“太行”到底行不行?八一八WS-10研制背后......

17-10-09

Permalink 08:37:00, 分类: 洪哥谈兵

“太行”到底行不行?八一八WS-10研制背后......

太行发动机,代号WS-10(涡扇10), 是我国第一种研制成功的大推力涡轮风扇发动机,这种被寄予厚望的发动机命运忐忑,在定型量产后的12年里,一直被可靠性和耐用性问题困扰,原本中国空军期待太行能完全替代俄罗斯的AL-31F装备大约200架J10战斗机和大约300架J11战斗机,然而,到目前为止,太行因为种种原因,只被使用在数量不多的J11B和刚刚开始量产的J16上,总数仅约100架左右。

总师云:太行之难,难于上青天

网络上对太行发动机一直褒贬不一,鼓吹的人不仅吹嘘发动机推力高达14吨,而且性能优异,赶美超俄;贬低的人说它是机库皇后,只能修不能用。哪么太行到底行不行?作为一款定型量产的货架产品,它到底怎么了?

一说太行,难免说到历史,中国航空发动机史上对12吨级的发动机从60年代末就开始了,当时三机部为J9战斗机,强6攻击机,轰8大型轰炸机等飞机配套的910发动机研制项目就是为了研制一种推力达到12吨的涡轮风扇发动机。WS6的设计是一个航空大跃进,在中国当时连苏联引进的发动机生产都不算正常的年代,设计了一种与当时主流科技完全相当的发动机,凭借着对当时革命的狂热和科技领域一无所知的无畏探索,WS6轰轰烈烈的上马了。

WS6发动机的设计从1964年到1965年,仅用了不到一年的时间,这是一个美国和苏联都不敢想象的时间,这意味着中国的设计师和工程师根本没有任何时间去研究发动机的主要部件,他们一切都是凭借当时的知识和有限的信息,纯粹在图纸案台上就完成了一台高度复杂的,具有当时世界最先进水平的涡轮风扇发动机的设计。

这样的草率的发动机设计和研发,很显然为后来的困难奠定了基础,WS6发动机在1968年就制造出了样机,并开始了台架试车,这一试就试到1980年。经历了文革的乱象,WS6的漫长研制期并不算奇怪,当时国内几乎所有的科研计划多多少少都有这样的情况,但是文革不仅仅是对科技研发有了恶劣的影响,对人的思想也有了恶劣的影响。

在1978年J9战斗机进入首架飞机生产准备时,WS6在台架上连正常运行5小时的记录都没有,而且推力也远未达到设计要求的数据,1979年J9计划暂停,1980年整个项目宣布结束,就在快要结束的不到8个月的时间里,在几乎没有项目后续拨款,连燃料都没有钱购买的情况下,WS6神奇的突然完成了规定的台架试车,并号称达到设计推力,并在随后没有任何拨款情况下凭空通过发动机的短试,高空台,长试,直抵飞前试车,这意味WS6完全完成了研制的全程,而6台样机总试车334小时,12年334小时,瑞典同等级的RM8仅仅是在成熟的发动机JT8D后面加了个加力燃烧室,试车时间都不小于2000小时。

更神奇的是,在这个已经死的被人遗忘的项目上,还产生了一个更令人震惊的成果WS6G,仅重新设计了风扇,燃烧室,就得到了一个推力高达14112KG的重量不到2200KG的涡扇发动机,这还只是在1982年。要知道2年后的新歼会议为了发动机愁的准备用重量更重,推力不到13000KG的R-29涡喷发动机了,难道航空部不知道自己还有个这么牛逼的发动机?

