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我国发动机上不去基本上是叶片成分和工艺落后(2)
作者:安晓玲  作于:2017-1-27 14:12:46  访问:269  评论:0(查看评论)  放大字体  缩小字体  
  我国发动机上不去基本上是叶片成分和工艺落后(2)
   安晓玲
   (本文可以自由转载)
   
   
   5,涡扇发动机爆炸的可能性:
   上面说:俄罗斯媒体指出,因试图将“太行”发动机工作温度提高到50摄氏度,导致发动机随时可能在空中爆炸[0]。从技术上看,这种可能性的确存在。因为:(1)在后燃烧室中,为了加力而在高温燃气里,加入喷射液体(水和甲醇的混合液),如果这些水和甲醇突然大量流入燃烧室,完全有可能引起高温燃气产生爆炸;(2)由于涡扇叶片的工作温度额外升高约250℃,在白热燃气的热辐射下,叶片的工作温度超过了叶片合金的熔点,而造成局部过烧,产生金属熔滴,叶片掉块和叶片断裂,它们以极高的速度砸向燃烧室内的各处。一旦将喷射液体导管砸烂的话,发生爆炸的可能性完全存在。所以我们应该感谢俄罗斯媒体的提醒。解决办法有二:其一是加固或者取消喷射液体的导管;另一是取消250℃的人为提温,彻底去除这个因取巧而导致的祸根。
   成都涡轮研究院的专家专门研究,攻克“一个个诸如叶片烧蚀、叶片断裂、叶片掉块等技术难关”[2]。2005年8月完成用纳米氧化锆的热障涂层解决了高压涡轮导向叶片的烧蚀问题,一、二级导向叶片穿上了一层性能优良稳定的“保护衣”,顺利通过了“太行”发动机长期试车考核[20]。充分说明,涡扇叶片发生叶片烧蚀、断裂、掉块等,叶片组织“过烧”弊病不是太行发动机的个别现象,而是必须给每个高温叶片进行表面喷涂。
   6,大修寿命小于3000小时的“推力指标”都是较大牺牲发动机寿命获得的,性能不可靠,质量不安全:
   根据2002年的统计,目前先进的F119发动机通过美国空军ISR验证,在4000多小时的实际飞行试验中,F119发动机都没有发生发动机失速或空停,其可靠性和结构完整性极佳。之所以这种发动机“性能稳定可靠”是因为在4000多小时的“不加力飞行”过程中,发动机叶片一直处在不过热状态,内部亚结构不出现长大,共晶碳化物和碳、氮化物颗粒不发生粗化和球化,因而叶片的热疲劳强度基本上没有出现减少,从而在高旋转速度下不形成为裂纹,充分保证了飞机的安全。即使在最大速度飞行时,叶片内部组织的粗化速度也很慢,不会因为组织“过热”超过允许程度而导致热疲劳强度显著下降,促进微裂纹的产生;微裂纹逐渐长大到一定尺寸后,便出现裂纹的突然扩张,造成叶片断裂。
   一旦叶片组织的过热加快,因每个叶片发生的程度不同,会造成每个叶片高温强度的减少各异,必然引起各涡轮叶片受力发生改变,使涡轮盘偏离设计中心而导致轴承极度不均匀磨损,也会招致空停坠机事故。所以,由于发动机轴承严重不均匀磨损所造成的事故也是叶片组织和性能发生改变引起的。
   欲想发动机安全可靠,必须有一个控制指标,那就是“发动机的寿命”。本人在文章[11]中,专门讨论了这个问题;指出:实际上,预示发动机安全可靠性的指标采用“第一次大修寿命”即可。只要它足够长,就可以防止过早出现飞机飞行速度的自动减少和空停事故的发生,而且这个指标比较容易测定。参考国外发表的资料,第一次大修时间最短应指定为3000小时。这个“第一次大修时间为3000小时”,只是检验和保证飞机安全飞行的一个指标,属于表征发动机性能稳定和安全的参数。至于总寿命是多少,可以不计较。按照国外一般的推算是:“总寿命”是“第一次大修寿命”的三倍,即9000小时。
   这样一来,凡是“第一次大修时间”小于3000小时的推力、涡轮前温度、推重比、函道比、总压比等参数都是不合格的,都属于不稳定、不安全的参数。为了确保国家财产和飞行员的安全,军方不宜接受这种发动机。按照这个标准,目前属于合格的发动机是美国的F119;美国的F135和俄罗斯的117S都只能算次品;俄罗斯生产的其它发动机,和我国生产的发动机,目前都属于不合格产品。对这些不合格发动机,尽量不做“加力飞行”;在长时间累计飞行中,一旦发现油耗增量自动超过约20%(军方可以根据历年的经验确定一个准确的数字),便马上降低飞行速度,返航大修,更换受损伤的叶片。
   7,不加力超声速巡航比加力超声速飞行要好,发动机所遭受的损伤最小,耗油量最低,发动机的质量最高:
   实现超声速飞行有两种方式:(1)加力飞行:开启加力燃烧室,第二代战机都可以进行超声速飞行,而且飞行速度可达2马赫以上;(2)不加力飞行:目前只有美国F22才能够在不加力下,实现超声速巡航,速度达到1.4~1.6马赫。
