中国从乌克兰弄了个好东西!!美国都眼馋

2018/11/08 16:52 踏沙无痕007 T大

2018年11月6日,第十二届珠海航展正式开幕。在6日开幕当天的飞行表演中,国产歼10B矢量推进验证机首次公开亮相,它所作出的普加切夫眼镜蛇、极小半径筋斗(J-Turn)、落叶飘等一系列高难度超机动动作,说明我国已经完全掌握了推力矢量发动机(TVC)技术,在航空发动机技术领域已经取得了长足的进步。

但在航展上,外方的发动机仍有许多看点。比如,这次北京天骄航空产业投资有限公司及所属重庆天骄航空动力有限公司(简称天骄航空)与大名鼎鼎的乌克兰“航发沙皇”马达西奇股份公司(简称马达西奇)联合组团再次同台亮相,在珠海航展室内6号馆内设立自己的展示摊位,展示了四款马达西奇公司研制的航空发动机,即:AI-322系列小涵道比涡扇发动机、TV3-117VMA-SBM1V系列涡轴发动机、D-436-148FM型涡扇发动机,以及MS-500V-S系列涡桨发动机。

中外合作的必要性在于,航空发动机是一个覆盖面很广的领域,我国这几年虽然在很多方面取得了很大进步,但与世界最先进水平相比,仍然有很大差距。而马达西奇作为苏联航空发动机工业巨头,有着雄厚的技术积累,在很多方面,仍然有值得我们学习的地方。

D-436-148FM涡扇发动机

就以这次马达西奇带来的四款发动机来说,在这几款发动机中,可能很多人关注的,是可以直接应用于L-15高级教练机的AI-322系列发动机,和可以直接应用于目前我军大量装备的米-8/17系列直升机和卡-28/31系列直升机的TV3-117VMA-SBM1V系列涡轴发动机。但在我看来,这四款发动机中,最值得关注的,是那个并不引人瞩目的民用型号:D-436-148FM涡扇发动机。

珠海航展天骄公司展台上的D-436-148FM涡轮风扇发动机(图/天骄航空动力微信公共号)

与到目前为止中国制造过的所有航空发动机都不同的是,D-436是一款三转子发动机。所谓三转子发动机,与双转子涡扇发动机的区别在于,它不是将风扇系统直接安装在低压转子上,而是再增加一根专用的转子,通过这根专用转子与专用涡轮连接,用这个专用的涡轮驱动风扇。

也就是说,三转子发动机在结构上,共轴安排三个转子:内轴是低压涡轮带动风扇,转速最低;中轴是中压涡轮带动低压压气机,转速较高;外轴是高压涡轮带动高压压气机,转速最高。

与双转子涡扇发动机相比,它的三个转子可分别在最佳转速下工作,使转子级数、叶片数和可调叶片数减少。由于转子级数少,转子可较短,提高转子刚性,减小性能衰退率。从而有效的降低油耗。因此,这是一种具有很高性能的航空发动机。

RB-211三转子涡扇发动机结构示意图。D-436的结构与之类似

提起三转子发动机,很多人都会想到英国罗尔斯·罗伊斯公司研制的RB211和遄达。其实,除了英国,还有一个国家成功地研制出了实用的三转子涡扇发动机,并成功地投入了应用,这就是苏联。

苏联有两个航空发动机设计局成功研制出了三转子涡扇发动机,一个是今天俄罗斯境内的库兹涅佐夫设计局,其代表作是图-160战略轰炸机上使用的NK-321加力涡扇发动机;另外一个就是今天乌克兰境内,已是马达西奇公司一部分的伊夫琴科-进步设计局。D-436的前身D-36就是伊夫琴科设计局的作品。

1970年代初,伊夫琴科设计局受命为当时正在研制中的安-124巨型运输机研制动力装置。设计局在总工程师弗拉基米尔·阿列克赛耶维奇·洛塔列夫的领导下经过分析后认为,只有采用三转子结构,新型发动机才能达到指标要求。

为了突破并掌握三转子涡扇发动机技术,洛塔列夫决定先研制一款比较小的三转子发动机,这就是最大推力6500公斤的D-36发动机。该发动机被应用于雅克-42、安-72、安-74上等多种型号飞机上,是一款相当成功的型号。

