俄罗斯科学院院士披露AL,世界十大军用战斗机航空发动机

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【据俄罗斯aviaport2019年4月25日报道】俄罗斯科学院院士叶甫盖尼·卡布罗夫在接受《俄罗斯报》专访时表示,当前全球能够生产现代航空发动机的国家比拥有核武器的国家还要少,只有四个国家

英国、俄罗斯、美国和法国拥有现代航空发动机的全过程研制能力。叶甫盖尼表示,这就是飞机发动机的研制技术被确定为最重要的国家机密的原因,因为这不仅涉及军用飞机,同时也关系民用飞机研制。苏-57战斗机的第一阶段发动机AL-41F-1目前已投入批量生产,第二阶段发动机研制正在进行。第二阶段发动机的特点是能够在不使用加力燃烧室的情况下提供超声速巡航飞行能力以及数字式全权式控制系统,配装第二阶段发动机的苏-57已于2017年12月首次。留里卡设计局研制的AL-41F-1发动机使苏-57战斗机具有超机动性、大推重比、高隐身性等技术特性。与前代产品相比,AL-41F-1发动机的主要优点:推力提高;隐身性提高;主燃烧室和加力燃烧室的等离子无氧点火系统;基本上全新数字式全权式控制系统,可提供产品及其主要元件的控制、监控和自动诊断能力;多余度发动机控制系统,能够各种破坏性因素影响下保持工作能力。AL-41F-1发动机于2004年开始研制,目前已成功通过国家台架试验,现已转入批量生产。该机是“5-”代发动机,也是俄罗斯国内第一型在国产化部件基础上研制的具有隐身性和全权式数字式控制系统的战斗机发动机。AL-41F-1发动机是留里卡设计局开发的AL-41F-1S发动机的升级版,在2014年成功通过了国家台架试验。与AL-41F-1S发动机的主要区别在于最新的电子控制系统,可在各种运行条件下对苏-57飞机的发动机进行自适应控制。

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俄罗斯科学院院士叶甫盖尼·卡布罗夫在接受《俄罗斯报》专访时表示,当前全球能够生产现代航空发动机的国家比拥有核武器的国家还要少。叶甫盖尼表示,这就是飞机发动机的研制技术被确定为最重要的国家机密的原因,因为这不仅涉及军用飞机,同时也关系民用飞机研制。

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苏-57战斗机的第一阶段发动机AL-41F-1目前已投入批量生产,第二阶段发动机研制正在进行。第二阶段发动机的特点是能够在不使用加力燃烧室的情况下提供超声速巡航飞行能力以及数字式全权式控制系统,配装第二阶段发动机的苏-57已于2017年12月首飞。留里卡设计局研制的AL-41F-1发动机使苏-57战斗机具有超机动性、大推重比、高隐身性等技术特性。与前代产品相比,AL-41F-1发动机的主要优点:推力提高;隐身性提高;主燃烧室和加力燃烧室的等离子无氧点火系统;基本上全新数字式全权式控制系统,可提供产品及其主要元件的控制、监控和自动诊断能力;多余度发动机控制系统,能够各种破坏性因素影响下保持工作能力。

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AL-41F-1发动机于2004年开始研制,目前已成功通过国家台架试验,现已转入批量生产。该机是“5-”代发动机,也是俄罗斯国内第一型在国产化部件基础上研制的具有隐身性和全权式数字式控制系统的战斗机发动机。AL-41F-1发动机是留里卡设计局开发的AL-41F-1S发动机的升级版,在2014年成功通过了国家台架试验。与AL-41F-1S发动机的主要区别在于最新的电子控制系统,可在各种运行条件下对苏-57飞机的发动机进行自适应控制。

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在五十年代未、六十年代初,作为航空动力的涡喷发动机已经相当的成熟。当时的涡喷发动机的压气机总增压比已经可以达到14左右,而涡轮前的最高温度也已经达到了1000℃的水平。

进入新世纪后,中国航空发动机被列为重大科技专项,投入天量资金来全面投入研发。目前中国航空发动机领域即将迎来开花结果的丰收时刻,那么我们现在的航发水平究竟处于世界当中的何种地位呢?

