1972年,中国开始与英国接触讨论引进其“斯贝”MK511型民用涡扇发动机的可能,并考虑引进后再在其基础上发展出自己的军用型涡扇发动机。1974年,双方进入了实质性的谈判阶段,出人意料的是,英方主动提出可以直接向中国提供“斯贝”MK511型的军用型“斯贝”MK202型发动机的生产许可证,这无疑是一个意外的惊喜。1975年12月13日,中、英双方签订了“斯贝”MK202型发动机的引进合同,中国可以按许可证在国内生产组装该型发动机。“斯贝”MK202引进后,由西安航空发动机厂负责试制生产,国内称其为涡扇-9发动机。由于种种原因,涡扇-9一直没有完全实现国产化。直到2003年7月17日,国产化涡扇-9终于通过国产化工程技术鉴定,获准投入批量生产。实现全国产的涡扇-9被命名为“秦岭”。
WS9涡轮风扇发动机结构 牌 号 涡扇9
用 途 军用涡扇发动机 类 型 涡轮风扇发动机 厂 商 西安航空发动机公司
生产现状 先期用英国毛料试制成功,现已基本实现国产化 装机对象 歼击轰炸机 研制情况
涡扇9双转子加力式涡轮风扇发动机是西安航空发动机公司根据1975年12月13日中国技术进口总公司与英国罗尔斯.罗伊斯公司签订的斯贝MK202发动机专利许可权和生产合同制造的。中国代号为WS9。英国MK202发动机装用于英国“鬼怪”(Phantom 2)F-4K和F-4M上,中国的WS9发动机原拟装用于中国的歼击机或歼轰机上。1976年3月开始试制,1979年7月25日第一台使用英国毛料制造的零组件并用罗尔斯.罗伊斯公司的外购件和附件的涡扇9发动机完成装配,同年11月13日完成150h持久试车。首批共制造4台。1980年初,中国制造的两台WS9发动机和两套部件在英国高空台上作了高空性能、功能、再点火试验和-40℃冷起动试验,并对其5种零部件作了强度试验考核。1980年5月30日,中英双方在考核试验报告上签字。至此,成功地通过了用英国毛料试制出的WS9发动机的各项考核试验。原拟接着进行国产毛料试制,但由于当时国民经济调整,使国产化进度拖后。WS9发动机是一个成熟的机种。其主要特点是高速性能好,工作性能可靠,经济性好,翻修寿命长,使用维护方便。 结构和系统
进气口位于发动机前端,进气机匣为装有19个进口导流叶片的整体不锈钢焊接件,机匣材料为S/SJ2,叶片为S/607。进气机匣、导流叶片的前后缘内腔以及头部整流罩通高压压气机第12级热空气防冰。头部整流罩内装有前轴承滑油泵。
风 扇:5级轴流式,风扇增压比为2.77。转子100%转速为9115r/min。A/FLS铝合金锻造机匣水平对开,第1~5级静子叶片均为A/FLS精锻铝合金。风扇转子为鼓盘式结构,第1和第5 级转子叶片为T/AV钛合金,叶身带阻尼凸台,叶根以燕尾形榫头与盘联接。第2~4级转子叶片为A/FLS锻造铝合金,叶根用销钉与盘联接。前轴与第1级盘用12%铬钢S/SJV制成一体,第2~5级盘用钛合金T/SZ制成,为发夹形结构,后轴用3%铬钼钢S/HBH制成。
高压压气机:12级轴流式,增压比为7.24。转子100%转速为12640r/min。不锈钢S/SJ2锻制机匣沿垂直面对开,第1~12级静子叶片均用不锈钢制成(进口导流叶片和第1~11级为S/SNV,第12 级为S/SJ2)。高压进口导流叶片可调。高压压气机转子为鼓盘式结构,第1~8级转子叶片材料为钛合金(其中第1~5级为T/AV,第6~8级为T/SZ),第9~12级转子叶片材料为抗蠕变铁素体钢S/SAV,第1级叶片带阻尼凸台,采用销钉与盘联接,第2~12
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级叶片均采用燕尾形榫头与盘联接。
高压压气机 前轴用S/HBH钢制成,后轴用铬钼钒钢S/CMV制成。第1~6级盘用抗蠕变铁素体不锈钢S/STV制造,第7~11级盘用S/SAV制造,第12级盘用镍铬铁耐热合金N901制造,第2~12级盘均为发夹形结构。 高压压气机设置放气机构,用以防喘。
