31F发动机发展的新思维,中国三款型号上榜

New Thoughts on the Development of AL-31F Aeroengine成都飞机设计研究所杨国才伍玥范怡摘要:浅谈苏-27系列战斗机动力装置AL-31F的过去、现在和未来的发展动态,解读该发动机提高推力等级的发展新思维,并从技术层面介绍了值得学习与借鉴的几项技术举措。关键词:军用涡扇发动机AL-31F战斗机苏-27系列飞机是当今世界上典型的第三代(俄罗斯称为"第四代")歼击机,自该机问世以来,曾经创造了快速爬高的多项世界纪录,普加乔夫驾驶的苏-27飞机还首创了著名的高难度"眼镜蛇"机动飞行动作。据报道,早在1988年已估计有三四百架苏-27战机在苏军中服役。此后,该系列飞机不仅部署到独联体国家,而且还成功地出口到俄罗斯境外的包括印度和中国在内的一些国家。这些业绩的取得,都与该系列战机的动力装置AL-31F发动机有密切关系。AL-31F除了用在双发布局飞机之上,还推出了可用在单发布局飞机上的改型发动机AL-31FN。因此,AL-31F的过去、现在和未来的发展引起了人们的关注。一、AL-31F发动机简介AL-31F是由俄罗斯留里卡"土星"科研生产联合体研制的带加力燃烧室的涡扇发动机。该联合体前身是留里卡设计局,组建于1946年,是前苏联的主要战斗机发动机设计局。在上世纪60年代,留里卡研制了AL-21F系列涡轮喷气发动机,其最大加力推力达11000daN。1970~1974年投入生产,广泛用于苏-17、苏-20、苏-22、苏-24和米格-23战斗机上。在AL-21基础上,1976年(另一说法是1973年)留里卡开始研制AL-31F发动机。1985年该发动机研制达标后,用于苏-27、苏-30和苏-35战斗机。AL-31F的结构形式是双转子加力式涡扇发动机。推力范围:加力12250daN,中间7620daN。每台价格300万美元。AL-31F有一些改进型,其中包括带矢量推力喷管的改进型AL-31FP发动机。从总体上讲,作为苏-27战机的专用动力装置AL-31F发动机,其性能是优良的,具有明显优势。尺寸小,推力大。其涡轮具有有效的冷却系统和良好的热力学特性;压气机增压快速,发动机结构紧凑,保证飞机有较高的推力和良好的机动性。稳定性高。可使用在苏-27飞机的各种飞行高度和速度下,即使飞机在以M2的速度进入平螺旋、直螺旋、翻转螺旋和进气道喘振的情况下,发动机工作仍然极其稳定。喘振消除系统、空中自动点火系统、主燃烧室和加力燃烧室的再次启动系统等可保证在使用机载武器时动力装置的工作可靠性。维修简便。该发动机采用单元体结构,由14个单元体组成,因此,如果出现某些损坏,不需要全部更换,只替换下有故障的单元体即可。这样,在使用条件下进行发动机维修时,可更换其中的6个单元体。使用寿命长。AL-31F可根据其技术状况而使用,只要发动机还正常,就可以一直使用下去,而现代化水平的诊断设备可保证飞行安全。但其使用寿命也有一个限度,一般认为该发动机第一次维修前的使用寿命可达1000h,总使用寿命应该不少于10年。二、AL-31FN发动机AL-31F本来是双发布局的苏-27系列战斗机的专用发动机,为使它能在单发飞机上使用,留里卡设计局"礼炮"公司几年前推出了AL-31F的改型发动机AL-31FN。该型发动机的特别之处是:将发动机附件传动箱从附着在发动机上面,移到附着在发动机的下面,而飞机附件传动机匣还是安装在发动机上面。这样处置是为了满足客户要求。从俄罗斯"礼炮"公司2002年11月提供的资料来看,由俄方改型专供出口的AL-31FN发动机性能、尺寸和质量的数据,与原型的AL-31F发动机只有很少的区别,详见表1。由于从双发配置改为单发配置的飞机使用,发动机附件得以简化,又由于AL-31FN发动机拆去了内外涵流道的分流隔板,使得发动机重量减轻了一些。但由此带来的一些负面影响,仍有待深究。另一不足之处是AL-31FN的燃油消耗率也略有提高,因此,AL-31F系列发动机仍有性能改进的必要。三、AL-31F发展新思维AL-31F发动机已经生产20多年了。上世纪90年代,"礼炮"公司把头几批AL-31F提供给前苏联空军,安装在双发布局的苏-27型歼击机上。尽管"礼炮"公司进行了产品质量跟踪、预防检修和定期维护,但是维修措施并不能保障该发动机永久使用。因此,为了适应新世纪的战争环境,"礼炮"公司在本世纪初已建议俄国空军按三个阶段改进AL-31F发动机。1.第一阶段第一阶段的改进已经完成,只改变了"通风机"--风扇的两端部件,推力提高了600~700kg。2002年1月,该改型在两架苏-27飞机上进行了综合飞行试验,第二架飞机用于进行国家试验,2002年12月按计划结束。飞行研究结果证实了初始计算指标,即安装有两台AL-31F-M1改进型发动机的苏-27飞机,在11000m高度上从300km/h加速到1200km/h飞行速度的时间比原型飞机减少了26s。