下面是世界十大军用战斗机航空发动机排名,中国三款型号上榜:

第一名:F135涡扇发动机 国家:美国

F135涡轮扇发动机由美国普拉特惠特尼公司研制的新型发动机,最大推力超过18吨。 F-135发动机是在F-119的基础上发展研制而成。由于海军陆战队与英国皇家海军预计采用的F-35B必须能够垂直起降,因此F-135也可以加上向下弯折的矢量推力喷嘴。

但是这个喷嘴只有在垂直起降的场合使用,可以大大地缩短起飞/降落距离。其他F-35则不使用这项设计。

F135使用了F119的核心机,配合高效的6级高压压气机,1级高压涡轮和高效的风扇(由一个2级的低压涡轮驱动)。F135采用了BAE系统公司的全权数字式发动机控制系统(FADEC),为了提高发动机的可靠性和可保障性,F135大量采用外场可替换部件(LRC),其零部件数量比F119减少了大约40%。

按照计划.F135一PW一100将作为F-35A空军型的动力系统;F135一PW一400将作为F-35C海军型的动力;而F135一PW一600将作为F-35B海军陆战队型的动力。

F135发动机推比10.5、加力推力19吨级别、军推13吨级别、质量1700千克,其19吨的加力推力目前没有任何实际装备战斗机的加力式涡扇发动机能够企及。

不过值得一提的是,F135相对于F119虽然推力大幅度提高,但是实际上是在同样核心机基础上用流量、高速性能换推力。F135虽然推力超群,但是其高速性能却是下降的。

第二名:F119涡扇发动机 国家:美国

F119是普惠公司为美国第四代战斗机研制的先进双转子加力式涡轮风扇发动机,其设计目标是:不加力超音速巡航能力、非常规机动和短距起落能力、隐身能力、寿命期费用降低至少25%、零件数量减少40~60%、推重比提高20%、耐久性提高两倍、零件寿命延长50%。在80年代初确定的循环参数范围是:涵道比0.2~0.3;总增压比23~27;涡轮进口温度1577~1677℃;节流比1.10~1.15。

在F119上采用的新技术主要有:三维粘性叶轮机设计方法、整体叶盘结构、高紊流度强旋流主燃烧室头部、浮壁燃烧室结构、高低压涡轮转向相反、整体式加力燃烧室设计、二元矢量喷管和第三代双余度FADEC。此外,还采用了耐温1070~1100℃的第三代单晶涡轮叶片材料、双性能热处理涡轮盘、阻燃钛合金Alloy C、高温树脂基材料外涵机匣以及用陶瓷基复合材料或碳-碳材料的一些静止结构。

在研制中,注意了性能与可靠性、耐久性和维修性之间的恰当平衡。与F100-PW-220相比,F119的外场可更换件拆卸率、返修率、提前换发率、维修工时、平均维修间隔时间和空中停车率分别改进50%、74%、33%、63%、62%和29%。新的四阶段研制程序和综合产品研制方法保证发动机研制结束时即具有良好的可靠性、耐久性和维修性并能顺利转入批量生产。

在研制中,为满足提高推力的要求而增大风扇直径,还遇到了风扇效率低、耗油率高和低压涡轮应力大的问题。预计,1994年中开始初步飞行试验,此时F119将再积累3000地面试验小时。1997年交付第1台生产型发动机,装F119的F-22战斗机将于2002年具备初步作战能力

它是装备在F-22A战斗机上的F119-PW一100发动机的改进型号。其最大推力达191.3千牛。超过了F119-PW一100的最大推力(156千牛,约15.8吨)多达20%;F135的最大军用推力达到128千牛,而F119-PW一100的最大军用推力仅为104千牛。因此,F135是有史以来最为强劲的战斗机发动机。

第三名:WS-15涡扇发动机 国家:中国

WS-15全称涡扇15峨眉 涡扇发动机,是为我国第四代重型/中型战斗机而研制的小涵道比推力矢量涡扇发动机。WS-15主要用于双发重型隐身战斗机歼-20。WS-15由606所、624所、614所、410厂、430厂和113厂等单位专家组织研制。峨眉航空发动机的技术验证机在2006年5月首次台架运转试车成功。这标志着我国在自主研制航空发动机的道路上又实现了历史性跨越,在研制我国第四代中型战斗机的征程上迈出了坚实的一步。2011年中航黎明完成了ws-15验证机的交付。保节点是2020年完成研制。