燃烧室:环管式。10个气膜冷却火焰筒,主体材料为C263镍铬钴高温合金,双路双室离心式喷嘴安装在燃烧室前部,并装有2个高能点火电嘴。燃烧室机匣材料为不锈钢S/SJ2,整体式结构。
高压涡轮:2级轴流式。第1、2级导向器叶片和第1级转子叶片均为空心气冷式结构,转子叶片均带叶冠,用枞树形榫头与盘联接。第1级导叶材料为钴基高温合金HS31,第2级导叶为镍基高温合金C1023,第1、第2级转子叶片材料为镍基高温合金MarM002,所有叶片均为无余量精铸而成。1、2级涡轮盘均由N901高温合金制成,高压涡轮轴用S/CMV钢制成。高压涡轮轴承采用弹性支承结构。
低压涡轮:2级轴流式。第1级导叶材料为镍基高温合金C1023、第2级导叶为C130镍基合金,均用无余量精铸而成。第1级转子叶片材料为镍基合金N105,第2级转子叶片为镍基合金N80A。1、2级低压涡轮盘和低压涡轮轴均由N901高温合金制成。低压涡轮轴承采用弹性支承结构。 加 力
燃烧室:在加力燃烧室前设有排气混合器,以均匀掺混内外涵气流。加力扩散段内装有5块整流支板、3圈蒸发式火焰稳定器和3圈燃油总管,并装有催化点火器。加力筒体内设置防振荡燃烧的隔热屏。加力筒体和隔热屏材料均为C263。
尾喷管:超音速尾喷管。由可调式主喷口、引射喷管和作动环组成。喷口无级调节。 控制系统:以机械液压式为主,辅以部分电调。可控制高压和低压转速、高压压气机出口压力和温度以及涡轮后的排气温度。使用加力时,压比调节器和喷口滑油(液压)系统自动调节喷口面积。
燃油系统:使用RP-1(GB438-77)、RP-2(GB1788-79)或RP-3(GB6537-86)燃油。主燃油系统中,采用RLB-4低压燃油泵,出口燃油压力为550kPa,高压燃油泵为RZB-1,出口燃油压力为4140~8280kPa,使用的燃油流量调节器为RT-18。加力燃油系统中,使用RQB-1加力燃油流量调节器和RT-19加力点火燃油控制器。
滑油系统:使用Castrol 98(DERD2487)或4050(GJB1263-91)高温合成航空润滑油。发动机主滑油泵为6级(1级增压,5级回油)齿轮式;低压压气机前轴承设有单独的供、回油泵;传动飞机附件的辅助齿轮箱内也设置一个回油泵;发动机滑油箱容量为5.7L。滑油系统中设置2个空气冷却的滑油散热器HSR-1和1个燃油冷却的滑油散热器HZS-1。
起动系统:使用DQ-23燃气涡轮起动机,起动机输出轴与发动机的传动比为1.0454。 点火系统:使用DHQ-13高能点火装置,2个高能点火电嘴BDZ-8A装在4号和8号火焰筒内,点火能量为2.5J。 附 面 层
控制系统 从高压压气机第7级或第12级放气口连续引气(最大引气量可达发动机进口空气流量的7%),通过附面层控制引气管路输送到飞机机翼或襟翼表面以吹除附面层,进行增升(力),并改善飞机起降时的操纵性。
空气系统 一部分从高、低压压气机及外涵引出的空气,用于冷却热端零部件,保护轴承腔室,防止滑油消耗量过大和平衡轴向力。另一部分引气供发动机控制系统调节用。
支承系统 发动机支承在7个轴承上。低压转子采取1-2-1支承形式,高压转子采取1-2-0支承形式。在7个轴承中,第4、5号轴承为止推滚珠轴承,其余5个轴承为滚棒轴承。第
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6、7号轴承采用弹性支承。发动机采用内、外混合传力。发动机借助2个主安装节和1个辅助安装节固定在飞机上,主安装节位于发动机中介机匣水平两侧,辅助安装节位于排气混合器机匣过渡段后安装环外。 性能数据
最大加力推力(daN)(不接通附面层控制放气) 9126
