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进口航发越过世界首先,中中原人民共和国入眼

2019-10-20 20:29

  中航工业涡轮院科技展览馆,那一个个状似桨叶的叶片和由叶片组成的一台台风扇、压气机、涡轮,在向人们诉说着我国自主发展航空动力、突破关键技术的成果。还有,基于这类航空叶轮机技术衍生的系列射流风机,反映了涡轮院“寓军于民”的发展战略。

与人们想象的不同,传统的涡轮和涡扇发动机只具有相对固定的热力循环,在某个有限的飞行范围内具有相对良好的性能指标。例如涡轮喷气发动机结构相对简单,涵道比较小,它的优势是大马赫数飞行时耗油率低,单位推力大,超声速性能好,劣势是亚声速耗油量大;而涡轮风扇发动机涵道比较大,在亚声速飞行时空气流量大、排气速度低,所以推进效率高、耗油率低、噪声低,具有很好的亚声速飞行性能,但超声速飞行时耗油量大。现代空战的发展需要未来作战飞机在宽广的工作范围和亚音速、超音速这两种飞行状态下都必须保持良好的作战性能,同时又在加速、爬升或超声速巡航状态,航空发动机能够提供足够的推力。

  这些成果和产品,与该院叶轮机试验研究室员工的攻坚风采、市场理念紧紧地联系在了一起。这个研究室,就是一个航空叶轮机零件、部件试验及其试验技术研究、试验设备设计的专业科室,同时又是院里一个民品研发主力单位。

然而在这些亚声速和超声速的混合飞行任务中,传统的涡喷发动机或者涡扇发动机都很难在所有飞行状态下均保持良好的性能指标,同时兼顾亚声速和超声速飞行要求,因此不得不在设计中对重要的设计参数选取进行折衷。这既加大了航空发动机的研制难度,又不利于发挥发动机应有的潜能。例如美国研制生产的F119小涵道比涡扇发动机具有不开加力状态下的超音速巡航能力,但付出了在此工作状态下耗油量明显偏大的代价。并且由于研制难度极大,在F119发动机成功装备美军二十多年后的今天,仍然没有一个国家装备同类型的涡扇发动机。

  一个勇于担当、创造“第一”的团队。

变循环发动机有可能是解决这一难题的最佳选择。据国内外公开资料介绍,变循环发动机是一种具有优秀综合性能的推进系统,它把涡喷发动机超声速性能和涡扇发动机的亚声速性能综合到一台发动机上,通过多个部件/机构的几何调节来实现不同工作模式的转换,扩大了涵道比变化范围。F119发动机的竞争对手:已正式定型但未装备部队的,推重比10一级的F120发动机就采用了这种变循环概念,它也是迄今为止唯一经过飞行试验的变循环发动机。目前,美、英等国依托先进航空发动机技术预研计划,在继续开展更为深入的变循环发动机技术研究工作。有消息表明,美军下一代战斗机用航空发动机的两个选型方案:GE通用电气公司(F120发动机的研制者)研制的XA100和普惠公司(F119和F135发动机的研制者)研制的XA101 均采用了变循环技术。

  航空叶轮机,就是涡喷、涡扇航空发动机中的旋转部件。这些部件相互匹配,形成工作循环,使空气和燃气能量转化为牵引、推进飞行器的推动力。室自组建40多年以来,开创了我国航空科研领域的多个“第一”。第一个突破和掌握其试验技术,成功用于并完成我国首台中推涡扇发动机用七级高压压气机试验验证。在平面叶栅性能试验方面与德国宇航院合作,成为国内第一个在航空动力科研行业与西方同行竞技,并在该领域赚到第一笔外汇的单位。第一次攻克对转涡轮试验技术,成功完成国内首次全尺寸对转涡轮性能试验;自主设计与在建国内第一台超大功率加温加压压气机试验器,为追赶世界先进压气机试验技术奠定坚实基础。

而据国内某家权威媒体在2018年发表的公开文章称,曾研制成功“昆仑”涡喷发动机、”太行”涡扇发动机的沈阳发动机研究所在自适应变循环航空发动机取得了重大了突破,已完成变循环特有的关键技术整机验证。近日,国内某专业媒体首次公开披露了国产变循环发动机验证机的简况,为我们初步揭开了其神秘“面纱”。该文称,为了开展变循环发动机关键技术的研究,在我国研制的某常规发动机的基础上,增加了部分变循环特征部件,搭建了一个变循环发动机技术验证平台。与先前猜想的不同的是,由于国内对变循环发动机的研究起步较晚,因此并没有采用与美国第五代变循环发动机AETD项目相同的三外涵变循环发动机方案,而是采用了和F120发动机相同的带核心机驱动风扇级(Core Driven Fan Stage,CDFS)的双涵道变循环发动方案。

  室里组成攻关团队,针对某重点型号压气机试验表现出来的喘振裕度不足问题,开展技术攻关,找出了试验设备局部缺陷影响压气机试验结果的原因。通过对设备相关系统的改进设计和试验验证,解决了压气机试验喘振裕度不达标的技术难题。在长期科研试验过程中,相继填补了级间流场测试技术、压力畸变试验技术和钛火试验技术等多项国内研究空白,多次荣获部级科技成果奖。