ws6:吹牛不上税,吹牛不犯法,为何不吹?牛越大钱越多,不吹白不吹

WS6的研发团队很多人都成为后来发动机项目的骨干,它的一些作风,习气也不免带到其他发动机的研制中去了,另起炉灶的WP14昆仑,生搬硬拉,凑出一个号称世界上最先进的涡喷,实际上10几年前的JY101和P1128只是没好意思说话而已,昆仑的纸面性能确实非常不错,比当时国内的WP13推力大,油耗低,发动机迎风面积小,虽然比不上F404这类涡扇发动机,但也算是难得的一种中推发动机了,但是昆仑仅仅生产了不到100台就嘎然而止了,部队连续反馈发动机重大质量问题,最后干脆认为发动机根本不能用了,J8F直接装回原来老的WP13A2.空军更直接把一批装昆仑发动机的J8F退回飞机厂,拒绝接收。

直到现在,昆仑能不能用几乎是一个迷,一方面部队装备数量稀少,另一方面也缺乏积累应用和维修的足够采样数据库,但昆仑先成功后失败是毫无疑问了,国内后来用到中推发动机的飞机型号,不管是设计还是试飞,都想办法绕开它,完全当它不存在,可见多不受欢迎了。


昆仑发动机,发动机界著名的神坑王,很正常试飞,都动不动耍脾气,罢工,喷零件

转了一大圈,话题回到太行,原本如果WS6真的哪么杰出,太行基于WS6,用先进的设计技术和材料技术改进就行了,但是,总师其实心里有数,WS6那些成果不知道有多少能拿出来的,太行为了稳妥起见,设计实际上是有蓝本的,这就是美国通用著名的F110系列发动机,中国其实并没有获得过F110发动机,而中国有可能接触到的巴基斯坦,以色列等F16,F15飞机配置的都是F100系列的发动机,但是,中国实际上和美国GE的合作中,获得了很多关于F110的基础技术。

这其中包含CFM56-3的核心机技术,CFM56-3的发动机核心机是最接近F110核心机的衍生产品,但是CFM56毕竟是民用发动机,它并不是原封不动的移植了F110的核心机,我国最多仅能说有一个能掌握和了解F110核心机技术的机会,但这个核心机的拿来主义,为整个太行的计划总体设计埋下了失败的阴影。

F110发动机,核心机和737发动机CFM56共用,被太行强行移植,野蛮器官移植,出现严重排斥反应

为什么这么说呢?主要是GE这个高压压气机的压比太高,流量又偏小,压气机裕度很小,这导致了太行总体设计上一系列不合理的取值。比如说总增压比太高,第三代甚至第四代发动机大多设计压比都选择在20-30之间,比如AL31和F100,F404都在21-25之间,而太行追随F110达到了32,本来发动机压比高可以缩小发动机尺度,提高输出功率,但是,总增压比高导致压气机出口温度过高,太行的燃烧室进口温度比F100,AL31高了100多度,这意味着燃烧以后涡轮前温度也至少比这两者高100多度。

涡轮的耐温本来就是世界难题,别说高一百多度,提高10度20度都算一个不小的进步,太行总体上这个取值,首先就让我们遇到一个非常难以克服的困难。别看GE在F110多么可靠多么稳定,F110的前身F101可是扒鸡皇后,就是因为这个参数过高导致涡轮问题重重,GE技术水平高,花了10几年下死工夫用三代单晶叶片和双性能涡轮盘解决了问题,而我们呢?别说三代单晶,第一代单晶都弄不利索,太行最后被逼用定向凝固金属来实现三代单晶的设计,依靠复杂的冷却设计和加重加厚的涡轮设计,勉强通过了实验,太行高循环参数,发动机却并不轻,就因为这个原因,而后实际使用中,涡轮频频出现过热裂纹,甚至破裂飞散,太行于是有了喷零件的发动机的美誉。


太行发动机涡轮温度太高,载荷压力过大,高工况时候经常散架子喷零件,俗称小黎飞刀

仅仅是这个问题倒也罢了,你太小看太行设计师了。太行第二个严重问题是606在其所设计的所有型号上都遇到,至今没有能完全解决的一个问题,高低压配合。太行的设计采用核心机——主要部件单元体设计,实际上就是说,风扇和核心机是分开设计的,风扇低压和高压压气机的配合问题从一开始就一直需要解决,但是一直没得到解决。

