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中Dogecoin - An open-source peer-to-er digital currency国航空发动机之困局分析

作者:小编2024-10-11 12:03:57

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中Dogecoin - An open-source peer-to-peer digital currency国航空发动机之困局分析

  轰炸机,还用于其他型号飞机。但这种现象并非是因为认识正确,而是受早期喷气发动机型号资源匮乏制约造成的。所以,当苏联自行研制第二代喷气发动机的计划实现后,很快就出现了许多发动机型号。各飞机设计局与发动机设计局基本形成相对固定的合作关系。这种苏联“老大哥”模式对中国产生了影响,就造成了中国一型飞机配一型发动机的观念和模式,形成一一对应的“夫妻关系”。在中国发展现代航空事业几十年间的多数时间里,发动机被置于从属地位,没能独立领先发展。以致反复出现这种情况:只有飞机立项研制,配套的发动机才能立项研制。因为飞机、发动机同时展开研制工作,发动机进度肯定要慢,就会拖死飞机;而一旦飞机项目下马,又拖死了发动机。下次立项研制飞机,还是没有发动机,再次重复,恶性循环。这种恶性循环重复了几十年,是导致航空发动机事业陷入困局最根本的原因和教训。

  美国普·惠公司1947年开始研制J-57系列发动机,上世纪50年代成为美国主力军用航空发动机,既用于空军,也用于海军,几乎涵盖美军各种类各型号军用飞机。J-57的民用型号是JT3C,大量用于第一代喷气民航机,如波音707、DC-8。J-57/JT3C系列发动机累计生产12年约21 000台。当JT3C改型成为涡扇发动机JT3D(军用型号TF-33)后,先替换民航机发动机,再替换轰炸机、空中加油机、高空侦察机、远程运输机,以及预警机。JT3D从1961年投产,使用超过半个世纪,到上世纪的1985年,产量就超过了8 000台。美国另一型主力军用喷气发动机J-79一路发展到CJ805,也是类似的路子,从1958年到1981年间累计生产约18 000台。

  上世纪60年代中期,美国GE公司按空军合同实施第二代先进涡轮发动机燃气发生器计划,GE-9验证机获得成功,成为涡轮风扇时代使用最广泛的航空发动机核心机,由此启动研制用于B-1A轰炸机的F101加力式涡轮风扇发动机。1977年B-1A项目下马,F101发动机继续研制,达到可使用水平。为1981年重启的B-1B轰炸机项目提供了良好动力。随后改型派生出用于F-14、F-15、F-16三大主力战斗机的F110发动机;再改型发展出F118发动机,用于B-2A隐身轰炸机和U-2S高空战略侦察机;再利用成功的核心机改型,派生出用于民航机和军用运输机、加油机、预警机的CFM56发动机,成为波音、空客两大系列民航机使用量最大的发动机。B-1A轰炸机型号下马,而F101发动机继续研制。从F101派生出的两大经典系列发动机,几十年占据世界军、民用航空发动机主力型号地位不动摇,给了我们何等深刻的启示。

  英国作为老牌工业大国和喷气发动机的创始国,也是一型发动机配套用于多型飞机。罗尔斯·罗伊斯公司“埃汶”系列涡轮喷气发动机,1950年投产,用于舰载战斗机“海雌狐”、世界第一型喷气轰炸机“堪培拉”、超声速喷气战斗机“闪电”;增加2级压气机和1级涡轮后,用于第一代喷气民航机——英国的“彗星”和法国的“快帆”。1950年在大量继承“埃汶”发动机基础上,罗·罗开始研制涡轮风扇发动机“康维”,1956年首先将其用于喷气轰炸机“胜利者”,之后大量用于美国民航机波音707、DC-8,用于英国远程民航机VC-10及其军用运输型、空中加油型,成为第一代涡轮风扇发动机的领跑者。1959年,罗·罗开始研制涡轮风扇发动机“斯贝”,1964年投入航线个推力级别的发动机家族,用于“三叉戟”、BAC111、福克F28等民航机,以及“湾流”商务飞机;带加力燃烧室的军用型“斯贝”MK202用于英国空军F-4M和英国海军F-4K“鬼怪”战斗机。60年代中期,罗·罗开始研制高涵道比涡轮风扇发动机RB211,先用于美国民航机L-1011,再用于空客A300、A310、波音747、波音757。

