中国太行发动机20年研制历程太艰辛 曾试飞中喷出零件
日期:2015-04-22 11:21:08|2015-04-22 11:22:42 来源:鹰眼图说军事
【编者按】太行发动机是我国自行研制的首款大推力高性能涡扇发动机,在我国发动机研制史上具有重要地位,是中国航空发动机发展的里程碑之一。今天让我们回顾该型发动机研发道路上一些鲜为人知的故事,来解答一个问题,太行到底能不能行?
1995年6月7日,当时的副总参谋长的曹刚川传达了中央军委的重要决定,这个实际是军令状的重要决定要求:太行发动机一是配新型歼击机(歼10),二是作某型飞机的后继动力(歼11B)。因此,太行发动机是两种飞机成败的关键。空军下一步建设就立足这个发动机了,两只脚都踩在这条船上了,各级领导都非常重视。这是关键中的关键,重中之重。
由于当时的轰6空中试车台是于1976年12月正式投入试飞的,已经面临退役(轰6航空发动机空中试车台1996年10月退役),太行发动机实际上没有合适的飞行平台进行领先试飞。1993年3月,一航动力所向原中国航空工业总公司报告,申请提供一架我国引进的飞机作为飞行平台对“太行”发动机进行领先试飞。1998年9月,完成了配装飞机的全尺寸金属样机制造和装配,仅用1个半小时装飞机成功。
2001年,FWS-10“太行”发动机原型机在中国试飞院IL-76发动机试车台上完成首飞,2002年6月,空军拨给试飞院的一架苏-27战斗机用于试飞“太行”发动机,该机将右侧一台AL-31F发动机改装为一台“太行”发动机进行试飞。2003年,歼-11战斗机改装两台太行发动机进行科研试飞。
其实太行研制过程最终阻碍就是缺乏发动机相关的关键技术、材料工艺、试验条件储备。这些问题直接导致太行研制非常艰难,缺乏基本技术储备,常常需要临阵攻关,不断失败。太行发动机研制中先后发生各种技术问题和故障200多项,研制中几次大的故障,使研制工作陷入困境。尤其是质量管理能力欠缺,导致研制工作几度陷入绝境:一次是发动机在试车时,发生了高压压气机四级盘破裂事故;另一次是在高空台模拟试验和调整试飞中,5个起落出现3次“特情”(喷零件);第三次是配装太行发动机的飞机进行规定试飞的科目,发动机突然空中停车(2004年7月20日,试飞员丁三喜驾驶飞机在阎良机场起飞,当飞行到数千米高空时,突然听到一声响,左发停车了)。
2004年,太行发动机的飞行试验仍旧充满磨难。2004年7月1日,606所召开定型考核工作誓师动员的千人大会,“年底之前全面完成重点型号定型考核任务”,但在7月20日的考核试飞中,太行再次出现因机械故障而引起的左发突停,“定型考核”以失败告终,幸亏依靠试飞员的机智勇敢使飞机单发着陆,606所方有机会从样机上查找原因。同年,我方不得不继续向俄方采购大量AL-31F/FN发动机用于歼-10和歼-11的生产,刚刚首飞的歼-11B,其原型机也均使用AL-31F发动机进行试飞工作。
经过4个月的努力,经过组织调整,把质量管理和控制纳入程序化管理轨道,明确“项目副总师负责制”、“项目问责制”,完成17份故障计算、研究、分析报告,经过排故的发动机经过了改进措施设计、加工和试验验证,并进行了排故措施验证评审,将排故措施落实后,重新装配恢复生产,重新试飞。
太行研发突破了一批具有自主知识产权的核心技术和关键技术,取得了重大成果。发动机的设计采用了大量的先进部件技术和整机匹配技术,其中多项填补了国内空白,有的已经达到国际先进水平;上百项新材料、新工艺的成功应用,使发动机材料技术和制造技术实现了一系列重大突破。先后在新材料、新工艺上攻克了300多项厂、部级关键技术。其中,研制出的第Ⅳ级和Ⅷ级高压压气静子叶片,在国内首次实现了高温合金叶片的冷辊轧。研制成功的GH4169合金Ⅳ级至Ⅷ级静子叶片冷辊轧填补了国内高温合金叶片冷辊轧技术的空白。 全面掌握了风扇转子单元体、燃烧室联合单元体、低压涡轮厂轴等8大部件的新工艺。
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太行发动机定型试飞的三年,解决了如地面喘振、空中异常响声、试车温度异常等试飞等问题。在艰难的调整试飞中,解决了发动机“小发提前脱开”这块硬骨头。2004年5月,太行发动机的试飞遇到了一个十分棘手的问题:飞机在高空小表速飞行时经常出现异响,试飞员丁三喜终于找到问题所在,成功解决。
