Contents ...
udn網路城邦
中國大陸飛機發動機的研發突破值得台灣學習
2015/01/14 23:35
瀏覽13,267
迴響2
推薦19
引用0

 

 疑中國渦扇18軍用發動機完成試飛 獲歷史性突破

 

一、前言

發動機是飛機的動力來源,也是戰機性能的關鍵因素,由於現代第一線戰機都採用渦扇噴射式推進技術,牽涉高速旋轉、高壓高溫、氣流控制等技術領域,並要能經歷長時間反覆運作,重量輕、體積小、使用安全可靠也是必要條件,因此發動機從設計開發到製造組裝,必須具備極精密的加工製造水準與廣泛運用高級材料的能力,同時航空發動機也是系統整合程度高的產品,綜合多項專業領域。現代戰機價格昂貴,若不能突破發動機關鍵技術,則飛機製造將不免受制於人,從1950年代起,中國大陸的航空產業經由從維修到製造,在俄國的技術支援下,逐步仿製成殲5、殲6與殲7,以及所使用發動機渦噴5、渦噴6與渦噴7。其間渦扇6可以說是第一種自行研製的主要發動機。隨著歐美國家極力進入中國大陸市場,1980年代起中國大陸引進歐美航空科技,帶動航空產品產製流程中相關設備的更新,而中共政府將重點由生產移轉至研發,以新一代軍機為目標,更加快獨立自主的過程,崑崙、秦嶺與太行等型發動機的陸續誕生,有機會加裝在新一代戰機上,象徵著仿製時代已過去。

1971年底起至1972年底之間,在長達一年的談判後英國同意出售60至80具斯貝(Spey)202型渦扇發動機用於改裝轟5與轟6兩款轟炸機,1975年12月中國技術進口總公司與英國勞斯萊斯簽訂斯貝202型發動機技術移轉和生產合約,翌年春西安即開始仿製,稱為渦扇9。由於1980年代戰機不再講求高速反而追求中低空靈活運動性,因此瀋陽飛機廠大幅修改殲8,參考自埃及獲得的MiG-23設計思維,最重大的改變是將進氣方式由機首改至機身兩側,採用兩具渦噴13AⅡ型發動機,更換雷達射控系統與電腦,新機稱為殲8 Ⅱ,1980年代初期,中共航空工業部訂定以自力更生為主,積極引進國外先進技術,運用國內外資源,在仿製的飛機和發動機之基礎上,分三階段自主研發先進發動機的策略。第一階段是自行研製中等推力、推力重量比6至7左右的崑崙式渦輪噴射發動機,作為殲7與殲8的後繼動力。第二階段是是利用國外成熟的先進技術,自主開發大推力、推力重量比為8的太行式渦輪風扇發動機。第三階段是以國際正開發中的高推重比發動機為標竿,加強研發技術。渦扇6計畫結束後,1984年瀋陽航空發動機研究所先啟動渦噴14型發動機研發計畫,1987年政府正式撥款,此刻名為崑崙的渦噴14開始進入研製階段。由於當年人民解放軍訂定全新標準的發動機通用規範,因而要求崑崙發動機的研製必須符合驗證標準,這項標準是以美軍標準編制的,與之前蘇聯標準差異甚多,使得許多設計研製工作都必須重頭再來一次,也因此崑崙耗時18年後才能在2002年設計定型,獲得認證。崑崙是雙轉子具後燃器的渦輪噴射發動機,是在渦扇6基礎上加以改良,並加入1980年代國內外先進技術而得的。崑崙的推力有5,000公斤,在後燃器推動下推力最大可達7,100公斤,推力重量比也達6.4。更重要的是翻修時間達850小時,全壽命週期達到1,500小時,比起以往的渦噴7與13要好的很多。台灣以天價向美國買的飛機都不先進,事實上台灣很難買到好武器,為了建設國防,台灣應學習中國大陸突破發動機研發的困難,自製一些高檔武器。

 二、渦扇10發動機

        八十年代初期,中國大陸中航工業第一集團公司沈陽發動機設計研究所鑑於中國在航空動力方面與先進國家差距達二十年之上,決定發展新一代大推力渦扇發動機,這就是渦扇10發動機。渦扇10WS-10)工程於198710月開始,CFM-56是美國奇異公司與法國史耐克馬合作的民用發動機,它具有GE F-101發動機的熱段與史耐克馬發動機的渦扇與渦輪葉片。在1980年代中美雙方蜜月關係之際,引進至中國大陸。另一方面中國大陸以二十多架殲6與埃及換得一架MiG-23,其圖曼斯基R-35-300發動機與CFM-56就成為逆向工程的對象。渦扇10計畫就是參考這兩款發動機,至1990年初期又加上自行研發熱段技術的突破,使得渦扇10得以誕生,渦扇10是原型發動機,依據所要裝配的殲10戰鬥機又改良成渦扇10A(圖 1 )。渦扇1010A皆是採用三級風扇、九級壓縮,一級高壓,一級低壓共十二級的發動機,具大推力、高推力重量比、低旁通比的特色,同時也裝有自行研製的全權數位發動機控制系統,能有效運用推力。渦扇10的開啟後燃器推力估計在12,500公斤左右,推力重量比約在7.5以上。渦扇1010A基本上在熱段是不同的,渦扇10早在1990年代中期,就已裝在殲10與新購入Su-27上試驗,渦扇10A推力估計應更大。渦扇10A則於1998年裝才用於殲10,由於渦扇1010A曾發生意外,因而量產的殲10才改用俄國與AL-31F發動機(圖2),目前則隨著殲10的先導量產型進行邊試飛邊定型試驗。渦扇10系列預計將涵蓋應用在大型飛機具有高旁通比的渦扇10B,以及可用在Su-27國產化的殲11用渦扇10C,規劃中推力增強型是渦扇10D,估計推力可以再增加一成以上。渦扇10可謂中國大陸發動機產業自行研製的典範,這款大推力渦扇發動機稱之為太行。