该变循环发动机的关键部件:核心机驱动风扇由某现有高压压气机的第1级设计修改而来,与后面的多级高压压气机共同组成压缩系统,用于由现有发动机发展得到的变循环技术验证平台。在该压缩系统中,CDFS 为单级,由进口可调导叶、转子、静子3排叶片组成,高压压气机为8级,无进口导叶。由于我国现役自行研制生产的的”太行”涡扇发动机为9级高压压气机,另一种涡扇型号:”秦岭”涡扇发动机的高压级为12级,因此该变循环技术验证平台很可能是在”太行”涡扇发动机上改进而来。

  一个追逐市场经济大潮,践行“实验室经济”理念的群体。

该变循环发动机技术验证平台比较有特色的的地方是:核心机驱动风扇没有采用开闭两种状态来改变发动机涵道比,而仅仅是通过改变可调导叶关闭角度和可调静子的方法来实现双涵道设计,可调导叶关角度最大变化范围可达20°~30°。仅仅通过改变关角度实现了发动机涵道比的变化,而F120变循环发动机则采用了改变开角度和关角度的方法来改变涵道比。它的优点是当发动机工作模式为涡喷状态时,能满足发动机喘振裕度20%的指标,而采用开闭模式虽然涡喷和涡扇模式下工作效率最佳,但很难满足发动机喘振裕度要求。发动机喘振裕度越高,战斗机就越“皮实”,发动机熄火的概率越低。

  在完成科研试验主业的同时,室里还利用专业人才,把试验室里的科技成果转化成有市场需求的产品,把航空叶轮机技术用于民用叶轮机产品开发。近些年,室里研发的通风机、吹雪风机、矿用主扇/局扇风机已成功用于公路、铁路隧道和矿山通风工程。

在发动机整体设计方面,该发动机借鉴了美国YF120 发动机的技术特点,取消了高压压气机进口可调导向器,CDFS 进口导叶、CDFS 静子、高压压气机前2级静子及前涵道引射器面积均可调节,采用了CDFS、前涵道引射器、高压压气机气动一体化设计,并在国内率先完成了该类联合压缩部件的试验验证。试验结果表明,发动机实现了多工况双涵道比条件下的性能兼顾,在同一转速下的流量调节范围达到15%,实现了预计的涵道比调节范围,CDFS 与高压压气机匹配良好,满足总体方案技术指标的要求。从技术指标来看,成功实现了发动机涡喷和涡扇模式的转换,具有良好的超音速巡航潜力。军事观察家认为,如果涡扇15一旦遇到重大挫折而迟迟不能装备部队时,该变循环发动机技术验证平台可以像美国的F120 发动机一样,作为一个具有较高成熟度的备选动力顶替应急。(作者署名:小鹰说科技)

  今天,在成都-九寨公路上1公里多长的牛角垭隧道中,自驾游者照常能呼吸到山中那甜丝丝的“富氧”;列车通过宝-成线上秦岭山区最长的15公里隧道时,旅客同样觉得空气清新。这就是叶轮机室设计制造、安装在隧道内的特种射流风机,制造出的呼吸舒畅的环境。今年,室内研发的吹扫车等民用产品也实现了销售。室里还积极利用自己在航空叶轮机非标试验设备设计与建设的经验,承揽到了多家企业、高校和业界院所的试验台设计和建设项目。同时,作为牵头单位,承担了首台套国产燃驱压缩机组研发。

  一个学习、成长环境令人羡慕的基层单位。

  这个研究室,拥有系统配套的员工培养制度。实行“季度点评”和“年终考核”,检验入职10年以内员工的技术素质提升情况。而入职3~5年的员工可以重新选择专业,完成学习、成长任务的权重大于完成科研任务;专家、老同志和作为师傅的员工完成传帮带任务的权重大于自己承担的项目,并与个人绩效挂钩。

  室里常年开办“叶轮试验讲坛”,用于交流和分享员工从工作实践中的技术经验、方法和工作中的困惑。同时,邀请高校教授和院里专家来室授课。三年来,室每年举办各类技术培训超过20次,参培人员超过150人次。

  他们的人才队伍得到了快速成长,形成了层次、结构合理的梯队,一批年轻员工成为了主试验员或项目负责人。室里89名员工中,28人拥有高级职称。其中有中航发动机首席技术专家2名、一级技术专家1名、二级技术专家2名;有中航发动机首席技能专家1名,二级技能专家2名。这个室还走出了多位行业知名的叶轮机试验技术专家,成为国内这一领域的领军人物。

  “十二五”以来,室里试验任务年均增幅近50%,非航空产品研发任务也在年年攀升,同时还承担了绵阳新基地建设任务。而员工是“一人多岗”,要参与多个试验设备和项目的工作。室班子认为,只有不断提升团队攻坚的意志力和市场意识,坚持培养员工形成的技术内生力,才生成了战胜任务繁重、技术攻坚挑战的方法与动力。(向宏辉 代秋林)

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