有的特征,依賴干IFFPCS ,作戰(zhàn)飛機將能夠以最佳飛行時間、最佳任務航跡、最佳燃由消耗等為優(yōu)化目標自動對飛機進行能量管理,實現(xiàn)作戰(zhàn)過程全自動化,大幅提高其生存能力和作戰(zhàn)效能。
第五名:渦扇-10B太行發(fā)動機 國家:中國
行WS-10/10A相當于當初F100-PW-100階段,而太行改WS-10B則已經相當于當初F100-PW-220階段。太行改WS-10B發(fā)動機整體性能接近和部分超過F110-GE-129IPE (F110的性能改進型)WS-10B發(fā)動機在“太行”發(fā)動機的基礎上研制的,渦扇10B與渦扇10/10A之間的通用零部件達70%。使用通用部件不僅減小了研制的冒險性,還將顯著地減少后勤保障費用。
太行改WS-10B的核心機以“太行”核心機為基礎重新研制的,在設計過程中三大核心部件既高壓壓氣機、環(huán)形燃燒室、高壓渦輪等大量的參照并借鑒了AL-31F核心機的設計方法,結構細節(jié)設計和制造工藝. 大膽倡導采用了航空動力許多前沿設計技術成果和大量應用新材料、新工藝,從而突破了120余項關鍵技術。
中國展示的渦扇10發(fā)動機
重點圍繞WS-10B核心機的三大高壓部件既高壓壓氣機、環(huán)形燃燒室、高壓渦輪等的工程設計,試制與試驗以及其相關的強度、控制等系統(tǒng)進行綜合應用研究,研制過程遵循“部件試驗在前,整機試車在后.的原則,完成了大量的三大核心部件和子系統(tǒng)的試驗。
對核心機進行了大量的地面和高空性能試驗,對可靠性與耐久性方面的進行大量試驗,大幅度的提高熱端部件壽命。對其它部件、系統(tǒng)、成件等作了適應性改進,對附件位置、管線和防冰系統(tǒng)作了必要的修改。為減輕重量進一步擴大了鈦合金的應用范圍。對加力燃燒室和尾噴管進行優(yōu)化設計,采用新的耐高溫合金材料,改進冷卻設計,減輕重量 。
殲10B戰(zhàn)機未來將配置渦扇10B發(fā)動機
優(yōu)化設計了高壓渦輪葉片的結構細節(jié)設計,為不帶冠設計,強化氣膜加對流復合冷卻技術。利用增大空氣流量、提高部件效率、減少漏氣和損失等技術措施,來一定幅度的提高推力。風扇是采用后2級整體葉盤結構。由于運用三維計算流體力學進行設計,風扇效率顯著提高,壓比為3.6;采用整體葉盤,消除了燕尾槽和阻尼凸臺等處的應力集中,簡化了結構,減少了零件數,減輕了重量,減少了泄漏結構和系統(tǒng)。
加力燃燒室和尾噴管以及大部分發(fā)動機附件從“太行”發(fā)動機的設計方案衍生而來,并改進了冷卻技術和重新設計了部分結構設計,使結構更簡單,減輕了重量,提高使用壽命壽命、同時維修性也得到改善,降低了使用和維護成本,為適應J11B的機體,對附件位置、管線和防冰系統(tǒng)作了必要的修改。
第六名:AL-31FN渦扇發(fā)動機 國家:俄羅斯
AL-31F是由俄羅斯留里卡'土星'科研生產聯(lián)合體研制的帶加力燃燒室的渦扇發(fā)動機。該聯(lián)合體前身是留里卡設計局,組建于1946年,是前蘇聯(lián)的主要戰(zhàn)斗機發(fā)動機設計局。在上世紀60年代,留里卡研制了AL-21F系列渦輪噴氣發(fā)動機,其最大加力推力達11000daN。1970~1974年投入生產,廣泛用于蘇-17、蘇-20、蘇-22、蘇-24和米格-23戰(zhàn)斗機上。在AL-21基礎上,1976年(另一說法是1973年)留里卡開始研制AL-31F發(fā)動機。1985年該發(fā)動機研制達標后,用于蘇-27、蘇-30和蘇-35戰(zhàn)斗機。