  航空发动机是典型的工业产品,是工业产品就存在生产规模数量问题。大规模生产,能够超过盈亏平衡点,经济效益必然好。小规模生产,发动机的战术技术指标再先进,亏损也是必然的。一个国家的航空发动机型号多少,与每一种型号的生产规模数量成反比关系。型号过多,每一种型号的生产规模数量必然少,亏损是必定的。型号减少,每一种型号的生产规模数量必然多,赢利才有希望。美国从上世纪50年代以来,主力航空发动机批生产规模数量普遍超过万台,企业有发展后劲,航空发动机行业整体也有发展后劲。反观苏联的情况,航空发动机型号过多,当时看似热闹,一型发动机生产几百台,甚至几十台,企业、行业如何能维持?所以从苏联解体至今22年,俄罗斯基本没能推出成功的新型航空发动机,目前唯一用于支线喷气客机的新型涡扇发动机也是与法国联合研制的。

  航空发动机的使用环境条件极为苛刻。为提高军用飞机的作战性能和民用飞机的经济性能,飞机必须严格控制重量,做到克克计较。而发动机是飞机上的重量大户,减轻重量是发动机发展的永恒课题,由此导致航空发动机结构强度储备必须控制在最低。航空发动机不断追求高功率、高经济性、追求更高的功率重量比,导致航空发动机的工作状态趋向极限,工作转速达到每分钟上万转甚至几万转、十几万转,高温部件的工作温度逼近高温合金的熔点温度。航空发动机装在飞机上高速飞行,飞机升降以及空中机动会产生高过载,这就使航空发动机要承受不同方向、不断变化的载荷,比在静止状态以及车载、船载状态工作的环境条件要严酷得多。各种交变应力造成的零部件疲劳破坏,是导致航空发动机失效的重要原因。航空发动机轴承被视为战略产业,第二次世界大战期间盟军曾集中轰炸德国轴承工厂。高温、高负载、极限转速、交变载荷极易造成航空发动机轴承失效,而轴承失效已成为一些型号航空发动机失效的第一位原因,

  所以,在航空发动机研制工作过程中,除了大量理论分析计算、地面试验,飞行试验成为最重要的一部分内容。每型航空发动机都需经过大量空中试验考验,才能进入定型。但是,航空发动机研制过程中的飞行试验还不足以模拟所有飞行环境条件,更不足以暴露所有问题。真实的飞行使用,是对航空发动机最好的检验,也是彻底暴露航空发动机故障缺陷的主要过程,新发动机走向完善可靠成熟的过程。所以说,航空发动机不但是研制出来的,也是使用出来的。中国的涡喷6、涡喷7发动机,是苏联上世纪50年代设计的产品,固有可靠性很低,故障率曾经很高,曾经导致过大量严重飞行事故,但是通过上万台、几千台的生产、使用、改进,后期故障率很低,再没有导致过严重飞行事故。一型航空发动机通常要经过20万飞行小时的空中使用,才能基本成熟,这在世界各国都是客观规律。说明任何新型航空发动机都需要在使用过程中暴露问题,在使用过程中成熟。

  美国、英国是何等先进的工业大国,早期发展涡轮风扇发动机,基本都是以成熟的涡轮喷气发动机为基础改进改型而成。专门研制先进核心机(燃气发生器),再派生发展成为涡轮风扇发动机以及其它燃气涡轮发动机,已经成为一种新的重要的发展模式。但是,强调新发动机的继承性,只作必要的改进改动,严格控制改动量(通常不超过30%),仍然是航空发动机发展的基本原则。美国从1960年开始,以J-52军用涡喷发动机为基础,增加2级风扇和2级涡轮,发展成JT8D民用涡轮风扇发动机,用于波音727、DC-9、“快帆”、波音737等多型民航机,成为世界上第一型生产交付超过万台的涡轮风扇发动机。美国以涡喷发动机YJ101为基础,发展出涡扇发动机F404,以及用J-57/JT3C发展出JT3D,用J-79发展出CJ805,都采用了类似办法。英国从“埃汶”发展出“康维”,法国从“阿塔”9K50发展出M53,也都是经典案例。