由此,可使飞机在空战中更具有加速性好的优势。2.第二阶段按计划应在2003年末~2004年第一季度结束。其质变的改进将涉及到涡轮机、燃烧室、冷却系统。3.第三阶段有原则性变化:安装俄罗斯第五代发动机零件。其中如把第一改进阶段上使用的四级压缩风扇换成大行程叶片的"通风机",叶片与叶轮合为一体。经过第三阶段改进后,发动机推力将增加到14600kg,使苏-27飞机的性能大大改善,而发动机的保险寿命和规定寿命并没有改变。改进型AL-31F-M1发动机与现役的AL-31F发动机完全可以互换。值得关注的是,俄领土上几乎没有高海拔机场,而使用苏-27型系列飞机的其他国家有这种机场,其海拔在3500m左右。AL-31F原型发动机的启动机只能在海拔2500m以下起作用。为此,"礼炮"公司研制了能在海拔3500m以上启动发动机的启动机。它与现役的启动机完全可以互换,并已通过了俄国家试验。另外,"礼炮"公司还可提供适用于单发飞机上的带可控推力矢量喷口的AL-31F改进发动机。该喷口已进行了400h的单独调试和特种试验,近期还将进行带有这种喷口发动机的500h内的长期试验。AL-31F的电子控制系统的研制工作正与发动机改进工作并行开展。四、探讨综上所述,对于苏-27系列战斗机而言, AL-31F发动机无疑是一台优秀的第三代军用涡扇发动机,由于它在苏-27及其改进型苏-30MK、苏-33和苏-35等型号上的采用,预计该型号的改进型发动机直至2015年左右仍可在国际军机发动机市场中占有一席之地。如果上述的三个阶段的改进计划都能顺利完成,AL-31F系列发动机在国际市场上将具有较强竞争力。但是作为国际上第三代发动机,AL-31F仍有多项参数指标不尽如人意。从表2的比较中,不难看出,为了适应21世纪的战争环境,早期的AL-31F发动机已非改进不可,而推重比和启动机的启动海拔高度偏低则是它的最主要问题。有关资料表明,俄罗斯军用涡扇发动机性能和使用寿命与欧美国家同一代发动机相比有一定的差距。以美国普·惠公司仍在生产的F100系列涡扇发动机为例,它于1970年3月开始全面研制,1974年11月交付空军使用,主要装备F-15和F-16飞机,是世界上最早投入使用的推重比达8的军用发动机。AL-31F与F100-PW-229同为国际上第三代战斗机的涡扇发动机,相比之下,在发动机设计参数的选择中,F100-PW-229比AL-31F要略胜一筹,也就是说,俄制AL-31F发动机在总增压比、中间耗油率、涵道比、质量,乃至控制系统等方面还存有不同程度的发展空间。这也许是"礼炮"公司建议俄国空军按三个阶段改进AL-31F发动机,并得到军方采纳的依据所在。据业内资深人士分析,要提高AL-31F的推力等级,俄方可能会采用:提高风扇通气流量;提高涡轮前的进气温度;改善燃烧室组织燃烧的质量,扩大稳定燃烧的工作范围;改善涡轮冷却气流控制系统等技术途经。在控制系统方面,今后则很可能从早期的机械液压式控制燃油和喷口面积,改进为数字式电子控制系统,甚至是与F100-PW-229发动机相当的全权限数字式电子控制系统,使之具有综合诊断和与飞机控制系统交联的能力。五、结束语透过俄军方按三个阶段改进AL-31F来提高苏-27系列战机作战能力与生存能力的计划,不难看出,俄方为适应21世纪的战争新环境,正在走一条与美国研发新机大不相同的发展道路;这就是在俄罗斯目前"有技术,缺资金"的国情之下,不优先研发第四代新机,而是通过对具有国际第三代水平的有潜力可挖的优秀机种的有限改进,来较快地实现空军武器装备的现代化。俄空军把改进动力装置性能作为提高战机性能的首选,表明了动力装置的改善在俄制战机性能提高方面是举足轻重的。这一思路,也许值得发展中国家,尤其是俄制战机用户国家参考。相信随着AL-31F改进型(如AL-31F-M1)高空加速性能、推力等级的提高,以及发动机启动高度提升到海拔3500m以上的实现,不仅将进一步打开在国际上价位较低的苏-27/苏-30系列战机的外销市场,而且也有利于有高海拔机场的用户在其国土上的全疆域部署。从技术层面来看,AL-31F发展新思维的实现,除了采用高效率核心机、增大风扇流量和改善燃烧室燃烧质量的技术外,今后的设计改进,在参数选择上还将注重采用高增压比、高涡轮前温度和低涵道比这样的策略;采用全权限数字式电子控制系统应是它的发展方向;便于保养与维修的单元体结构设计也将进一步得到优化。虽然AL-31F性能不够理想,各方面还有待发展,但它仍有不少成功的设计经验值得我们学习与借鉴,它的发展新动向,更值得我们关注。预计,如果AL-31F三年发展计划顺利实现,再配置现有的三元矢量推力喷管,将有可能使苏-27发展型飞机在高机动性和高敏捷性方面,直逼F/A-22战机的水平。