取得巨大成功、掌握了有关技术以后,伊夫琴科设计局在D-36的结构基础上加以放大,获得了更大推力的D-18发动机,从而让安-124和后来的安-225有了可靠的动力系统。

1980年代初,伊夫琴科设计局开始着手研制D-36型涡扇发动机的后继型号,这就是D-436型涡扇发动机。该发动机于1985年首次试车,1987年设计定型。该发动机在D-36的基础上做了多项改进,重新设计了新的压气机和风扇系统,并增加了全权限数字式发动机控制(FADEC)。

目前,该发动机除了替换雅克-42、安-72、安-74等型飞机上的D-36,还被广泛应用于图-134、图-334、安-148等型号客机,以及别-200型水上飞机,是一款性能优秀的中等推力涡轮风扇发动机。

使用D-436作为动力装置的俄罗斯图-334型支线客机,该机各项性能指标与ARJ-21相近

掌握这一技术对中国有哪些好处?

对于中国来说,如果能掌握D-436涡轮风扇发动机的相关技术,给中国航空发动机工业所能带来的好处是多方面的:

首先,三转子航空发动机虽然性能出众,但三转子结构,内、中、外三个套轴高速、大功率旋转,在结构动力学方面,尤其是振动、共振、过临界转速、三个转子的统筹控制等方面,技术难度极大。因此直到现在,三转子结构仍然是严重的技术挑战,也是技术水平的非凡标志之一。美国至今没有研制过三转子发动机,就可以反映出这一点。

因此,如果能掌握D-436涡轮风扇发动机技术,将使中国一举掌握苏联在三转子航空发动机领域的几十年技术积累,对中国航空发动机领域的技术进步益处极大。

第二,D-436是一款性能非常优秀的中等推力大涵道比涡轮风扇发动机。从性能指标上来说,它可以直接替代美国GE公司的CF34-10A发动机,作为国产ARJ-21支线客机的动力装置。这可以让ARJ-21的动力来源获得一个可靠的备份。如果未来因为某种原因CF34-10A的来源中断,或者出于某种原因不能使用CF34-10A(比如开发军用型),D-436是一个非常合适的替代选择。

美国通用电气公司(GE)的CF34-10A涡扇发动机。该发动机是国产支线客机ARJ-21的标配动力装置

不妨对比一下CF34-10A和D-436。不难看出,在重量、耗油率、推重比等方面,D-436对于CF34-10A有明显优势:

第三,D-436发动机与马达西奇公司的很多其他发动机存在技术关联。

如前所述,D-436的前身是D-36,它放大版就是用于安-124和安-225的D-18。因此,基于D-436,只要把从D-36到D-18的路子走一遍,就能得到一款相当于D-18升级版的大推力涡扇发动机,如果用它装备运20,只需要两台就够了。这种发动机可以作为中俄合作研制的CR929大型客机的备选动力装置。

更重要的是,马达西奇在研制D-436的时候贯彻了核心机衍生发动机家族的设计思想,以D-436的核心机为基础,衍生出了用于著名的米-26重型直升机的动力装置D-136涡轴发动机,和用于安-70军用运输机的D-27桨扇发动机。因此掌握了D-436,等于同时掌握了四款先进发动机的核心技术。

据天骄公司展台工作人员表示,他们这次展出的这四款发动机,都会安排在国内生产。希望中国航空发动机业界能由此像之前引进乌克兰UGT-25000型燃气轮机一样抓住这次机会,一举填补中国在三转子航空发动机、重型涡轴发动机和桨扇发动机三个领域的空白,实现跨越式发展。

马达西奇公司基于D-436核心机研制的D-136涡轴发动机。该发动机是著名的米-26重型直升机的配套动力装置,最大功率为8500千瓦,雄踞世界第一。如果中国能掌握这款发动机,目前中俄正在联合研制的重型直升机的动力系统就有了保障。

马达西奇公司基于D-436核心机研制的D-27桨扇发动机。该发动机是目前世界上唯一一种投入实用的桨扇发动机(应用于安-70型运输机)。值得一提的是,它还是苏联流产的雅克-44舰载固定翼预警机的配套发动机。该预警机原定装备于乌里扬诺夫斯克号核动力航空母舰。

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