WS-15全称涡扇15峨眉 涡扇发动机,是为我国第四代重型/中型战斗机而研制的小涵道比推力矢量涡扇发动机。由606所、624所、614所、410厂、430厂和113厂等单位专家组织研制。峨眉航空发动机的技术验证机在2006年5月首次台架运转试车成功。

这标志着我国在自主研制航空发动机的道路上又实现了历史性跨越,在研制我国第四代中型战斗机的征程上迈出了坚实的重大一步。2007年3月原形机首次台架运转试车成功,预计2013年3月发动机完成设计定型试验,2014年7月生产型发动机定型。

按照飞机任务要求,峨眉航空发动机在循环参数选择上采用较高的涡轮进口温度、中等总增压比和比较低的涵道比。采用的新技术主要有损伤容限和高效率的宽弦叶片、三维粘性叶轮机设计方法、整体叶盘结构的风扇和压气机、单晶气冷涡轮叶片、粉末冶金涡轮盘、刷式封严、树脂基复合材料外涵机匣、整体式加力燃烧室设计、陶瓷基复合材料喷管调节片、三元矢量喷管和具有故障诊断和状态监控能力的双余度式全权数字式电子控制系统。发动机由10个单元体组成。

第四名:AL-41涡扇发动机 国家:俄罗斯

L-41F发动机是留里卡-土星公司的产品,将成为俄第五代战斗机通用的发动机。该发动机的发展基础是留里卡设计局开发的AL-31系列, 1985 年开始研制, 总设计师是车金博士。为适应第五代战斗机的要求,AL-4lF 的推力有大幅度增加,其最大状态推力约12000 千克,加力推力的一般说法是不低于17857千克,具体数字有18500 千克和20000千克等说法。

不管哪一种数据,AL-41F的加力推力都高于F119-PW-100 ( F-22A的发动机)的16000千克( 156 AL-41F-1S(117S)发动机千牛)级,按照俄罗斯标准计算其推重比超过11。但是与F119发动机是不能比较的。因为F119发动机是以寿命设计为主,确保12000小时的寿命。而AL-41F发动机是以牺牲寿命设计,提高推力。对于AL-41F的寿命指标我们现在没有数据。

该发动机涡轮前温度为1828K ,低干Fll9-PW-100 、M88-1 . M88-2 的1977K 、1843K 和1850K ,但比AL-3lF、F100-PW-100和F110-GE-100的约1665K, 1672K和1644K 有很大提高,也高于EJ200 ( 台风使用的发动机)1803K 。这些性能数据说明它的确是一种典型的第五代发动机。

AL-41F也是俄罗斯第一种实现全权限数字电子控制的发动机,俄罗斯业已在AL-31FU上对FADEC 系统进行过验证,而AL-3lF系列则一直采用液压电子控制。

AL-4lF的FADEC系统与机上KSU-1-42 数字式电传操纵系统交联,能够根据飞行状态自动调节发动机的工作,从而提高飞行效率和发动机工作的可靠性.由此可见米格-39 已经具有了综合飞行/推力控制系统(IFPCS) ,下一步应该是将其与火力控制系统交联在一起,实现综合火力/飞行/推力控制系统(IFFPCS) 。

这一点俄罗斯专家在其1999年以前公开的第五代战斗机讨论中并未提及,但它确实是真正的第五代战斗机应当具有的特征,依赖干IFFPCS ,作战飞机将能够以最佳飞行时间、最佳任务航迹、最佳燃由消耗等为优化目标自动对飞机进行能量管理,实现作战过程全自动化,大幅提高其生存能力和作战效能。

第五名:涡扇-10B太行发动机 国家:中国

行WS-10/10A相当于当初F100-PW-100阶段,而太行改WS-10B则已经相当于当初F100-PW-220阶段。太行改WS-10B发动机整体性能接近和部分超过F110-GE-129IPE (F110的性能改进型)WS-10B发动机在太行发动机的基础上研制的,涡扇10B与涡扇10/10A之间的通用零部件达70%。使用通用部件不仅减小了研制的冒险性,还将显着地减少后勤保障费用。