皇家赌场官方网站 1

皇家赌场官方网站 2

皇家赌场官方网站 3

皇家赌场官方网站 4

皇家赌场官方网站 5

皇家赌场官方网站 6

在五十年代未、六十年代初,作为航空动力的涡喷发动机已经相当的成熟。当时的涡喷发动机的压气机总增压比已经可以达到14左右,而涡轮前的最高温度也已经达到了1000℃的水平。

进入新世纪后,中国航空发动机被列为重大科技专项,投入天量资金来全面投入研发。目前中国航空发动机领域即将迎来开花结果的丰收时刻,那么我们现在的航发水平究竟处于世界当中的何种地位呢?

下面是世界十大军用战斗机航空发动机排名,中国三款型号上榜:

第一名:F135涡扇发动机 国家:美国

F135涡轮扇发动机由美国普拉特惠特尼公司研制的新型发动机,最大推力超过18吨。 F-135发动机是在F-119的基础上发展研制而成。由于海军陆战队与英国皇家海军预计采用的F-35B必须能够垂直起降,因此F-135也可以加上向下弯折的矢量推力喷嘴。

但是这个喷嘴只有在垂直起降的场合使用,可以大大地缩短起飞/降落距离。其他F-35则不使用这项设计。

F135使用了F119的核心机,配合高效的6级高压压气机,1级高压涡轮和高效的风扇(由一个2级的低压涡轮驱动)。F135采用了BAE系统公司的全权数字式发动机控制系统(FADEC),为了提高发动机的可靠性和可保障性,F135大量采用外场可替换部件(LRC),其零部件数量比F119减少了大约40%。