   由于打开加力燃烧室,其温度比涡轮前温度高200~400℃,因而叶片组织处在“过热”状态,使组织受到不可逆转的伤害,导致叶片的寿命下降。飞行时间越长,伤害越重,发动机的寿命越缩短。在不加力飞行情况下,叶片处在非“过热”状态,巡航时间在2000小时内,不会产生“过热”;在2000~3000小时内虽然会产生过热,且愈来愈越厉害,但可以飞行到第一次大修,再更换成新叶片;所以这种超声速飞行对发动机的寿命危害最小。
   8,发动机熄火、空停、坠机的前兆:
   发动机叶片的性能和质量完全取决于叶片内组织的变化,而判断叶片组织粗化和性能改变的直观指标是航速或油耗增量(准确判断是检查显微组织)。只要航速不变或耗油量不自动增加,就表明叶片组织和性能没有稍大的改变,发动机是健康和安全的。一旦出现飞行速度自动减少或者耗油量增加,就意味着叶片组织发生了较大的粗化,或者叶片内部产生了裂纹;这时只能马上减小飞行速度,切不可加速。当出现油耗增量不断增大时,表示发动机已经有了大毛病,必须关闭加力燃烧室,将飞行速度减至最低,立即返航。一旦出现推力加不上去(即增加喷油量,推力不增反降),则表示空停事故即将出现。一方面将飞行速度降到最低,另一面准确跳伞。如果发动机已经熄火,在进行紧急点火操作的同时,估计施展滑翔飞行能否保住飞机;如果发动机无法再点火启动,又不能滑翔飞行的话,那么就只有跳伞逃命。
   在这里,关键是及时发现:“飞行速度减少”是连续、逐渐缓慢增大,还是突然、快速增加。如果是后者,就意味着空停随时会发生,必须减速返航或就近降落。
   小结:
   1,正确概念:
   1)在不加力情况下,应保持不出现内部组织过热。因此,不是要求“不加力推力”和“涡轮前温度”高,而是在达到巡航速度是0.8马赫的条件下,要求发动机的重推比高(大于8)。这时,高的“涡轮前温度”会导致发动机的寿命下降;在这种情况下,发动机“涡轮前温度”的高数字是叶片质量低的反映。
   2)在加力情况下,都会出现叶片内部组织过热;加力越多越久,过热越厉害。这时,不是要求发动机最大推力要高,而是要求能够维持20小时以上飞行的最大加力推力要高。即飞机的最大飞行速度是能够保持累计飞行时间在约20小时以上、油耗增量低于约20%的最大速度。达不到约20小时和油增量小于约20%的飞行速度或者推力都是不符合要求的加力飞行的速度和推力(军方可以根据经验确定准确的数字)。
   2,合格发动机的指标:
   1,“最大不加力推力”应该是发动机能够保证巡航速度在0.8马赫以上,而第一次大修时间大于3000小时的最大推力。在不加力情况下,飞行速度超过1.2马赫的发动机属于先进发动机。巡航速度越大,发动机的性能越高。
   2,发动机的加力最大飞行速度必须能够保持约20小时以上的累计飞行时间内、油耗增量低于约20%,才符合要求。这时的飞行速度越高,发动机越先进。
   3,发动机性能和质量的检验方法:
   1),快速检验法:(1)不加力性能指标:不加力飞行约2000小时内,不没出现飞行速度自动变小(即耗油量不增加);
   (2)加力性能指标:加力飞行累计约20小时内,油耗增量小于约20%(由空军根据飞行经验确定这两数字)。
   2),准确(慢速)检验法:(1)不加力性能指标:凡第一次大修时间没有达到3000小时者,发动机不合格。
   (2)加力性能指标:与上面“快速检验法”相同。
   3),显微组织检验法:目前还不能直接测定叶片的工作温度,在发动机大修时可以通过光学显微镜和扫描电镜对损伤叶片的组织进行检查和定量分析,与原始组织对比,即可为叶片的实际工作温度提供准确的判断。
   综上所述,先进发动机的研究重点是提高:(1)两千小时内不出现叶片组织过热的“最大不加力推力”,使飞机实现超声速巡航;(2)在加力飞行累计约20小时内、耗油量增加不超过约20%(具体数字由空军按照经验敲定)的“最大加力推力”,以增高最大飞行速度。经过分析,我国发动机性能和质量上不去的根本原因是:叶片研制人员为了私利,人为提高涡轮前温度约250℃;不撤销这些温度,无法扭转太行发动机质量不稳和维修工作量大的弊病。
   若要成为先进的发动机,必须从三个方面入手:(1)太行的叶片材料同耐温1070~1100℃的第三代单晶涡轮叶片材料,相差甚远;(2)单晶叶片的制造工艺有弊病;(3)叶片气冷的加工存在问题。退休前,在下曾经研究过许多种合金,有三种适合于制作战机涡轮单晶叶片,其中一种可以达到117S的涡轮单晶叶片材料的性能;加上拟定好的单晶叶片制造工艺和叶片气冷加工方案,如果由在下来主持这项研究,完全可以在一年内完成117S发动机叶片的研制。可是到处求告(详情请在“百度”检索“无名氏:公开信”和“安晓玲:发动机”,即可尽知),没人搭理;连找我去,讲讲我的研究方案都不敢,看来“航空发动机集团公司”不想他公司以外人参与研究。奈何,奈何,谁又能奈这些权贵何?!
