“昆仑”发动机是中国第一台走完自行设计、试制、试验、试飞全过程的
航空发动机,是国内最先进的中等推力级的军用
涡喷发动机。昆仑发动机的军用代号是涡喷14,其性能超过以往中国所有军机的国产发动机。它是知识密集、 技术密集和资金密集的产品。其研制属于技术高、风险大、周期长和投资多的工程。
简介
“昆仑”是国内最先进的中等推力级的军用涡喷发动机。该发动机经过几百项严格的地面考核试验和空中考核试飞后,于2002年7月被国家军工产品定型委员会正式批准
设计定型。它的研制成功使我国成为继美、俄、英、法之后世界上第五个能够独立研制
航空发动机的国家。据昆仑发动机总设计师
严成忠称,其性能超过以往中国所有军机的国产发动机,包括之前最好的涡喷13乙。昆仑发动机的设计单位是中国一航沈阳发动机设计所。立项时间是1984年,研制周期长达18年,试飞时间长达8年。要研制出可以投入使用的航空发动机,特别是军用航空发动机,没有坚实的技术和经济基础是不可能的。此前,世界上真正能独立研制航空发动机的国家只有美国、俄罗斯、英国和法国。
自1956年第一台涡喷–5发动机从沈阳航空发动机厂仿制成功以来,我国的航空发动机行业一直以仿制和改进别国发动机为主,虽然也曾自行研制过几种发动机,但都因种种原因中途夭折了。“昆仑”发动机的研制成功标志着我国真正走完了航空发动机自行设计、试制、试验、试飞的全过程。
设计
“昆仑”发动机由
中国航空工业第一集团公司沈阳发动机设计研究所总设计、沈阳黎明航空发动机集团公司、西安航空发动机(集团)有限公司和
贵州红林机械有限公司等34个单位联合研制的
涡喷发动机。经过几百项严格的地面考核试验和空中考核试飞后,该发动机于2002年7月被国家军工产品定型委员会正式批准设计定型。
“昆仑”发动机是国内最先进的中等推力级的军用涡喷发动机,可用于歼7和
歼8系列飞机。该发动机在性能和寿命方面仍有发展潜力,其发展型还可以满足中国空军对中等偏大推力级涡喷发动机的需求。它的研制成功标志着我国航空发动机从只能测绘仿制、改进改型跨入了自行研制的新阶段,结束了我国长期以来不能自行研制航空发动机的历史,也标志着我国航空发动机设计翻开了自主发展新的一页。
“昆仑”发动机是沈阳发动机设计研究所全面贯彻国家军用标准《航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机通用规范》(GJB241–87)自行研制的第一台具有全部知识产权的中等推力级加力涡喷发动机。“昆仑”发动机的研制成功是中国航空工业发展史上的一个“里程碑”。
发展
“昆仑”发动机是完全按照最严格的国家军标研制的,它经过了近乎严酷的地面试验和长时间试飞的考核,具有更好的性能、更高的可靠性、耐久性和发展潜力。
与仿制发动机相比,由于经过了设计、制造、试验、试飞、定型的整个过程,“昆仑”发动机的任何技术细节、设计思路都非常清楚。
而仿制发动机的过程好像
摸着石头过河,存在知其然、不知其所以然的现象。因而一旦出现问题往往还要回头去重新摸清设计思路。而且由于仿制的原型发动机技术已经过时,要提高性能往往遇到基础的限制,很难采用更新的技术。为提高
发动机性能,有时不得不牺牲发动机结构强度储备和安全寿命储备,使发动机的可靠性受到影响。
“昆仑”发动机的强度和寿命是严格按国家军标要求设计的。其低循环疲劳寿命试验按指标的2倍进行,这使发动机寿命大大高于现役的型号,性能也有大幅提高。
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,所有“昆仑”发动机参研单位历尽艰辛、顽强拼搏,历时10多年,先后攻克了高低压压气机工作不匹配、高压涡轮叶片断裂、振动、高空大M数喘振停车、高空小表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试飞中的上百次故障,按研制任务书、型号规范的规定和空军后追加的试验要求,全面完成了地面考核试验和空中试飞任务,实现设计定型,具备了装备中国空军的条件。整个研制中完成了零部件试验603项共数万小时,整机试车数千小时及大量空中试飞,其试验项目之多、范围之广、难度之大,在国内
航空发动机研制史上是空前的。
“昆仑”发动机在继承成熟技术的基础上采用了近40项新技术、新材料、新工艺,如现有世界先进发动机都在应用的定向凝固、无余量精铸、复合冷却空心涡轮叶片技术等,这些技术的应用使我国在同等材料水平上有效地提高了涡轮前温度,大大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、高级陶瓷涂层、数字式防喘系统和状态监控等技术,有效提高了发动机工作稳定性和可靠性,其单位推力和单位迎风面积接近20世纪80年代中期世界先进水平。
满足不同需求的改进改型
实践证明,
航空发动机的改进改型具有投资少、风险小、研制周期短的特点,它能较快满足客户需求,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发展航空发动机。我国“昆仑”发动机的发展也正在沿用这种方法,并发展了几种改型。
“昆仑”I 是原型机的1号改型机,其性能与原型机相同,为适应飞机要求,对外部机匣、附件和管路做了适应性改进。
“昆仑”Ⅱ是在“昆仑”原型机基础上发展的推力增大型。它是在不牺牲发动机的工作可靠性、耐久性和不损失工作裕度的前提下,通过采用先进技术增大发动机的空气流量,提高其部件效率,减少漏气和流体损失,从而大幅度地提高了发动机推力,降低了耗油率。此外,为提高“昆仑”Ⅱ的先进性,拟采用数字式电子
调节系统。
为验证“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所便开展了
关键部件和关键技术的试验研究工作,并取得了很大进展。2002年3月,在一台已工作350小时的“昆仑”基础上改装成“昆仑”Ⅱ的验证机。该发动机首次装配和试车进展都很顺利,经过6小时36分钟的初步调试,发动机的各项性能就达到或超过了设计指标,试车数据有良好的重复性。
通过试验表明,“昆仑”Ⅱ的性能已达到或超过设计指标,在发动机推力大幅度增加的同时,耗油率大幅度下降,发动机的经济性得到显著改善,在相同载油量的情况下,可增大飞机的航程和作战半径。在一台原型机改装的验证机上,首次试车性能便超过设计值,这表明发动机的性能还有一定裕度。“昆仑”Ⅱ仍保留了维护性好、使用总寿命较长和左右发动机可以互换等优点;当飞机对发动机的推力有更大需求时,可以很容易地将现役歼7和歼8飞机的发动机换装成“昆仑”Ⅱ。
由“昆仑”派生发展的另一项产品是QD–128中等功率燃气轮机。它具有功率大、效率高、体积小、污染少、工作可靠及价格低等特点,因而既可用于发电或电、热联供,地面输气加压站,也可用作舰船动力。它的主要设计性能参数见表2。QD–128具有优良的工作可靠性和长寿命,
燃气发生器大修间隔时间不少于6000小时;动力涡轮大修间隔时间为20000小时;动力涡轮总寿命为100000小时;燃气发生器总寿命为40000小时。