第四代航空发动机

更新时间:2023-07-23 12:09

20世纪90年代出现的第四代航空发动机是以美国的F119和欧洲的EJ200发动机为代表,推重比在10以上,其中F119装备了F-22战斗机,EJ200装备了“台风”战斗机。世界三大航空发动机巨头: 美国通用电气、英国罗尔斯·罗伊斯和美国普拉特·惠特尼。

简介

航空航天发动机作为新时代科学技术极具特色的创造之一,以她为代表的先进生产力的出现改变了以往人民生活以及战争形态,极大的提高了人们的生活水平。航空航天发动机是典型的军民两用产品,可以广泛的应用在运输、巡逻、旅游、救护、通信、拍摄等多个领域。

美俄欧把发动机产业作为战略产业,国家大力支持,产品不断更新,技术不断提高。组建航发集团、发展航空发动机技术不仅是因为强烈的国家战略需求,而且还因为航空发动机本身具有重要的战略价值,能够在航发领域实现富国强军战略目标的高度统一。

一方面,航空发动机技术的辐射带动效应明显。航空发动机研制生产涉及机械、材料、电子、信息等诸多行业,对科技进步、经济发展具有巨大带动作用和产业辐射效应。经济专家表示:“美国的民用飞机销售额每增加1%,美国的国民经济生产总值增加0.744%。”虽然并非发动机直接拉动产生的经济价值,但作为飞机的核心部件,上述数据具有参考价值。据统计,按照产品单位重量创造的价值计算,如果以船舶为基准数1,那么汽车为9、电视机为50、大型喷气飞机为800,而航空发动机则高达1400,经济价值十分突出。

另一方面,航空发动机技术的军民通用性较强。航空发动机技术具有鲜明的军民两用特性,不仅表现在军、民用航空发动机在大部分技术上互通互联,而且预警机、加油机、反潜巡逻机等军用特种战机的最优改装平台始终都是民航飞机而不是军用大型运输机,例如改装自波音707客机的美国E-3预警机无论在航程、性能上都优于改装自伊尔-76的俄罗斯A-50预警机。可以预见的是,航发技术的突破将带来国防安全指数的显著提升。

另外,航空发动机的研制成功能够显著提升国际地位。由于研制难度太大,世界上真正具备独立设计生产航发的国家只有英美俄,以售卖航空发动机的方式控制别国航空体系进而延伸本国政治影响力的手段已成为战略力量投射的重要途径。美国通过售卖武器使购买国在国防建设上对其产生依赖,进而在该国甚至该地区增强影响力就是最好的例子。对于我国来说,打破垄断,重塑国际航空产业格局是当务之急。

显然,航空发动机虽不输出火力,但却是具备战略威慑和战略投射能力的另类战略武器

航空发动机被称为战机的“心脏”。发展战机,必须同步发展相应的发动机,因此航空发动机的划代也基本与战机划代同步。目前美、俄等国在发展第六代战机的同时已经着手研发第六代航空发动机。与国际上对战机的代际划分有着相对一致的标准不同,航空发动机的代际区分并没有公认标准,那么航空发动机是如何划代的?

燃气涡轮航空发动机以涡轮喷气发动机为起点,开启了航空发动机的喷气时代。随着技术的发展和进步,涡轮喷气发动机衍生出涡轮风扇发动机涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机和桨扇发动机等。其中涡轮风扇发动机(简称涡扇发动机)在军用战斗机配置的发动机领域内占主导地位。

涡扇发动机的特征参数有推力、耗油率、涵道比和推重比等,其中推重比为发动机推力和重量的比值,被作为军用涡扇发动机技术划代的标准。

关于战斗机的划代,目前有“四代”和“五代”两种方法。“四代”法以世界上第一批实用的超声速战斗机(典型机型是美国的F-100和苏联的米格-19)为第一代,即“超声速战斗机”划代法,也是除俄罗斯以外各国普遍采用的划代法。俄罗斯把战斗机划为 “五代”,区别在于把“四代”法中的第二代分成了两代,即把变后掠翼战斗机米格-23单独列为一代。

不过在2006年,美国洛克希德·马丁公司又提出“新五代”的概念,后经美国军事史专家、航空航天博物馆前馆长沃尔特·博伊恩的系统阐述(2008年发表于美国《空军》杂志),成为一种新划代法。这种划代法把最早出现的喷气式战斗机列为第一代,把高亚声速后掠翼战斗机列为第二代,把低超声速战斗机和Ma2一级的战斗机都列入第三代。这种划代法可以说是“喷气式战斗机”划代法。

因此,从2008年以来,美、俄都采用了“五代说”。形式上,美国和西方向俄罗斯“五代说”趋同,实际上各自的划代仍有较大差异。差异主要出现在对早期机型的“代”的认定上,而对现役先进机型的“代”的认定基本一致。

我国目前在正式场合和官方文件中,继续使用“四代说”。但在科技界和媒体上,已经越来越多地使用“五代说”,特别是在描述当今先进机型和未来更新一代时,频繁出现第五代,第六代的字眼。

下面先简要介绍下欧美的“五代”划分方法:

军用涡扇发动机的涵道比较小,第一代航空发动机出现在20世纪50年代,以英国的康维发动机、美国的JT3D发动机为代表,推重比在2左右;