太行改WS-10B的核心机以太行核心机为基础重新研制的,在设计过程中三大核心部件既高压压气机、环形燃烧室、高压涡轮等大量的参照并借鉴了AL-31F核心机的设计方法,结构细节设计和制造工艺. 大胆倡导采用了航空动力许多前沿设计技术成果和大量应用新材料、新工艺,从而突破了120余项关键技术。

重点围绕WS-10B核心机的三大高压部件既高压压气机、环形燃烧室、高压涡轮等的工程设计,试制与试验以及其相关的强度、控制等系统进行综合应用研究,研制过程遵循部件试验在前,整机试车在后.的原则,完成了大量的三大核心部件和子系统的试验。

对核心机进行了大量的地面和高空性能试验,对可靠性与耐久性方面的进行大量试验,大幅度的提高热端部件寿命。对其它部件、系统、成件等作了适应性改进,对附件位置、管线和防冰系统作了必要的修改。为减轻重量进一步扩大了钛合金的应用范围。对加力燃烧室和尾喷管进行优化设计,采用新的耐高温合金材料,改进冷却设计,减轻重量 。

优化设计了高压涡轮叶片的结构细节设计,为不带冠设计,强化气膜加对流复合冷却技术。利用增大空气流量、提高部件效率、减少漏气和损失等技术措施,来一定幅度的提高推力。风扇是采用后2级整体叶盘结构。由于运用三维计算流体力学进行设计,风扇效率显着提高,压比为3.6;采用整体叶盘,消除了燕尾槽和阻尼凸台等处的应力集中,简化了结构,减少了零件数,减轻了重量,减少了泄漏结构和系统。

加力燃烧室和尾喷管以及大部分发动机附件从太行发动机的设计方案衍生而来,并改进了冷却技术和重新设计了部分结构设计,使结构更简单,减轻了重量,提高使用寿命寿命、同时维修性也得到改善,降低了使用和维护成本,为适应J11B的机体,对附件位置、管线和防冰系统作了必要的修改。

第六名:AL-31FN涡扇发动机 国家:俄罗斯

AL-31F是由俄罗斯留里卡土星科研生产联合体研制的带加力燃烧室的涡扇发动机。该联合体前身是留里卡设计局,组建于1946年,是前苏联的主要战斗机发动机设计局。在上世纪60年代,留里卡研制了AL-21F系列涡轮喷气发动机,其最大加力推力达11000daN。1970~1974年投入生产,广泛用于苏-17、苏-20、苏-22、苏-24和米格-23战斗机上。在AL-21基础上,1976年(另一说法是1973年)留里卡开始研制AL-31F发动机。1985年该发动机研制达标后,用于苏-27、苏-30和苏-35战斗机。

AL-31F的结构形式是双转子加力式涡扇发动机。推力范围:加力12250daN,中间7620daN。每台价格300万美元。AL-31F有一些改进型,其中包括带矢量推力喷管的改进型AL-31FP发动机。

从总体上讲,作为苏-27战机的专用动力装置AL-31F发动机,其性能是优良的,具有明显优势。

(1)尺寸小,推力大。其涡轮具有有效的冷却系统和良好的热力学特性;压气机增压快速,发动机结构紧凑,保证飞机有较高的推力和良好的机动性。

(2)稳定性高。可使用在苏-27飞机的各种飞行高度和速度下,即使飞机在以M2的速度进入平螺旋、直螺旋、翻转螺旋和进气道喘振的情况下,发动机工作仍然极其稳定。喘振消除系统、空中自动点火系统、主燃烧室和加力燃烧室的再次启动系统等可保证在使用机载武器时动力装置的工作可靠性。

(3)维修简便。该发动机采用单元体结构,由14个单元体组成,因此,如果出现某些损坏,不需要全部更换,只替换下有故障的单元体即可。这样,在使用条件下进行发动机维修时,可更换其中的6个单元体。

(4)使用寿命长。AL-31F可根据其技术状况而使用,只要发动机还正常,就可以一直使用下去,而现代化水平的诊断设备可保证飞行安全。但其使用寿命也有一个限度,一般认为该发动机第一次维修前的使用寿命可达1000h,总使用寿命应该不少于10年。

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