AL-31F的結構形式是雙轉子加力式渦扇發(fā)動機。推力范圍:加力12250daN,中間7620daN。每臺價格300萬美元。AL-31F有一些改進型,其中包括帶矢量推力噴管的改進型AL-31FP發(fā)動機。
AL-31FN渦扇發(fā)動機進行展示
從總體上講,作為蘇-27戰(zhàn)機的專用動力裝置AL-31F發(fā)動機,其性能是優(yōu)良的,具有明顯優(yōu)勢。
(1)尺寸小,推力大。其渦輪具有有效的冷卻系統(tǒng)和良好的熱力學特性;壓氣機增壓快速,發(fā)動機結構緊湊,保證飛機有較高的推力和良好的機動性。
(2)穩(wěn)定性高。可使用在蘇-27飛機的各種飛行高度和速度下,即使飛機在以M2的速度進入平螺旋、直螺旋、翻轉螺旋和進氣道喘振的情況下,發(fā)動機工作仍然極其穩(wěn)定。喘振消除系統(tǒng)、空中自動點火系統(tǒng)、主燃燒室和加力燃燒室的再次啟動系統(tǒng)等可保證在使用機載武器時動力裝置的工作可靠性。
AL-31F發(fā)動機專門為蘇27戰(zhàn)機而研制的
(3)維修簡便。該發(fā)動機采用單元體結構,由14個單元體組成,因此,如果出現(xiàn)某些損壞,不需要全部更換,只替換下有故障的單元體即可。這樣,在使用條件下進行發(fā)動機維修時,可更換其中的6個單元體。
(4)使用壽命長。AL-31F可根據其技術狀況而使用,只要發(fā)動機還正常,就可以一直使用下去,而現(xiàn)代化水平的診斷設備可保證飛行安全。但其使用壽命也有一個限度,一般認為該發(fā)動機第一次維修前的使用壽命可達1000h,總使用壽命應該不少于10年。
第七名:EJ-2000渦扇發(fā)動機 國家:英國
EJ200是歐洲四國聯(lián)合研制的先進雙轉子加力式渦輪風扇發(fā)動機,用于歐洲聯(lián)合研制的90年代戰(zhàn)斗機EFA(現(xiàn)編號EF2000)。參加研制工作的有英國羅·羅公司、德國發(fā)動機渦輪聯(lián)合公司、意大利菲亞特公司和西班牙渦輪發(fā)動機工業(yè)公司,各占份額33%、33%、21%和13%。
1985年8月,先由英、德和意大利三國集團發(fā)起EFA計劃,同年9月西班牙加入該集團。1986年12月,負責EJ200發(fā)動機研制的歐洲噴氣渦輪公司(Eurojet Turbo GmbH)在慕尼黑注冊。1988年11月簽訂發(fā)動機研制合同,同時首臺EJ200設計驗證機在德國慕尼黑運轉。1989年12月,三臺設計驗證機共積累運轉650h,達到設計驗證機要求。1991年10月EJ200原型機首次運轉。計劃將制造20多臺原型機用于地面和飛行試驗。預計1996年可能交付生產型EJ200。
EJ-2000渦扇發(fā)動機
在發(fā)動機設計要求中,除要達到高推重比(10)和低耗油率外,特別強調高的可靠性,耐久性和維修性以及低的壽命期費用。例如:平均故障間隔時間大于100EFH*,空中停車率小于0.1/1000EFH,維修工時不大于0.5MMH**/EFH。
該型發(fā)動機主要裝備在臺風戰(zhàn)斗機
采用的新技術主要有:損傷容限和高效率的寬弦葉片、三維有粘的葉輪機設計方法、整體葉盤結構的風扇和壓氣機、單晶氣冷渦輪葉片、粉末冶金渦輪盤、刷式封嚴和具有故障診斷和狀態(tài)監(jiān)控能力的FADEC。在開始執(zhí)行EJ200研制計劃之前英國羅·羅公司專門研制了XG-40驗證機,以便在實際發(fā)動機環(huán)境下驗證新的設計技術。為EJ200打下技術基礎。