第二代航空发动机出现在20世纪60年代,以英国的斯贝MK202和美国的TF30发动机为代表,推重比在5左右。

第三代航空发动机出现在20世纪70~80年代,以美国的F100、F110、F404,欧洲的RBl99、M88-3,苏联的RD-33和AL-31F发动机为代表,推重比在8左右。其中美国的F100装备了F-15战斗机,F110装备了F-16战斗机,F404装备了F-18战斗机,RBl99装备了“狂风”战斗机,苏联的RD---33装备了米格29战斗机,AL-31F装备了苏-27战斗机

20世纪90年代出现的第四代航空发动机是以美国的F119和欧洲的EJ200发动机为代表,推重比在10以上,其中F119装备了F-22战斗机,EJ200装备了“台风”战斗机。

到了21世纪初,第五代航空发动机出现,以美国的F135发动机和英、美联合研制的F136发动机为代表,推重比为12~13,其中F135发动机装备在F-35 战斗机上。2010年以后,依靠其强大的技术研发能力,美国已经开展第六代航空发动机的研发,预计推重比将达到20以上,目前已取得了阶段性成果,而第七代航空发动机也已经开始预研。中国发动机研制是生产一代、研制一代、预研一代、探索一代。中国发动机研制的技术目标时间表已经排到了2030年。

内容

据《中国航空报》报道:叶片是航空发动机最为核心和关键的零件,其加工制造是发动机制造的重点和难点之一,因此常常被誉为“心脏中的心脏”。张和飞是中航工业贵州新艺机械厂的总工程师,在他的带领下,新艺厂发动机叶片制造能力实现了从涡喷到涡扇、从中小推力到大推力、从二代机到三代机的“三大跨越”,为我国航空发动机事业做出了巨大的贡献。

新艺厂是我国航空工业大规模三线建设时期组建的航空发动机叶片生产企业。1987年,大学毕业的张和飞来到新艺厂,一干就是20多年。其间,他凭着振兴航空武器装备制造业的满腔热情,刻苦钻研技术,从技术员岗位做起,一步一个脚印。2003年6月,张和飞从新艺厂精铸分厂技术副厂长升任总工程师。他认为,发动机事业要考虑的问题远不只工程技术本身必须深入一线掌握第一手资料,才能避免决策失误。因此,每周他总有四五天在生产现场,解决了很多疑难问题。

张和飞总说,“学技术可坐不得电梯,只能靠自己爬楼梯。”就是这种信念,支撑着他永不停息的求知脚步。

为了保证新机研制按计划节点完成,张和飞全力以赴。作为型号主管,研制中的每一项工作他都亲自参与,组织实施。他组织专业型号主管和生产单位的技术人员,对试制中的每一个零件、每一种方案进行详细讨论,确定最终实施方案。在试制过程中,他始终坚持在生产一线,及时协调和处理各种现场技术问题。他积极主持申报各项省部级科研项目,积极推动工厂技术创新体系建设,大力推进信息化建设。所有这些,无不带动了新艺厂叶片制造技术的创新发展。

张和飞始终不忘人才培养。他常说,“企业技术创新的成功与否,创新的效果如何,从根本上说取决于人才,尤其是科技人才。因此我的使命有两个,一个是搞技术,一个是出人才。”他提出要以型号研制为牵引发展叶片制造技术,科研成果要转化为生产力,必须要领导重视,尊重知识、尊重人才,实行“产、学、研”三结合,“领导、技术人员、工人”三结合,“设计、材料、工艺”三结合。为此,他参与制定了工厂“十一五”人才资源规划,工厂技术专家、能手的评定管理办法,倡导并促成了工厂首个工程硕士班,委托北京航空航天大学培养了18名工程硕士。

与国际先进水平相比,加速研制国产先进发动机,根治飞机“心脏病”已迫在眉睫。张和飞已经记不清楚,为全面巩固第三代航空发动机叶片的制造技术,掌握第四代航空发动机叶片的关键制造技术,他和他的团队在工作现场度过了多少个不眠之夜;为了论证方案,他们翻阅过多少资料,历经了多少次试验。

2009年10月1日,当151架国产战机编成12个空中梯队,秒米不差地飞越天安门广场时,张和飞热泪盈眶。许多参阅飞机的发动机都配装了新艺厂生产的型号叶片,凝聚着新艺人的智慧和汗水。

从2002年到2009年,张和飞先后获省部级科技进步一等奖1次、二等奖2次、三等奖2次;荣立部级一等功1次、二等功1次、三等功1次。作为贵州省第五批省管专家,他还先后荣获贵州省“五一”劳动奖章、“贵州省国防科技工业‘十五’科技管理先进个人”、“技术创新工作优秀管理者”等荣誉称号。

国外第四代航空发动机

美国:F110-GE-129、F100-PW-229涡扇发动机、F-100-PW-229、F110-GE-129发动机、F404- OE-400涡轮风扇发动机、GE-F-414涡扇发动机、GE CF6-80C2涡扇发动机。

俄罗斯:AL-31FN涡扇发动机、D-30涡轮风扇发动机、NK-321三转子涡扇发动机、NK-93三转子函道桨扇发动机、D-18T三转子涡扇发动机。

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