最大不加力推力(daN)(不接通附面层控制放气) 5449~5583 中间推力(daN)(不接通附面层控制放气) 4993 最大连续推力(daN)(不接通附面层控制放气) 4602 最大加力耗油率[kg/(daN?h)] 2.04 最大不加力耗油率[kg/(daN?h)] 0.693 推重比 5.05
空气流量(kg/s) 89.4~96.2 涵道比 0.62 总增压比 20.0 涡轮进口温度(℃) 1167 最大直径(mm) 1093 长度(mm)(喷口全开时) 5205 (喷口面积最小时) 5061 质量(kg)(不包括飞机附件) 1842
涡扇10(“太行”发动机)
“太行”发动机是中国第一台自行研制的具有自主知识产权的大推力加力式涡轮风扇发动机,从20世纪80年代后期开始验证机研制,2006年3月24日正式设计定型。中国一航沈阳发动机设计研究所(一航动力所)为“太行”发动机总设计师单位,一航黎明、一航西航等单位为主承制单位。“太行”发动机采用了大量的先进技术,带进气可变弯度导向叶片的三级风扇,多级静子可调的压气机,带有复合冷却技术叶片的高压涡轮,弯-扭组合气动设计的低压涡
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轮,平行进气、分区分压供油的加力燃烧室,全程无级可调收敛----扩散式喷口,以及高、低压转子转向相反的设计等。另外,发动机从设计上注重维修性品质,采用单元体结构设计,设置齐全的状态监控手段,提供方便的保障设施等等。这些先进技术填补了国内空白、达到了国际先进水平。我国在研制“涡扇十”的同时,也参照了美国的F101和俄国的AL-31F。 与俄国的AL-31F相比我们的风扇为三级,我们的压力比为3.5,我们的直径减小到980毫米,涵道比减小到0.82。为了使低压转子的转速提高,我们费了很多心血,重新设计了低压涡轮,设计过载提高到11。我们在发动机控制系统增加了备份装置,使得可靠性较AL-31F有很大的提高。
“涡扇十”的结构特点为:进气道为环行,三级轴流式风扇,压力比为3.5。十一级轴流式风扇压力比为12,效率为0.89。燃烧室为短环型,无烟燃烧,具有均匀的出口温度场。高压涡轮为单级轴流式,高压涡轮的转子和静子叶片可以单独更换,效率为0.91。低压涡轮为两级轴流式,涡轮叶尖带冠,低压涡轮的转子叶片可以单独更换,低压涡轮的静子叶片分段更换。加力燃烧室为AL-31F的缩小型,用盘旋型混合器使内、外涵气流有效混合,整个工作范围内温度上升平稳。尾部喷管由AL-31F发动机改型而来,喷口面积由液压动作筒和作动环来进行控制。
每台“涡扇十”制造成本估计为1200万人民币,如果批量生产两百台以上,每台成本可以降到950万人民币。 性能数据:
耗油率: 开加力为:2.02-2.08千克/公斤/小时。 不开加力为:0.78-0.80千克/公斤/小时 推重比: 7.9
最大起飞推力: 12600公斤(加力) 。 7350公斤(不开加力) 空气流量: 119千克/秒 涵道比: 0.89
总增压比: 大于32
涡轮前温度: 1392摄氏度 发动机最大处直径:1201毫米 重量: 1997千克
“涡扇十”可用于歼10和沈阳 “歼十一 ”歼击机 。 在研制“涡扇十”的过程中我们经历了许多挫折和失败。最严重的一次失败是核心机模拟风扇出口状态以便在真实负荷条件下进行核心机试验,在国外是使用专用的核心机试车台,而我们不得不用庞大而复杂的高空台代替,况且此时的高空台尚未通过国家鉴定,为赶进度,一台刚制造出来试验用发动机在高空台试验中发生爆炸,损失惨重。
涡扇13(在研试制)
WS13 是在 RD33 的基础上结合推比八的中推的技术而研制的小涵道比加力型涡扇。 三级轴流式宽弦实心钛合金的风扇叶片,经两极电化学处理的整体叶盘结构,风扇前有计算机控制的可变弯度导流叶片,扩大风扇稳定工作范围。 8 级轴流式高压压气机 ( 前三级为可调导流叶片 ) 单级低压涡轮采用空心气冷转子叶片,单级高压涡轮为单晶涡轮叶片和导向器叶片,环形燃烧室,有叶尖间隙控制的 空气热交换器,综合数字式全权限控制系统。 齿轮箱和附件位于发动机的下方,具有性能先进的微型涡轮辅助动力装置