按照计划.F135一PW一100将作为F-35A空军型的动力系统;F135一PW一400将作为F-35C海军型的动力;而F135一PW一600将作为F-35B海军陆战队型的动力。

F135发动机推比10.5、加力推力19吨级别、军推13吨级别、质量1700千克,其19吨的加力推力目前没有任何实际装备战斗机的加力式涡扇发动机能够企及。

不过值得一提的是,F135相对于F119虽然推力大幅度提高,但是实际上是在同样核心机基础上用流量、高速性能换推力。F135虽然推力超群,但是其高速性能却是下降的。

第二名:F119涡扇发动机 国家:美国

F119是普惠公司为美国第四代战斗机研制的先进双转子加力式涡轮风扇发动机,其设计目标是:不加力超音速巡航能力、非常规机动和短距起落能力、隐身能力、寿命期费用降低至少25%、零件数量减少40~60%、推重比提高20%、耐久性提高两倍、零件寿命延长50%。在80年代初确定的循环参数范围是:涵道比0.2~0.3;总增压比23~27;涡轮进口温度1577~1677℃;节流比1.10~1.15。

在F119上采用的新技术主要有:三维粘性叶轮机设计方法、整体叶盘结构、高紊流度强旋流主燃烧室头部、浮壁燃烧室结构、高低压涡轮转向相反、整体式加力燃烧室设计、二元矢量喷管和第三代双余度FADEC。此外,还采用了耐温1070~1100℃的第三代单晶涡轮叶片材料、双性能热处理涡轮盘、阻燃钛合金Alloy C、高温树脂基材料外涵机匣以及用陶瓷基复合材料或碳-碳材料的一些静止结构。

在研制中,注意了性能与可靠性、耐久性和维修性之间的恰当平衡。与F100-PW-220相比,F119的外场可更换件拆卸率、返修率、提前换发率、维修工时、平均维修间隔时间和空中停车率分别改进50%、74%、33%、63%、62%和29%。新的四阶段研制程序和综合产品研制方法保证发动机研制结束时即具有良好的可靠性、耐久性和维修性并能顺利转入批量生产。

在研制中,为满足提高推力的要求而增大风扇直径,还遇到了风扇效率低、耗油率高和低压涡轮应力大的问题。预计,1994年中开始初步飞行试验,此时F119将再积累3000地面试验小时。1997年交付第1台生产型发动机,装F119的F-22战斗机将于2002年具备初步作战能力

它是装备在F-22A战斗机上的F119-PW一100发动机的改进型号。其最大推力达191.3千牛。超过了F119-PW一100的最大推力(156千牛,约15.8吨)多达20%;F135的最大军用推力达到128千牛,而F119-PW一100的最大军用推力仅为104千牛。因此,F135是有史以来最为强劲的战斗机发动机。

第三名:WS-15涡扇发动机 国家:中国

WS-15全称涡扇15峨眉 涡扇发动机,是为我国第四代重型/中型战斗机而研制的小涵道比推力矢量涡扇发动机。WS-15主要用于双发重型隐身战斗机歼-20。WS-15由606所、624所、614所、410厂、430厂和113厂等单位专家组织研制。峨眉航空发动机的技术验证机在2006年5月首次台架运转试车成功。这标志着我国在自主研制航空发动机的道路上又实现了历史性跨越,在研制我国第四代中型战斗机的征程上迈出了坚实的一步。2011年中航黎明完成了ws-15验证机的交付。保节点是2020年完成研制。

WS-15全称涡扇15峨眉 涡扇发动机,是为我国第四代重型/中型战斗机而研制的小涵道比推力矢量涡扇发动机。由606所、624所、614所、410厂、430厂和113厂等单位专家组织研制。峨眉航空发动机的技术验证机在2006年5月首次台架运转试车成功。

