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并未远去的事实:源自美国技术的国产“太行”发动机

www.gphztz.com | 作者:吴老师15050108135 | 发布时间: 2022-10-14 | 543 次浏览 | 分享到:

涡扇-10系列发动机是一款由中国航空研究院研制的国产第三代大型军用航空涡轮风扇发动机。涡扇-10项目于1987年立项,至2005年底完成设计定型审查考核,整个研制过程历时27年。

作为中国首个具有自主知识产权的大推力发动机,涡扇-10的出现结束了中国缺少先进涡扇发动机的尴尬现状。

同时,作为第一款国产大推力发动机,涡扇-10发动机也被寄予厚望,期望其可以成为整个中国空军的动力核心。

因此,中国人给涡扇-10发动机取了个更加通俗易懂的新名称,太行发动机。



虽然太行发动机号称具有自主知识产权,可鲜为人知的是,这款发动机并非由新中国自主设计和研制,而是通过测绘仿制国外产品获得的技术。

上世纪70年代末,随着中国与欧美等国关系的逐步升温,中国开始接触到西方的先进技术装备。

1985年底,美国波音公司向中国交付一批波音737-300客机,同时该客机使用的CMF-56涡扇发动机也获得了美国的授权生产。

CMF-56涡扇发动机虽是一款民用航空发动机,但其核心机技术则来自美国F-101军用大推力涡扇发动机,整体技术性能相当先进。


美国B-1轰炸机使用的就是F101发动机

CFM-56发动机的出现,对于当时航发技术薄弱的中国航发技术来说不啻于是一针强心剂。虽然美国并没有向中国提供该发动机的相关技术,但中国技术人员还是通过种种努力对CMF-56发动机进行了拆解测绘,获得了该发动机的基本参数并逆向仿制了发动机的核心机技术。

至此,中国才具备了研制大推力涡扇发动机的技术基础。


波音737

1987年,歼-10战斗机项目正式上马,为其配套的WS-10发动机项目也随着展开。

为了加快研制速度,技术团队决定在CFM-56核心机基础上进行改进,争取在短时间内研制出一款可用的大推力发动机。很快,在1993年CFM-56核心机的国产化改进工作便基本完成。

虽然WS-10发动机的核心机研制相当顺利,可由于缺乏研制大推力发动机的经验,且工业基础薄弱。WS-10项目在设计和材料上遇到了很大的技术难题,整体进展并不明朗。无奈之下,设计人员不得已只能放缓进度,在摸索中逐步改进。

不过,中国很快就再次获得了接触国外先进发动机的机会。

1992年6月,从苏联购买的苏-27战斗机第一次抵达中国,同期抵达中国的还有尚属世界先进水平的AL-31F大推力涡扇发动机。



面对这一天赐良机,国内设计人员对AL-31F发动机迅速进行全面的考察和评估后,决定再次进行测绘仿制工作。

这次测绘仿制由于没有外部方面的掣肘,获取的数据更加详实精确,令发动机设计人员获益良多。

在吸收了俄式发动机的设计理念后,为迅速推进WS-10发动机的研制工作,国内设计团队决定以CM-56核心机为基础,参考AL-31F发动机的压气机、涡轮和滑油系统,研发WS-10涡扇发动机。

在这之后,又历经了十余年的艰苦摸索,至2005年,WS-10发动机终于达到预期性能,得以正式定型。

至此,中国成为继美国和俄罗斯之后又一个能够研发大推力军用涡扇发动机的国家。



不过,中国虽然成功研制了WS-10发动机,但作为民改军还大量采用俄国技术的产品,WS-10早期型号的可靠性很差,问题重重。

作为仿制品的WS-10发动机既没有设计图纸,又缺乏相关工艺流程,更欠缺相关技术材料,加之设计人员摸不清美制与俄制发动机的设计标准和原理。这就导致WS-10发动机在结构超重的同时,性能下降严重,使用寿命还极短,根本达不到设计要求。

即便WS-10发动机在研制中进行反复改进,但在关键性能上,仍无法达到预期,早期型号的整体性能远不如美国和俄国同类标准。



更不幸的是,在WS-10设计定型小批量进入部队试装后,大量问题空前爆发。由于WS-10的可靠性严重不足,发动机故障率居高不下,使用寿命极短,翻修循环时间仅有不到50个小时,远低于AL-31F的400小时,根本不能保证空军的正常使用。

尤其是在2010年前后,由WS-10发动机所造成的事故和症候,超过其他所有发动机总和,甚至还多次发生过发动机叶片断裂等重大事故,险些造成机毁人亡。

受此影响,中国空军前几批次计划使用太行发动机的歼-11B战斗机被迫只能继续采购俄制AL-31F发动机,另有相当数量的歼-11B因缺乏发动机只能在飞机制造厂内”趴窝“。

鉴于WS-10发动机的问题影响太大,这直接导致了内部人士对于WS-10项目的质疑:”太行到底行不行“。


早期型歼-20仍使用俄制发动机

应该说,太行发动机在当年确实遇到了巨大的困难,而且产生了巨大的负面影响。但是,对于当时技术经济均尚不发达的中国来说,能研制出太行发动机就已然非常瞩目,说是中国航空工业的里程碑也不为过。

因此,即便后面还有更大的困难,WS-10发动机也要继续完善下去,直到彻底成熟。

为此,WS-10发动机的研发团队为彻底解决“太行”不太行的问题,在从用户手中搜集了不同类型的问题和故障后,开始针对“太行”发动机的可靠性进行研究攻关。

先是进行故障研究和故障分析,从而制定相应的改进措施,经过反复验证后,解决了如地面喘振、空中异响、温度异常等试飞中遇到的多种技术问题。接着,研发团队又从生产端入手,积极改进生产工艺,解决发动机生产中的工艺和质量问题,提高成品率。

经过多年的技术攻关,WS-10发动机的使用寿命和故障率才得到有效改善,基本达到了最初的设计要求。

到2015年以后,改进后的WS-10发动机稳定性基本达到部队使用要求。至此,歼-11、歼-15、歼-16等后续型号战斗机终于开始全面换装“太行”发动机。



除了进行技术和工艺改进外,国内还对WS-10进行了性能上的进一步加强。

根据国内官方报道,改进型的WS-10A发动机在技术上还有了不小的改动。使用了下一代高推力发动机的部分预研成果,对现有核心机加以改进,还采用了全权数字发动机控制技术,这就使得WS-10的核心机技术与美国原型机发生了较大变化,性能大为增强。

改进后的WS-10A装备给歼-10战斗机使用。

到2020年以后,随着太行发动机的愈加成熟,国产战斗机终于拥有了一颗动力澎湃的”中国心“。



当然,太行发动机的发展还远不止于此。

根据公开的消息,WS-10太行发动机自诞生以来,先后出现了多个改进型号,除了增强推力的WS-10A,还有推力更大的WS-10B(装备歼-10C、歼-20战斗机),以及具备了推力矢量技术的验证型WS-10B(装备歼-10B),还有一款以太行发动机为基础,研制的大涵道比涡扇发动机,WS-20,用以装备运-20运输机。

未来,太行发动机还将进一步优化和改进,降低重量,提升推力,增加寿命,为中国战机的走向世界开启新的篇章。


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