定型前的两项长试:设计定型持久寿命试车和长久初始寿命试车是对发动机使用可靠性最为苛刻的全面考核。2005年3月6日,606所再次召开“太行”设计定型工作动员誓师签字大会,全所人员签字誓师。2005年11月10日,太行发动机终于通过了设计定型前最后一道难关——长久初始寿命试车,40多天的试验一次通过,获得了飞向蓝天的通行证,开始批量装备部队。同年12月28日,太行发动机通过设计定型审查。
2006年3月,太行发动机正式定型并对外公开型号。同年,太行计划配装的歼-11B原型机改装太行发动机进行飞行试验。年底,太行发动机参加了第七届珠海航展。应该说,我国发动机以前一直难以突破的不仅技术基础和技术储备薄弱,工程试验经验积累不足,试验设备、加工设备缺乏,而且材料和工艺相对落后。经过研制太行,我们在材料,制造工艺,和质量管理体系建设上都获得了突破。
然而,真正的艰辛还在后面。太行发动机在进入到2007年之后,连续出现多次问题。2007年,因在歼-11B原型机的试飞中,太行发动机再次出现了叶片断裂等严重事故,空军决定在歼-11B 01批飞机上继续使用AL-31F发动机。2008年,因太行发动机质量不稳定,影响了发动机的服役进程,上级多次勒令相关厂家展开质量整顿,使得歼-11B飞机改装太行发动机的工作进一步受到了影响。
2009年,太行发动机仍然处于排故阶段。大量已经生产出来的部分歼-11B和歼-11BS发动机因无可靠发动机可用而停在沈飞停机坪上,被网友戏称为“菊花残”,这一现象直到2011年左右才彻底缓解。2010年是决定太行发动机命运的一年,1月,在彻底消除故障问题之后,太行发动机和歼-11B荣获国家科技进步奖特等奖。2011年,《解放军报》公开报道兰空航空兵某旅歼-11B组织跨昼夜飞行训练,标志着我军歼-11B战斗机和太行发动机初步具备战斗力,同年,歼-10B 1035号原型机装备“太行”发动机单发版本进行了一系列试飞,此后,大批装备“太行”发动机的歼-11B和歼-11BS战斗机开始交付中国空军和海军航空兵。
在2012年底组织的“红剑”-2012空军歼击机部队对抗性考核中,来自沈空航空兵某旅的歼-11B参加了对抗,这也是装备国产发动机的空军第三代战斗机首次参加鼎新基地空战对抗。2013年,根据中央电视台军事频道报道,济空航空兵某团的歼-11B战机已经可以参加放开高度限制的自由空战训练,并在对抗训练中达到了8个G的过载,充分证明了“太行”发动机的可靠性,击碎了所谓装载“太行”发动机的歼-11B不能做高机动动作的谣言。现在,太行能行了。2014年,装备“太行”发动机的歼-15、歼-15S和歼-16开始陆续试飞,并交付部队。
太行好事多磨,不但研制出一款先进的大推力涡扇发动机,更重要的是积累了一大批下一代涡扇发动机需要的工艺和技术,以及有经验和专业配套的涡扇发动机开发队伍,这才是未来的希望。航空发动机作为工业领域的最高技术门槛终于被中国人打破,以太行发动机核心机为基础,我国进一步研发的舰用燃气轮机、大涵道比发动机(运输机动力)和改进型太行发动机也获得了整体性突破,应该说太行的成功让中国人彻底捅破了高端航空发动机的那层“窗户纸”。
后记:2015年,下一代推重比10的下一代先进涡扇发动机(FWS-15)进展极为顺利,高台试验近在咫尺,某型大涵道比发动机即将装上运-20运输机,某改进型发动机推力矢量喷管测试正在如火如荼的进行,国家发动机重大专项蓄势待发。。。你看,太行发动机经验积累之后的繁花正在开放。
做大事,必须厚积薄发,20年等待积累算什么,弹指一挥间。
【相关资料】涡扇10的性能
空气进量 100kg/sec,
涡轮前温度为1700-1750k,
涡扇10加力风扇的性能的一些主要数据为如下:
高、低转子的转速分转别是13 kr/min,16.2 kr/min,
涵道比0.5,
增压比30,323 m/s和334 m/s,
空流量M=100 kg/s,
主燃烧室及加力燃烧室供油量分别为2.6 kg/s,2.85 kg/s,
最大推力73.5kn,
加力最大推力110kn,
涡扇10装有无锡航空发动机研究所研制的FADEC。
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