这标志着我国在自主研制航空发动机的道路上又实现了历史性跨越,在研制我国第四代中型战斗机的征程上迈出了坚实的重大一步。2007年3月原形机首次台架运转试车成功,预计2013年3月发动机完成设计定型试验,2014年7月生产型发动机定型。

按照飞机任务要求,峨眉航空发动机在循环参数选择上采用较高的涡轮进口温度、中等总增压比和比较低的涵道比。采用的新技术主要有损伤容限和高效率的宽弦叶片、三维粘性叶轮机设计方法、整体叶盘结构的风扇和压气机、单晶气冷涡轮叶片、粉末冶金涡轮盘、刷式封严、树脂基复合材料外涵机匣、整体式加力燃烧室设计、陶瓷基复合材料喷管调节片、三元矢量喷管和具有故障诊断和状态监控能力的双余度式全权数字式电子控制系统。发动机由10个单元体组成。

第四名:AL-41涡扇发动机 国家:俄罗斯

L-41F发动机是留里卡-土星公司的产品,将成为俄第五代战斗机通用的发动机。该发动机的发展基础是留里卡设计局开发的AL-31系列, 1985 年开始研制, 总设计师是车金博士。为适应第五代战斗机的要求,AL-4lF 的推力有大幅度增加,其最大状态推力约12000 千克,加力推力的一般说法是不低于17857千克,具体数字有18500 千克和20000千克等说法。

不管哪一种数据,AL-41F的加力推力都高于F119-PW-100 ( F-22A的发动机)的16000千克( 156 AL-41F-1S(117S)发动机千牛)级,按照俄罗斯标准计算其推重比超过11。但是与F119发动机是不能比较的。因为F119发动机是以寿命设计为主,确保12000小时的寿命。而AL-41F发动机是以牺牲寿命设计,提高推力。对于AL-41F的寿命指标我们现在没有数据。

该发动机涡轮前温度为1828K ,低干Fll9-PW-100 、M88-1 . M88-2 的1977K 、1843K 和1850K ,但比AL-3lF、F100-PW-100和F110-GE-100的约1665K, 1672K和1644K 有很大提高,也高于EJ200 ( 台风使用的发动机)1803K 。这些性能数据说明它的确是一种典型的第五代发动机。

AL-41F也是俄罗斯第一种实现全权限数字电子控制的发动机,俄罗斯业已在AL-31FU上对FADEC 系统进行过验证,而AL-3lF系列则一直采用液压电子控制。

AL-4lF的FADEC系统与机上KSU-1-42 数字式电传操纵系统交联,能够根据飞行状态自动调节发动机的工作,从而提高飞行效率和发动机工作的可靠性.由此可见米格-39 已经具有了综合飞行/推力控制系统(IFPCS) ,下一步应该是将其与火力控制系统交联在一起,实现综合火力/飞行/推力控制系统(IFFPCS) 。

这一点俄罗斯专家在其1999年以前公开的第五代战斗机讨论中并未提及,但它确实是真正的第五代战斗机应当具有的特征,依赖干IFFPCS ,作战飞机将能够以最佳飞行时间、最佳任务航迹、最佳燃由消耗等为优化目标自动对飞机进行能量管理,实现作战过程全自动化,大幅提高其生存能力和作战效能。

第五名:涡扇-10B太行发动机 国家:中国

行WS-10/10A相当于当初F100-PW-100阶段,而太行改WS-10B则已经相当于当初F100-PW-220阶段。太行改WS-10B发动机整体性能接近和部分超过F110-GE-129IPE (F110的性能改进型)WS-10B发动机在太行发动机的基础上研制的,涡扇10B与涡扇10/10A之间的通用零部件达70%。使用通用部件不仅减小了研制的冒险性,还将显着地减少后勤保障费用。

太行改WS-10B的核心机以太行核心机为基础重新研制的,在设计过程中三大核心部件既高压压气机、环形燃烧室、高压涡轮等大量的参照并借鉴了AL-31F核心机的设计方法,结构细节设计和制造工艺. 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。