2002年崑崙通過設計審查成為中國大陸首具自行研製的發動機,使得中國大陸一躍成為繼美、英、法、俄之後第五個能夠獨立開發航空發動機的國家。接著在2003年由斯貝202型國產化的渦扇9型發動機也通過國產化工程技術審定,更名為秦嶺,由於其雙轉子渦輪風扇混合後燃器的獨特設計,國產化的成功開啟此一技術衍生應用於其他發動機與民用發動機上,也意味著中國大陸發動機產業已掌握發動機材料與零組件產製能力。雖然殲-10B的首飛據報導是2008年12月,但早期圖片2009年3月才出現,殲-10B相較殲-10A的突出改進包括發動機採用無斜板超音速進氣口、機首比原來扁一些並配有新的有源相控陣雷達、擋風玻璃前裝有新的紅外搜索跟踪系統、駕驶艙歕鍍金屬以減少雷達反射率以及在机翼前端和垂尾顶端安装新的电子战系统。首批量產的歼-10B使用俄羅斯AL-31發動機(圖3)。  

 

 

圖1   渦扇10A發動機

 

圖2 中製WS10A(上)與俄製AL-31F比較

圖3  殲10的演進,第1張是用AL-31F發動機之殲10A,第2、3張是用AL-31F發動機及DSI進氣口的殲10B,第4張是用WS-10A之殲10B

三、渦扇15發動機

《央廣新聞》報導,中航工業試飛中心在青海省成功完成了國內首次殲擊機高原起降性能試飛任務,此次試飛是兩型發動機裝機狀態的首次高原試驗。有分析認為,試飛的型號可能是艦載機殲-15和隱形戰機殲-20急需的WS-10(太行)WS-15(峨嵋)發動機(圖4)。殲20試飛向世界證明,中國軍工世界一流,有望與美英法爭奪新一代航空發動機桂冠。解放軍專家證實;中國四代機所配套的兩臺18噸推力的WS-15“太行”發動機,其性能基本趕上了俄羅斯和美國歐洲的同類引擎,晉身世界航空三鼎甲的前景已經明朗化,渦扇15發動機最早於2005年測試,其推力達18噸是為第五代隱形戰機殲20設計的。這不但是國產戰機確保國土制空權,而且是民航機廣大市場也看到了收復失地的曙光。長久以來,中國發動機的推重比上不去,一個是材料問題,一個是設計和加工的問題。北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室表示,具有中國獨立自主知識產權的新一代航空航天發動機用材料、高溫高性能高鈮鈦鋁合金材料將步入產業化階段。新型合金可提高渦扇葉片的耐高溫能力,允許提高發動機進氣口溫度,增加發動機推力。現今歐美日本等國家用的鎳基耐高溫合金,比中國研製高鈮鈦鋁合金耐高溫密度超過一半,更關鍵的是,由于高鈮鈦鋁合金的密度低一半,可以大大減輕發動機的重量,從而極大提高了發動機的推重比。蘇俄的航空發動機在解決擾流問題上全球獨步。西方認為中國從俄羅斯或烏克蘭引進了有關技術,令WS-15“太行”發動機完成大躍進式的突破。據稱WS-15“太行”發動機的涵道比超過SU-27F-22戰機。事實就是事實,俄國人終于有沒有二話說了,原先很看不起中國發動機軍工業的俄羅斯專家們徹底閉上了嘴巴;而美國的軍事權威們也不得不為之嘆服。

圖4 渦扇15發動機

 世界渦扇發動機推力比較

1.  推力19噸級
19.1噸 (美國 F-35/JSF) - Pratt & Whitney F135 ( 2009服役).
F-35 不能超音速巡航
2.  18噸級
18 噸 (中國殲20) -  中製 WS-15 (2005成功試飛).
 殲20能超音速巡航
3.  15噸級
15.6 噸 (美國 F-22) - Pratt & Whitney F119 (IOC 2004).
 F-22能超音速巡航
15.5 噸 - 中製 WS-10G
4. 14噸級
14.5 噸 ( T-50/Pak-Fa) - AL-41F (2010服役)
5.  13 噸級
13.2 tons (中國 J-10, J-11, and J-15) -中製 WS-10A (2009服役)
13.2 tons (俄羅斯 Su-30) - AL-31FM1 (2007服役)
6.  12噸級
12.5 噸 (殲10A) - 俄羅斯AL-31FN ( 2002服役)
7.  8噸級
8.9 噸(歐洲颱風) - Eurojet EJ200 (1991服役)