除歐洲戰(zhàn)斗機EF2000外,EJ200發(fā)動機其他可能的用途有:垂直/短距起落歐洲戰(zhàn)斗機2000、“狂風”戰(zhàn)斗機改裝、F/A-18、意大利馬基航空公司與巴西航空工業(yè)公司合作研制的AMX、“陣風”、巴基斯坦的F-7和印度的LCA戰(zhàn)斗機
第八名:M88渦扇發(fā)動機 國家:法國
M88-2發(fā)動機的結構為風扇3級,第一級帶凸肩。高壓壓氣機6級,采用三維設計技術,前3排整流葉片可調,在第4和第5級之間設引氣口,高級負荷。相比基于類似核心設計的F404發(fā)動機,M88-2少一級高壓壓氣機,其總壓比為24.5,F(xiàn)404則為26,同樣改進自F404的RM12也達到了27.5。由此可以看出,因為M88-2少一級高壓壓氣機給總壓比帶來了不利影響,不過級數減少也能部分減輕結構重量和幾何長度,適當縮小載機的發(fā)動機艙輪廓。
M88-2風扇壓大約在4以內,高于F404的3.641;而高壓壓氣機壓比則為6.125,低于F404的7.14。級壓比方面,M88-2為1.35,只略高于F404的1.324,更加低于RMl2??紤]到M88與F404的高壓段有很大的繼承性,兩者性能參數上的差異表明法國在壓氣機設計上仍然有所不足。
M88渦扇發(fā)動機進行展示
相比之下,F(xiàn)414發(fā)動機采用3級風扇、7級高壓,達到30以上的總壓比。EJ200發(fā)動機的總壓比為26,雖然不算太高,但只用了3級風扇、5級高壓結構,比同樣總壓比的F404減少了2級。
燃燒室采用了低污染的雙環(huán)腔帶多孔氣膜冷卻結構,與通用動力公司同系列產品的結構與特點類似。目前,蘇霍伊SSJl00支線客機已確定以M88核心機為基礎,發(fā)展SAM-146大涵道中等推力發(fā)動機。M88-2燃燒室上構造的特點,顯示了它身上有著無可否認的F101發(fā)動機血統(tǒng)。
M88發(fā)動機已裝備陣風戰(zhàn)斗機
渦輪部分高低壓渦輪均為單級結構,都使用氣膜冷卻,高壓渦輪葉片具備主動間隙控制,葉片材料使用AMl單晶合金。由于采用了高溫高負荷設計,其渦輪進口溫度高達1850K。
渦輪盤采用粉末冶金制造工藝,輪盤材料試驗型為Astroloy粉末冶金,生產型為N18合金。加力燃燒室為整體式,由中心單圈環(huán)形穩(wěn)定器和9根徑向火焰穩(wěn)定器組成。尾噴管為引射式,喉部面積和引射噴口面積均可調,噴口調節(jié)片用碳化硅基陶瓷材料制造。發(fā)動機采用雙余度全權限數字化發(fā)動機控制系統(tǒng)(FADEC),可在3秒內從怠速加速到全加力狀態(tài),在飛行包線范圍內無顧慮操作。外涵機匣則采用樹脂基復合材料PMR-15制造。
全機分為21個模塊設計,每個模塊都能由簡單工具拆裝更換,達到減少備件數量、快速更換、簡化維修程序和時間的目的,整機拆卸及維修總共只需4小時。
第九名:WS-13渦扇發(fā)動機 國家:中國
俄方負責培訓技術人員和部分工人,培訓完一批工人連設備一起運回,安裝調試進行生產,合理安排各部件生產進度,交叉并行進行。 由中俄雙方在 RD-33 的設計基礎上,對局部結構設計進行改良,命名為天山 -21,后請空軍司令員馬曉天中將命名為“泰山” 。引進了改良后的 RD-33 的大部分生產工藝設備對一條 WP-13 生產線進行技術改造
WS13 是在 RD33 的基礎上結合推比八的中推的技術而研制的小涵道比加力型渦扇。