重点围绕WS-10B核心机的三大高压部件既高压压气机、环形燃烧室、高压涡轮等的工程设计,试制与试验以及其相关的强度、控制等系统进行综合应用研究,研制过程遵循部件试验在前,整机试车在后.的原则,完成了大量的三大核心部件和子系统的试验。

对核心机进行了大量的地面和高空性能试验,对可靠性与耐久性方面的进行大量试验,大幅度的提高热端部件寿命。对其它部件、系统、成件等作了适应性改进,对附件位置、管线和防冰系统作了必要的修改。为减轻重量进一步扩大了钛合金的应用范围。对加力燃烧室和尾喷管进行优化设计,采用新的耐高温合金材料,改进冷却设计,减轻重量 。

优化设计了高压涡轮叶片的结构细节设计,为不带冠设计,强化气膜加对流复合冷却技术。利用增大空气流量、提高部件效率、减少漏气和损失等技术措施,来一定幅度的提高推力。风扇是采用后2级整体叶盘结构。由于运用三维计算流体力学进行设计,风扇效率显着提高,压比为3.6;采用整体叶盘,消除了燕尾槽和阻尼凸台等处的应力集中,简化了结构,减少了零件数,减轻了重量,减少了泄漏结构和系统。

加力燃烧室和尾喷管以及大部分发动机附件从太行发动机的设计方案衍生而来,并改进了冷却技术和重新设计了部分结构设计,使结构更简单,减轻了重量,提高使用寿命寿命、同时维修性也得到改善,降低了使用和维护成本,为适应J11B的机体,对附件位置、管线和防冰系统作了必要的修改。

皇家赌场官方网站,第六名:AL-31FN涡扇发动机 国家:俄罗斯

AL-31F是由俄罗斯留里卡土星科研生产联合体研制的带加力燃烧室的涡扇发动机。该联合体前身是留里卡设计局,组建于1946年,是前苏联的主要战斗机发动机设计局。在上世纪60年代,留里卡研制了AL-21F系列涡轮喷气发动机,其最大加力推力达11000daN。1970~1974年投入生产,广泛用于苏-17、苏-20、苏-22、苏-24和米格-23战斗机上。在AL-21基础上,1976年(另一说法是1973年)留里卡开始研制AL-31F发动机。1985年该发动机研制达标后,用于苏-27、苏-30和苏-35战斗机。

AL-31F的结构形式是双转子加力式涡扇发动机。推力范围:加力12250daN,中间7620daN。每台价格300万美元。AL-31F有一些改进型,其中包括带矢量推力喷管的改进型AL-31FP发动机。

从总体上讲,作为苏-27战机的专用动力装置AL-31F发动机,其性能是优良的,具有明显优势。

(1)尺寸小,推力大。其涡轮具有有效的冷却系统和良好的热力学特性;压气机增压快速,发动机结构紧凑,保证飞机有较高的推力和良好的机动性。

(2)稳定性高。可使用在苏-27飞机的各种飞行高度和速度下,即使飞机在以M2的速度进入平螺旋、直螺旋、翻转螺旋和进气道喘振的情况下,发动机工作仍然极其稳定。喘振消除系统、空中自动点火系统、主燃烧室和加力燃烧室的再次启动系统等可保证在使用机载武器时动力装置的工作可靠性。

(3)维修简便。该发动机采用单元体结构,由14个单元体组成,因此,如果出现某些损坏,不需要全部更换,只替换下有故障的单元体即可。这样,在使用条件下进行发动机维修时,可更换其中的6个单元体。

(4)使用寿命长。AL-31F可根据其技术状况而使用,只要发动机还正常,就可以一直使用下去,而现代化水平的诊断设备可保证飞行安全。但其使用寿命也有一个限度,一般认为该发动机第一次维修前的使用寿命可达1000h,总使用寿命应该不少于10年。

本文由皇家赌场网址hj9292发布于皇家赌场官网,转载请注明出处:31F发动机发展的新思维,中国三款型号上榜

您可能还会对下面的文章感兴趣: