最近中国燃气涡轮研究院的一个涡扇发动机开发团队亮了,得到了四川省的表彰,型号应用背景是为与国外先进战斗机制衡的国产先进战斗机配备的发动机、代表着我国航空发动机的最高水平,已列入我国“航空发动机与燃气轮机”重大专项。
最大的特点就是快!仅用一年时间完成发动机设计,实现“零”的突破;仅用半年时间完成首台发动机试验验证,实现国内发动机试验效率和成功率的突破;发动机制造周期缩短了2/3,实现国内发动机制造周期的突破。
背景的发动机喷口尺寸巨大,和民用发动机尺寸差不多
如何理解这个快,一年完成发动机设计,半年发动机实验验证?难道一款尖端发动机半年就可以完事了?按照传统不是都要10年以上甚至20年时间吗?
带着这些疑问,我们看看发动机的研发流程就知道了,距离发动机定型装机使用还是很早,几乎就是万里长征的第一步。
下面让我们看看航空发动机的研制过程。
航空发动机是一种多零件多学科高难度的复杂产品,遵从2个原则,先从设计到试验,然后从实验到设计反复修改多次迭代的过程,从简单到复杂逐步推进的过程。
一款军用航空发动机,最关键就是中间三个箭头所指的地方,叫核心机,也叫燃气发生器
从发动机设计来说,都是先核心机然后配上低压部件,核心机就三大部件,高压压气机,燃烧室和高压涡轮,正常核心机设计验证最花时间,5-10年是正常现象,中国这一款发动机这么快,原因很可能是:直接借用了别的发动机的核心机!
核心机做完了,然后配上低压部件构成一个完整的发动机,这才是刚刚开始,第一步是制造示范原型机,进行简单的运转一下,看看有没有大问题,假如没有的话,那就开始制造原型机。
由于发动机很复杂,所以将要求进行多项分解,制造3台以上原型机,分别针对不同的目标,常见的是一台针对转速,一台针对推力,一台针对温度,每一台原型机就管自己的设定的指标,原型机可以允许不完全达标,有时候转速只达到95%也可以,或者超转到105%,但是不考虑寿命,持续时间只有15秒,在定型发动机则要求好几分钟。
发动机就像打怪升级,任何一次战斗都不能彻底失败,前后持续20年时间
原型机实验完毕,没有发现太大的问题,最终才能转入工程阶段的样机,这个时候要求就严格了,需要满足所有性能指标,所以数量众多,而且测试繁琐,经常反复修改设计,工程阶段样机一般做6-9台,甚至更多。
工程样机最大的特色就是不停的测试,先在地面固定台架上测试,工况比较简单,速度高度推力包线都比较窄,然后到高空台跑极限,最高温度最低温度,最大高度,最低高度等等,故障高发经常就在这个阶段,假如处理不好,时不时会炸高空台,全世界都不少见。
这就是发动机飞行试验台,测试新型发动机飞行过程中的工作情况
高空台测试完毕,就轮到飞行台测试,国内过去使用轰6座发动机飞行台,现在改成伊尔76飞行台,飞行台测试的包线比较保守,几乎都是亚音速包线,姿态角度都比较小,之后上战斗机真机测试,就可以全姿态,包括了倒飞,飞超音速,大迎角等等情况,而且还包含了失速,颤振等等风险科目,逐步逼近真实使用状况。
这么多测试完毕,发现没有太大问题,才能正式定型投入生产,四川涡轮院的新型发动机,现在看来,还没有走到工程样机阶段,很可能就是示范原型机阶段,按照惯例运转转速很可能就是30-50%。
对于航空发动机来说,顺利和轻松几乎从来不沾边,认真计算测试修改几千上万次是常态
航空发动机研制很难,流程很复杂,太行发动机从项目启动开始,18年研发定型,后来因为可靠性问题补充了10年,这款涡扇19发动机,借用了别的发动机的技术,起步很快,但是时间也不会少于5-6年的,假如要求高可靠性的话,时间可能更长。(作者署名:大水)
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