太行都定型服役了,某一天某个研究突然发现,实际上风扇在某些状态下流速和压比根本没有什么裕度(俗称活动范围,调节范围),也就是说,后面的压气机理论上就无法正常工作,事实上太行是一种非常容易出现空中停车的发动机,从他定型开始应用开始,就频频发作,以至于单发战斗机J10只安装了飞了一次,就赶快拆下来送回工厂,以后再也不用了。而双发飞机J11B则为这个背了很多黑锅,好在双发飞机不容易两个发动机同时停,只要再启动可靠,还能勉强使用(更令人发指的是J11B这种双发飞机也遇到多次双发同时停车)。


太行遭遇大忽悠,国家定型实验弄虚作假,实验没做完就匆忙宣布定型,给用户带来了巨大的麻烦

上面说的问题还只是冰山的一角,在太行服役的前三年,爆发了非常激烈的故障和性能问题争论,以至于高层高度重视,专案专组调查这件事情,在此期间,空军海军委屈的提出了2万多个不同类型的问题和故障,这甚至超过了当初昆仑所创下的故障记录的总和的好几倍,眼看太行又要步昆仑的后尘了。

卧薪尝胆,忍辱负重,太行不太行这个结论出来以后,不仅是发动机研制单位受不了,发动机厂受不了,实际上整个空军海军也受不了,中国整个制造工业都受不了,奇耻大辱啊。这种情况下,空海军坚持要把太行搞下去,发展下去,坚决要求整顿航空工业整顿发动机工业,从2万多条问题入手,要求彻底解决太行不太行的问题

为了应对这个新的要求,研究所成立了三个独立的团队,分别针对太行的现状进行研究攻关,但三个组各有目标。A组是基于当前发动机,修正发动机目前的主要问题,让发动机实现可用的状态。太行架构其实蛮先进的,发动机设计推力高达129.97KN,排除了制造上的一系列工艺以及结构上的小问题,太行发动机采用俄罗斯AL31F的工作逻辑,降转限温,能有效提高发动机的寿命和降低故障的出现间隔以及概率,于是初版的发动机增加了俄式发动机的训练模式,和作战模式的主要区别是发动机被限制在最大转速的97%上,发动机最大推力从13吨降低到略低于12吨,只需拨动一个开关,发动机则可以恢复作战模式。

中国设计师眼光很高,除了美国发动机之外别的都看不上,但是经常忘记人家成功背后海量的投入

B组目标则着眼于改进发动机的生产工艺以及重要部件的配合调整,最重要的设计修改可能来源于将DD6单晶涡轮叶片作为标准进行了批量化生产,此外对风扇也进行了一些设计修正,调整了可调静叶的设计和活动范围与规律,加强了FADEC(发动机电调系统,和汽车上的类似)的设计和性能管理,B组最终目的是实现发动机的基本可靠性,实现单发飞机可用的发动机状态,以及推力进一步增加到137KN。

第三个小组重点完全和前两个小组不同,他们重新研究发动机的基本组件,重点是全新的重新设计的风扇,应用三代单晶和双性能粉末盘的高低压涡轮,燃烧室,加力燃烧室以及尾喷管,这个小组要实现发动机更高的可靠性,寿命,可维护性能,以及超过145KN的最大推力。


人类几千年文明史反复证明:台阶是最伟大的发明,基础薄弱妄想一步登天,后果就是粉身碎骨

到目前为止,实际上三个小组都完成了各自的研究,新型号的太行又重新开始批量制造,装备太行B的新11B又重新开始了批量生产,这些新发动机能否像F100提升到220,F101提升到F110那样凤凰涅槃,还需拭目以待。

爱乐洪哥

莫听穿林打叶声,何妨吟啸且徐行。竹杖芒鞋轻胜马,谁怕?一蓑烟雨任平生。 料峭春风吹酒醒,微冷,山头斜照却相迎。回首向来萧瑟处,归去,也无风雨也无晴。

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