三級軸流式寬弦實心鈦合金的風扇葉片,經兩極電化學處理的整體葉盤結構,風扇前有計算機控制的可變彎度導流葉片,擴大風扇穩(wěn)定工作范圍。8 級軸流式高壓壓氣機 ( 前三級為可調導流葉片 ) 單級低壓渦輪采用空心氣冷轉子葉片,單級高壓渦輪為單晶渦輪葉片和導向器葉片,環(huán)形燃燒室,有葉尖間隙控制的 空氣熱交換器,綜合數字式全權限控制系統(tǒng)。
WS-13渦扇發(fā)動機
齒輪箱和附件位于發(fā)動機的下方,具有性能先進的微型渦輪輔助動力裝置,大部分零部件可以利用RD-33的,部分只需略加改良,小部分是新研制的外廓尺寸相近。引進了改良后的 RD-33 的大部分生產工藝設備對一條 WP-13 生產線進行技術改造。
WS13A :大涵道比非加力型渦扇,涵道比 2.0 ,推力 10KN ,油耗 0.62 ,總壓比 23 ,渦輪溫度 1800K ,推重比14 ,大修間隔 800H ,壽命 2400H ,預計 2006 年開始批量生產,列裝機型: 中客 ARJ21 、中運。
WS-13渦扇發(fā)動機已裝備到梟龍戰(zhàn)機
WS13 泰山:用于 FC - 1 “ 梟龍 “ 、 FBC - 1 “飛豹” 后期動力。 WS13 是在 RD33 的基礎上結合推比八的中推的技術而研制的, 長 4.14 米,最大外直徑 1.02 米交付使用質量 1135 千克,發(fā)動機 加力推力 86.37 千克。
改型發(fā)動機加力耗油率為 2.02 ,不加力推力為 56.75KN ,不加力耗油率為 0.73 ,巡航推力 51.2KN ,巡航耗油率 0.65 ,進氣量 80kg/s ,涵道比 0.57 總壓比 23 ,大修間隔 810H ,渦輪進氣口溫度 1650K ,壽命 2100H ,推重比 7.8 。預計2012年開始批量生產。
第十名:RD-93渦扇發(fā)動機 國家:俄羅斯
RD-93型發(fā)動機是用于米格-29戰(zhàn)機的RD-33渦扇發(fā)動機的改進型,由俄羅斯圣彼得堡克里莫夫公司研發(fā),莫斯科切爾內舍夫機械制造廠正在量產。 RD-93發(fā)動機的推力較大,最大推力49.4千牛,加力81.4千牛,可使飛機在16500米的高度維持每小時2000公里的速度。
RD93發(fā)動機
RD-33是第一種量產型發(fā)動機,使用于MiG-29和MiG-29UB雙座教練型上。第一具于1976年開始出廠遞交飛機公司。第一代RD-33的翻修間隔(Time Between Overhall,TBO)為300小時,第二代之后提高至1600小時,第三代將可以達到2000小時。
殲31目前裝備的發(fā)動機就是RD93發(fā)動機
RD-33改良型,提升渦輪前的燃燒溫度,同時也提高推力輸出。使用在MiG-29K與MiG-29M上。
RD-93(俄文為PД-93)加力式渦輪風扇發(fā)動機是在RD-33(俄文為PД-33)的基礎上,為適應飛機設計的需要,將上置的附件機匣改為置于發(fā)動機下部的改進型,發(fā)動機中各部件的結構(除適應附件機匣位置改動而帶來的中傳動裝置中從動錐齒位置有變動外)兩型完全一樣。
EJ200的推力沒有AL31大 為什么都說比AL31好?
拜托,發(fā)動機的重要指標不是推力,而是推重比,油耗,可靠性等指標。破爛的AL31系列發(fā)動機推重比不到8,簡單說就是1公斤發(fā)動機的質量只能產生8公斤的推力,而EJ200的推重比是10以上,差距太大了,完全就是相差幾個技術層次的發(fā)動機。壽命,油耗,可靠性等更是EJ200絕對優(yōu)勢。要想和世界三大航空發(fā)動機制造商之一的羅爾斯羅伊斯比航空發(fā)動機,那也只有三大的其它兩家有資格。
對戰(zhàn)斗機發(fā)動機來說 推比重要還是推力更重要?EJ200比M88先進在那里?
