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中国1980至2020年的三个航空发动机预研计划

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从50年代后期起,航空发动机行业开始在仿制国外发动机的基础上探索自行研制发动机的途径,特别是在60年代初期引进当时先进的Pl1-300发动机后,从使用发展和型号研制两方面加快了探索的步伐。通过实践,逐步认识到技术基础和技术储备对放新型号发动机研制的重要性,一方面加强了基础设施建设,建成了相当数量的零部件试验器和高空模拟试验台,一方面加强了设计技术预先研究,有计划地规划和实施了几项规模较大的预先研究计划。 
这些努力使我国航空发动机研制能力有了很大提高。但是,我们至今还没有一个型号走完自行研制的全过程,还不能证明我们己具有研制整台发动机的能力,已掌握的设计技术与国外先进水平大约有25^30年的差距。因此如何加强预先研究,尽快提高发动机设计研制技术,是我们面临的重要而又迫切的任务。
我国航空动力预研的回顾 
1980年,我国启动了第一个综合性发动机预研计划:高性能推进系统工程预研(简称高推预研),该项研究计划包含了发动机所有部件和系统的先进技术,其整体目标是使发动机单位推力达到105-110daN/kg/s,推重比达到8。但在计划执行期间,二次削减经费和压缩研究项目.部件级的验证仅限于高压部件。80年代末,重新恢复全台高压压气机的技术验证并 接着起动核心机技术验证,1994年初核心机提前十一个月达到设计指标。1997年才获准开展的整机验证机研制,于1999年因经费原因被迫中止。高推预研共完成上百项关键技术研究课题,开发了几百个计算机程序,取得很大的成绩。虽然这些研究成果的验证并不充分,但大部分已被应用于型号研制和改进改型。
1993年开始规划的高性能燃气涡轮动力技术预研计划,其整体技术目标是使发动机单位推力达到120daN.S/kg,推重比提高(涡轴、桨发动机的功重比提高)。该计划包括百余项关键技术,开设了百多个研究课题。该计划目前进展顺利,所获得的技术成果将被应用于在役、在研发动机的改进和新一代飞机用发动机的研制。
通过二个大型预研计划的实践,使我们对预先研究工作的特点及规律有了进一步的认识;
1,预研的作用和目的,预先研究是基础研究和工程应用的中介,其主要目的是为发动机型号研制和改进提供经过验证的技术,从而减少型号研制中的技术风险。预先研究工作相对于型号研制要有足够的提前量。在规划和开展预研时往往还不能明确未来发动机的具体装机对象和战技指标,即使拟定了,在以后较长的预研过程中,用户的需求也可能发生变化。因此,牵引预研的需求应该是方向性的和远景性的,这是预先研究与型号研制的重要区别。不应该强求有明确的装机对象后才能开展预研工作,也不应该把预研仅仅作为型号研制的前期工作。应该说明,在型号研制和使用发展过程中,也常常需要做一些预先研究。其主要目的是正确评估和减少方案的技术风险,如果作较细的划分,这种预先研究应称为方案支持性研究,是型号研制的前期工作。
2.重视技术验证,按需要验证的技术覆盖面、新概念含量和客观条件选择验证平台。预研成果只有经过充分的验证,才能真正起到减少型号研制风险的作用和为设计技术的进步提 供坚实的基础。验证的方式很多,这里只探讨技术验证机问题。技术验证机在预研计划中有很突出的位置,因为它能在更真实的环境下验证设计技术。计划中由P&W和GE分别研制了一种技术验证机(含核心机);IHPTE计划中(至第二阶段)已见报导的有五种技术验证机,其中祸扇发动机有三种。技术验证机可以利用已有的发动机改装,其优点是费用较低,也有 利于加快预研成果的应用,但验证的环境条件受一定限制。当需要验证的技术覆盖面大、新 概念多或没有合适的发动机可用于改装时,就必须另外研制一台验证机,其优点是可以同时验证多项成果,验证的环境条件可根据需要来构建。在特殊情况下.如用户在预研开始时就 已确定对未来型号的要求时,也可以将技术验证机和型号验证机合并,这一做法也可看作预 研成果(技术验证机)的直接应用。
关于“先进航空发动机技术”(ATEKT}计划的建议。
我国航空发动机研制水平与国外相比有很大差距,但力求尽快缩小差距的决心也是坚定的。面对国外航空发动机技术加速发展的态势,我们除了按原计划研制高推重比发动机之外,还应该制订一个较长远的发展计划。先进航空发动机技术(简称先进发动机)研究计划旨在用若干年时间使我国航空发动机的推进能力提高一倍,具备研制高推重比祸扇发动机和高功 重比祸轴发动机的技术能力。这一预研计划与过去二个预研计划主要特点的比较见表3 )与前二个预研计划相比,先进发动机计划有更好的基础。首先,通过20年来的发展,我国发动机研制能力和技术基础已有很大提高,目前正在预研的个别课题己相应于IHPTET第一阶段中的课题,为局部的跨越式发展提供了一定条件:国内正在研制一些涡扇和涡轴发动机,增加了综合技术验证平台的选择余地;其次,前二个预研计划的实践,在大型预研计划的组织和管理方面积累了可贵的经验。
先进发动机计划的总目标可设想分二个阶段实施,以高推预研的技术为基准,二个阶段的目标建议设定如表,借鉴前述IHPTET计划的特点,在制订先进发动机计划时还有以下建议
(1)关于综合技术验证机。在第一阶段,我国在研的祸扇发动机和涡轴发动机均可选为验证平台,具体可以根据用户对这些发动机的改进要求来选定。利用已有发动机作验证平台时,受原型机循环参数及用户要求的制约,有些研究成果不能获得充分的验证。因此,在第二阶段,应该安排新研制一台技术验证机,以求全面地验证和考核先进发动机计划的研究目标是否己达到。
(2)研究成果的应用。先进发动机计划的研究成果可以分阶段应用,第一阶段成果应用于届时在研的和在役的发动机,使其推重比和功重比提高。它们的改型计划应与先进发动机的验证计划相结合,以加快研究成果的应用。
(3)选准项目。实现局部跨越式发展跨越式发展是缩短与先进水平差距的必由之路,只要项目选择恰当,组织得力,技术途径正确,实现跨越式发展是有可能的。笔者认为在以下方面可以予以考虑:
高级负荷压气机的分列(大小)叶片设计概念:
越过分区燃烧技术,研究多点喷射及可变头部几何主燃烧室: 
无低压导向叶片的对转涡轮概念: 越过球面一二元喷管技术,研究气动矢量推力喷管; 
纤维缠绕Ti合金和长纤维增强Y钦铝,实现无盘转子(叶环)结构;
研究磁轴承在发动机上应用技术,实现无滑油系统、  
研究微电机或膨胀涡轮技术,实现分列式控制系统;  
结束语
当前、对于改变我国航空发动机落后状况的紧迫性己得到广泛重视。先进发动机计划对于缩短我国航空发动机研发能力与国外的差距有着十分重要和长远的意义
责任编辑: 整理时间:2007-3-13 14:22:48
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