三、 渦扇18發動機
          目前中國伊爾76系列和轟6K使用的是D-30發動機,從俄羅斯進口。此前有外媒報導稱成都發動機公司正在研製與其類似的發動機,名為渦扇18(圖5)。2014年12月6日,成都發動機公司某型號發動機歷時80天,在完成了地面裝機、測試改裝和科研試飛等工作后,圓滿完成了整個試飛工作(圖6)。在試飛中,發動機工作穩定,參數正常,滿足試飛技術要求和大綱規定,得到了空軍領導和某試飛單位的一致好評。中國大陸期望生產“運-20”重型運輸機以提高空運能力,目前西安飛機工業公司正在發展“運-20”運輸機,“運-20”的主要技術參數應與美國C-17 “環球霸王III”相近。“運-20”運輸機最初設想採用俄羅斯的D-30KP2發動機,但隨后將被中國大陸自己研製的WS-18渦扇發動機代替。WS-18渦扇發動機可能是仿製俄羅斯的D-30發動機發動機的中國版,WS-18還有一種新的改進型,即WS-18K型,可能用於裝備轟-6中程轟炸機。使“轟-6K”擁有更大的航程,可能抵達關島、印度和日本。若裝備了鷹擊61大型反艦巡航導彈,“轟-6K”戰時還可以攻擊大型航母戰鬥群。

          據俄羅斯軍工綜合網站1月13日報導,中國中航工業成都發動機机公司1月9日宣布研發的WS-18發動機的飛行試驗圓滿完成,很快就將批量生產。中國媒体近日披露的照片是在伊爾-76空中飛行實驗室攜帶WS-18發動機完成首次試飛后拍攝的。2009-2011年間,俄羅斯向中國供應了55台由雷濱斯克市“土星”科學生產聯合體製造的D-30KP-2發動機。2011年俄羅斯國防出口公司又向中國供應184台D-30KP-2發動機。近日,一種大涵道比渦扇發動機在中國空中試驗台試飛的照片曝光,此照片顯示一種完全不同於俄製D-30發動機的新型發動機,被安裝在一架空中試驗台上進行測試,該發動機短艙和結構類似於美國CFM56-7發動機和GE90發動機。中國曾從俄羅斯進口了一批伊爾76運輸機,其中改裝成一批發動機試驗平台,用於測試國產新型發動機。中國重型戰略運輸機運20暫無合適國產發動機使用,因此試飛的運20與現役的伊爾76相同,都裝備D-30發動機。本次曝光的飛機即伊爾76試驗平台,這架飛機左翼内側掛裝的發動機外形短粗,與其它三台相對瘦長的D30明顯不同,很可能就是WS-20大涵道比渦扇發動機,而WS-20才是運20的“正牌”。D-30發動機並不先進,相對於新一代發動機而言,其涵道比較小,耗油率高。俄羅斯新改進的伊爾476運輸機已用更先進的PS-90發動機取代了D-30。俄媒稱俄羅斯已拒絕向中國出口PS-90發動機。D-30目前是中国惟一一款堪用的無加力涵道比渦扇發動機,美媒稱其國產化型號為WS-18。目前中國三種主戰機型:伊爾76、轟6K“戰神”(圖7)、運20均裝備D-30系列發動機。

           運20機體設計先進,雖體型小於美國C-17,但全面優於俄羅斯伊爾76。落后的D-30發動機拖了后腿,推力並不理想,運20的潛力未得到釋放,其最大載重量、航程和速度等均受到限制。據簡氏防務週刊報導,渦扇20從中國殲10、殲11系列戰鬥饑機所裝備的“太行”發動機發展而來,與目前國際廣泛使用的CFM-56發動機有一定的渊源。其推力和耗油率等關鍵指標全面優于目前中國大量裝備的D-30發動機。中國研究渦扇20發動機已有一段時日,在伊爾76上試飛也非近日才開始。

圖5  渦扇18發動機

 

圖6 渦扇18研製成功

圖7 轟六k

有誰推薦more
全站分類:時事評論 國防軍事
自訂分類:時事評論

限會員,要發表迴響,請先登入
迴響(2) :
2樓. 玉米蘋果
2015/01/16 13:55

 這的確是一項了不起的突破。

 無論是在精密集成技術的當口,或是其背後百折不回的意志力當口上。

 同時也感謝您的不吝分享。

thanks 何偉2015/01/16 16:16回覆
1樓. reaizuguo*中秋快樂😻
2015/01/15 15:53
d---0.o---b,精彩!

這真是一篇精彩的報導!

大陸航空發動機的大步邁進,實在不簡單,
因為它研發的瓶頸比飛機的發展還多,克服的難度也大。
最近幾年的進展令人振奮!

THANKS 何偉2015/01/15 19:49回覆