   参考资料
   [0]太行发动机有空中爆炸重大隐患?军方专家驳斥,腾讯新闻,事实派,国内军情,未来网,2016-11-24
   [1]美国震惊了_发动机不再是制约中国战斗机研制的阻碍,热讯网,热点新闻,2016.7.17.
   [2]美国崩溃了:中国在研发动机世界领先,笑天下的博客,sina新浪博客,2014-11-12
   [3]涡扇10与外国发动机性能比较,百度知道,2016-04-28
   [4]在中国4代战机发动机制造取得空前成就,已不再依赖俄.新浪军事,2016年12月14日
   [5]苏-35处于“20之下千机之上”正好补足国内产能,凤凰军事,凤凰网资讯,军事,防务观察2017-01-02日
   [6]中国即使拆苏35发动机也不会对航发技术有直接提高,sina军事,新浪军事,中国军情,2017年01月06日
   [7]斧子砍出来的奇迹——苏联卫国战争时期的战斗机设计和工艺,Docin豆丁,www.docin.com/p-682460..2017年
   [8]介绍下涡扇10B与涡扇15这两款发动机的情况与性能,百度知道,2013-03-28
   [9]中航涡轮院攻克下一代发动机难关,中华网,中华网社区,中华论坛,2015-01-13
   [10]美专家:F-35缺陷已无法补救建议特朗普放弃,凤凰军事,凤凰网资讯,军事,防务观察,2017年01月10日
   [11]安晓玲:发动机寿命的含意和作用,8斗文学,个人文集,2017-1-1
   [12]发给航空发动机集团公司曹建国董事长信的公开信,8斗文学,个人文集,2016-11-12
   [13]太行发动机险落美国圈套:咬牙坚持最终霸气成就,西陆网,西陆频道,军事推荐,2016-03-01
   [14]美国防部分析人士:F-35战机存在275项缺陷,腾讯新闻,事实派,军事要闻,环球网,2017-01-18
   [15]冒死揭露太行发动机是一坨特大狗屎的绝密,天涯论坛,国际观察,国际关,2015-01-30
   [16]中航涡轮院攻克下一代发动机难关,观察者网,军事,军事要闻,2014-12-11;中华网,中华网社区,中华论坛,2015-01-13
   [17]WS-10“太行”航空发动机?Baidu知道,2016-01-04
   [18]中国太行发动机惊天骗局怎么心寒太行发动机的真实水平最新进展,宇宙奇闻网,奇闻趣事,:2016-11-25
   [19]航空用燃气轮机发动机,360doc,个人图书馆,2010-11-29
   [20]太行发动机,baidu百科,baike.baidu.com
   [21]【将登太行雪满山】从公开信息回顾FWS-10“太行”系列发动机的发展装备历程,超级大本营论坛-lt.cjdby.net/t...-2013-10-30
   [22]简单说说太行发动机这几年的服役情况,铁血网,铁血军事>铁血军事论坛>空军论坛,2015/7/30
   [23]最近歼10两次坠机的真相:全是假的!sina博客 2012-11-05
   [24]有关涡轮发动机的争论:嚣张是吧?还准备喷不?天涯社区,:2012-11-11
   [25]涡扇10发动机,互动百科,www.baike.com/wiki/涡扇1...
   [26]搜狗问问-wenwen.sogou.com/z...-2009-9-20
   [27]中国太行发动机竟如此落后令西方大跌眼镜,搜狐公众平台,2015-04-19
   [28]这个有点猛!普京给中国一个巨大惊喜,圣诞节豪礼提前曝光!北京时间,2016-12-21
   [29]对比中美俄三国三代大推力涡扇发动机,360doc,个人图书馆,2014-04-22xg123911摘自铁血网
   


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