太行发动机借鉴却至今未能超越的一座高峰:美国F110系列发动机

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  • 作者: bet5365最新线路检测   来源:http://www.trmpaint.com    栏目:bet5365最新线路检测    日期:2022-08-26
  •   F110系列发动机在美国的航空发动机研制史上有着非常重要的意义,它一个系列就满足了F15、F16、F14三大主力战斗机的需要,其非加力型还成了B2隐形轰炸机的动力,成为核心机衍生的一个典范。通过F110发动机的研制,美国不再为减轻重量而牺牲耐久性和可靠性。最重要的是,通过F110,确立了航空发动机研制的竞争机制,形成相互激励的良性循环。

      F110可以说是一个转折点,通过它的研制,美国与世界拉开了距离,从此一路领先,直至今日。我国太行发动机的核心机借鉴了CFM56-3,而CFM56-3正是F110核心机GE9的旁系衍生型号之一,但太行系列发动机至今未能达到F110的高度。

      从宏观上看,F110系列的研发有三大特征:注重耐久性,走低风险衍生路线,推进了竞争机制的确立。这三点才是F110存在的最大意义,而不是推力、推重比、涡轮前温度如何如何。下面是本人对这三个特征的浅析,有不足之处希望大家指正:

      先看耐久性与可靠性。由于机动性有了质的提高,三代机在空战中要不断对发动机进行尺度很大的剧烈操作,油门要频繁的从最低开到最大,就是要不断的开加力:起飞、爬升要开加力,赶赴战场要开加力,机动占位和摆脱要开加力,脱离战场也要开加力。这里要引入一个热机循环次数的概念,它指的是喷气式发动机从启动到增至最大油门,再回到最小推力的一个周期。据称,操作三代机2000小时,其发动机累积的热机循环次数高达10360次,即平均每小时开加力超过5次,也就是说,几乎是10分钟就要增推一次,这虽然有些夸张,却反映了三代机面对的是完全不同的空战环境。

      但普惠的TF30和F100都不是按照这么高的热机循环次数设计的,因此出现了热端零部件老化过快甚至叶片断裂的现象,直接导致F15沦为“机库皇后”。

      F110充分吸取了F100的教训,在设计之初就考虑了寿命问题,其初始型号F110-GE-100每个大修间隔就能达到4000次热机循环,远大于F100-PW-100的900个,且还有很大的提升潜力。在F110系列的后续改进中,其不同型号通过充分运用新的技术、工艺和材料,使其理论寿命得到了充分挖掘,如F110-GE-129发动机的维修间隔增加到了2000小时,总寿命达到了6000小时左右,几乎可以与飞机同寿命,大幅领先于全球其他同类型的军用航空发动机。

      虽然太行发动机热端部件的寿命据称达到了1500小时,冷端的设计寿命也有3000小时,但依然只有F110-GE-129的一半左右,可见,我们要走的路还很长。

      再看衍生能力。F110系列走了低风险的核心机衍生之路。核心机,顾名思义指的就是航空发动机的核心部件,主要包括高压压气机、燃烧室和高压涡轮这三大部分,可见,核心机包含的主要是航空发动机的高压部件和热端部件。毫无疑问,剩下的风扇、低压涡轮、加力燃烧室和尾喷管就不属于核心机,而属于低压部件了。而所谓的核心机衍生就是在一种优秀核心机的基础上,根据相似理论,将该核心机放大或缩小,再搭配相应的低压部件,就能发展为一系列功率不同,满足不同需求的动力装置。

      F110系列的核心机是GE9,它的衍生型号不仅满足了B1、B2、F15、F16、F18五种机型的动力需求,连广泛用于客机的CMF56大涵道比涡扇发动机和几乎遍布全球的LW2500燃气轮机都与GE9有很深的渊源。

      核心机衍生除了要有一种优秀的核心机外,各个零部件还要尽量实现标准化和模块化,这对材料、工艺和质量管理提出了很高的要求,自由搭配的前提是生产出来的零部件要有足够的一致性,否则一个部件在到别的发动机上就会出现“水土不服”的现象。F100在设计之初就实现了高度的模块化,其风扇、核心机、低压涡轮、尾喷管和附件机匣都可以分别拆卸和更换。

      太行发动机虽然已有了好几个改进型号,但多是直系型号,旁系型号并未出现,连非加力版都未见端倪,听说涡扇20的核心机源自太行,但没有实证。好在太行核心机衍生的QC70小型燃气轮机已批量装备了726A中型气垫登陆艇,开了一个好头。

      最后,F110推动了发动机研制竞争机制的形成。在F110出现之前,除了F100发动机,还有F14的TF30用于三代机,但它的推力不足10吨,可靠性也有很大问题,且也是出自普惠之手,可见F100和TF30根本形不成竞争关系。

      因此,面对军方反馈的F100可靠性差的问题,普惠就归咎于空军过度操作,并非他们的产品有问题,即使经过多次谈判协商,普惠仍拒绝承担责任。因问题长期得不到解决,美国海空军三大新机种:F-14、F-15和F-16都面临停飞或无发动机可用的局面,这是一家独大的必然结果。

      于是美国空军在1983年推出“替代战斗机发动机”计划,为F-15和F-16战斗机引入通用电气的F110作为替代发动机,且进展顺利,一举打破了普惠公司对美国战斗机动力的垄断地位。市场竞争一下子带来了效率和创新。受到刺激的普惠很快推出了F100-PW-220改型,长期得不到解决的可靠性、耐用性和稳定性问题一下子就改观了,F100-PW-220两次大修间隔的热机循环次数也在最短的时间内从900提高到了4300。

      而中美在这方面的差距最大,我国在很长的一段历史时期都把发动机视为飞机的附庸,对航空发动机的研制规律和难度的估计严重不足,虽然通过航空发动机集团公司的成立,这一状况得到了改善,但仍未形成类似战斗机研发中南北两大巨头竞争的局面,鉴于航空发动机研制任务的艰巨性,我国至少要在主力战斗机动力的研发上形成相对竞争,避免形成一家独大的局面,也能激励各科研院所勇于创新。

      总之,论推力、总压比、推重比等循环参数,太行改进型已经不逊于F110,甚至有所超越,但在寿命、衍生能力及对研发机制的推动力方面,太行仍远远没有达到F110系列发动机所处的高度,这也是中美航空发动机最大的差距所在。

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