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。 黎阳公司引进了改良后的 RD-33 的生产工艺设备对一条 WP-13 生产线进行了技术改造, 由俄方负责培训技术人员和部分工人,培训完一批工人连设备一起运回。 由中俄双方在 RD-33 的设计基础上,对局部结构设计进行改良,命名为天山 -21 ,后请空军副司令员马
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晓天中将命名为 “ 泰山 ” 。 性能数据:
进气量 80KG/S长 4.14 米 涡轮进气口温度 1650K
最大外直径 1.02 米,交付使用质量 1135KG 涵道比 0.57 总压比 23
巡航耗油率 0.65 巡航推力 51.2KN 加力耗油率为 2.02 加力推力 86.37KN 推重比 7.8
大修间隔 810H ,寿命 2100H 改进机型
WS13A :大涵道比非加力型涡扇,涵道比 2.0 ,推力 10KN ,油耗 0.62 ,总压比 23 ,涡轮温度 1800K ,推重比 14 ,大修间隔 800H ,寿命 2400H ,预计 2006 年开始批量生产,列装机型: 中客 ARJ21 、中运。
WS13 泰山:用于 FC - 1 “ 枭龙 “ 、 FBC - 1 “飞豹” 后期动力。
涡扇15(\峨眉\发动机,在研) 研制单位 中国燃气涡轮研究院
生产厂商 西安发动机公司/贵州黎阳航空发动机公司
1992年,因为俄罗斯的经济状况很差,用于军工科研的经费很少很少,又因为在92年明斯克马丘丽莎会议雅克-141被终止后, P-79发动机没有了使用对象,又没有其他的战斗机使用此发动机,所以\联盟\航空发动机科研生产联合体(原图曼斯基发动机设计局)的经济状况很差,在这种状况下, 中俄开始展开艰苦谈判,在经过3年的拉锯之后,1995年6月,中俄签订了转让P-79发动机生产许可证的协定,1996年8月,俄罗斯的\联盟\航空发动机科研生产联合体(原图曼斯基发动机设计局)向中国方面交付了P-79发动机的全套设计图纸及技术资料 ,特别是引进了制造P-79发动机核心机的生产设备及生产制造工艺资料.遗憾的是用于雅克-141的P-79B-300发动机矢量喷管技术却没有得到, (后来,1998年亚洲金融危机时俄罗斯经济也陷入多重危机,中国此时不仅购买了用于雅克-141的P-79B-300发动机矢量喷管技术,同时也取得了莫斯科联盟航空发动机科技集团研制的推力为20吨的R179-300发动机设计方案和P-79M的设计图纸和技术资料。R179-300发动机是为垂直起飞歼击机雅克141研制的R-79V-300发动机的进一步发展型。)
在这种背景下,1996年初,江和甫协同刘大响院士负责组织\九五\国防重大背景(垂直起降歼击机的计划)的预研项目--某新型涡扇发动机(以P-79发动机为基础进行深度开发)关键技术预研工作:测绘仿制 P-79发动机的核心机,组织完成了 P-79发动机的高压压气机、燃烧室、涡轮三大核心部件等比例的测绘仿制的工作;进行理论方法、计算方法和试验方法的探索研究;以突破先进部件关键技术为主,重点围绕三大高压部件等比例全尺寸试验件的工程设计和试制及试验以及其相关的强度、控制等系统进行综合应用研究。在三大核心部件的测绘仿制中,大胆倡导采用了航空动力许多前沿设计技术成果和大量应用新材料、新工艺,从而突破了120余项关键技术。
624所在取得了莫斯科联盟航空发动机科技集团研制的推力为20吨的R179-300发动机设计方案和P-79M的设计图纸和技术资料后, 研制了YWH一30-27核心机,YWH一30-27核心
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