推力和推重比不存在矛盾關系,也不存在取舍問題。
它們的關系是:推力=推重比×發(fā)動機質量×重力加速度。
這種關系有點類似于熱力學中的強度量和廣延量。所謂強度量,凡性質與物質的數量無關的稱為強度量,強度量不具有加和性。與強度量相對應的是廣延量,數量與強度量的乘積為廣延量,廣度量具有加和性。
典型如密度和質量,我們都知道:質量=密度×體積,這里密度就是強度量,而質量是廣延量,體積則是用來衡量密度數量的物理量。同樣體積和狀態(tài)的兩份氣體混在一起,密度并不會變化,但質量卻是兩瓶氣體相加。
類似的,推重比可以看成一種強度量,其只取決于發(fā)動機的設計和制造水平,而發(fā)動機的推力可以視為一種廣延量,在發(fā)動機推重比(技術水平)一定的情況下,推力隨著發(fā)動機尺寸的增加而增加。現(xiàn)實中,推力取決于裝機對象(飛機)的需要,需要的單發(fā)推力大,那么發(fā)動機就要做大些,所謂的大可能反應在各個方面,包括直徑,流量等。推力并不能反映發(fā)動機的先進性,因為落后的發(fā)動機可能做的很大,先進的發(fā)動機也可能做的很小。比如上世紀60年代的YJ-93發(fā)動機,推力可達14噸,但它是靠巨大的尺寸和重量換來的大推力,其推重比并不高,技術水平只是二代;相比之下,EJ200推力只有9噸左右,但推重比極高,重量非常輕,技術水平是四代。
所以推力不能用來衡量發(fā)動機技術先進的程度,除非再補上其他參數。相對而言,單位推力比推力更適合用來衡量發(fā)動機的性能水平,所謂單位推力,是指單位質量流量空氣所產生的推力。單位推力越大,表明發(fā)動機在進氣流量相同的情況下,可以產生更大的推力,這是衡量發(fā)動機做工能力的重要參數。
綜上所述,要看一個發(fā)動機是否先進,主要應該看耗油率、單位推力、推重比,其中前兩者主要由設計時確定的熱力參數決定,推重比除了跟熱力參數、還跟材料和制造技術相關。當然也有一些次要性能指標,比如壽命、可靠性、工作范圍、抗畸變能力、喘振裕度等等。
順便說句,單位推力和耗油率在某些情況下是矛盾的,對于渦扇發(fā)動機而言,一般來說,涵道比越大,耗油率就越低,但單位推力也越低。
EJ200作為航發(fā)大拿羅羅的得意作品,在材料、制造加工水平相近的前提下,EJ200各方面性能幾乎都比斯奈克瑪的M88高不少,其中很重要一點是壓氣機設計水平。EJ200用更少的壓氣機級數實現(xiàn)了比M88更高的壓比,更少的級數意味著更輕,更高的壓比意味著更高的熱效率和做工能力,更高的熱效率意味著更低的耗油率,更強的做工能力意味著更大的單位推力??梢哉f,M88性能最大的制約就是壓氣機,尤其是高壓壓氣機。作為法國人號稱的第四代發(fā)動機,其高壓壓氣機壓比為6.125,這個數甚至低于第三代的F404,本來M88研發(fā)時就借鑒了不少F404的技術結果還不如人家高,說明法國當時在壓氣機設計上功夫還不到家。法國人自知不足,為了提高推力,采用了1850K的渦輪前溫度,這是個什么概念,和很多后來的新一代發(fā)動機相當,比EJ200整整高了100K,可以說這是其亮點之一了,但也是無奈之舉,法國人冶金技術并不比對岸強多少,這么高的渦輪前溫度更多是靠壓榨溫度裕度得到的,代價就是熱端部件壽命大幅下降。另外,法國通過在機匣和噴管魚鱗片上使用復材,為發(fā)動機減輕了不少重量,這也是其亮點之一??傮w來說,M88是先進制造技術和落后設計水平的產物,但壓氣機設計的改進是相對容易的,以法國人近年來在發(fā)動機水平上的進步,將M88推比提高到四代水平是完全沒問題的,不過還得看經費是否到位。
關于《ej200航空發(fā)動機水平》的介紹到此就結束了。