10.3与8的功重比,我国新一代涡轴发动机已略胜法国一筹

发布日期:2022-5-5

前言

在涡轴发动机领域处于领先地位的一直是美法两国,拥有GE这种涡轴巨头的美国自不必说了,但要说目前世界上最大的涡轴发动机生产厂商,还得是法国的透博梅卡公司,全世界所有的直升机发动机中,每10台就有超过4台是透博梅卡的产品或其仿制品。但现在涡轴发动机领域的“顶级玩家”又多了一个,那就是中国,大有从两强争霸过渡到“三足鼎立”的趋势。

10.3与8的功重比,我国新一代涡轴发动机已略胜法国一筹

透博梅卡公司的LOGO

我国涡轴发动机是在仿制透博梅卡公司产品的基础上发展而来的,没想到却在短短20多年的时间里实现了逆袭,在研的第五代涡轴发动机相比法国已经略胜一筹,这对长期积弱的中国航空发动机工业来说,不能不说是一个振奋人心的消息,下面就来梳理一下这段不平凡的赶超之路。

苏式发展路线的失败

同喷气式发动机一样,中国的涡轴发动机刚开始也选择了苏式发展路线。1958年,我国以苏联米-4直升机为原型仿制直-5,也一并仿制了前者的HS7星型活塞发动机,但早期直升机用的活塞发动机普遍存在功率小、重量大的缺点,后来120厂开始研制792型涡轴发动机,即涡轴5,它被定为直-6的动力系统。

涡轴5实际上是以涡桨-5(仿自安24的АИ-24型涡桨发动机)为基础,按照涡桨改涡轴的思路搞的,但直-6项目在批量生产15架的情况下却被中止了,失去装机对象后,涡轴5陷于非常尴尬的境地。

好在很快出现了转机,在涡轴5基础上发展的涡轴5A又被选为直7的动力,涡轴5A参考了从越南获得的UH-1直升机的T53-L11涡轴发动机,最大功率有2,200马力。但起飞重量达14.4吨的直7显然超过了我国当时的研制水平,再加上它在定位上又与仿制“超黄蜂”的直-8有些重叠,在生产了两架原型机后也终止了研发。涡轴5再一次陷于无机可装的境地,不得不跟着黯然下马,至此,我国涡轴发动机走苏式路线的努力宣告失败。

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直7要比直8大不少

选择法式路线

在涡轴发动机走苏式发展路线无果后,借着与西方国家关系缓和的契机,我国又开始仿制法国涡轴发动机,主要发展了涡轴6和涡轴8这两个型号,二者最终都获得了成功,而且在仿制过程中我国还充分消化吸收了相应技术,为后来的自研乃至反超打下了坚实的基础。

涡轴6是法国透博梅卡III C发动机的测绘仿制型号,于1987年开始试飞,但后来却遭遇了极大困难,相比原型发动机,涡轴6不仅功率下降,可靠性和寿命也不理想,特别是整机成本高昂,这直接导致了其产能非常低下。面对这种情况,我国采取了双管齐下的措施:一面从加拿大引进PT6B发动机应急,一面用并不成熟的涡轴6小批量装备了17架直8,从而使它获得了在实际运用中充分暴露并解决问题的机会,这一决策后来被证明是符合航空发动机研制规律的。

经过长期的摸索、改进和完善,涡轴-6相继衍生出涡轴-6A、涡轴6B、涡轴6C等多款改进型号,可靠性、功率和产能等关键指标也逐步提高。特别是涡轴6C使我国涡轴发动机的技术水平达到了一个新高度,它在对透博梅卡III C发动机充分消化吸收的基础上,创造性的应用了大小叶片技术,起飞功率由1100KW提高到1300KW,更难能可贵的是在功率大增的情况下尺寸和重量却几乎没有增加。目前陆航的直8C、早期的直8B、直8F反潜直升机和直18预警直升机等型号换装涡轴6C的工作正在展开。

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涡轴6C发动机

涡轴8是法国阿赫耶发动机的测绘仿制型号,1981年中国航空进出口公司与法国透博梅卡公司签订了阿赫耶1C发动机的生产专利转让合同,同时引进的还有该发动机的全套设计、工艺、冶金和检测资料。这对我国当时陷于困境的涡轴发动机研制工作无异于雪中送炭。

但更大的惊喜还在后面,中法双方于1992年、1996年两次延长技术合同,我国得以引进了阿赫耶1D、1M、2C、2B1A等改型的技术专利,涡轴8也以此为基础,形成了一个包括8A、8D、8E、8F、8H、8C、8J等众多型号在内的庞大家族,这一系列发动机满足了直-9、直-11、直-19的动力需求。

可见,相比涡轴6,涡轴8的成长要顺利得多,这一方面是因为它的研制难度相对较低,但最主要的原因是法国对我国进行了比较全面的技术转让,这在当时是很罕见的。

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涡轴8

后来,中法两国在涡轴发动机领域的合作进一步深化,用“联合研制”的方式运作了涡轴16项目,双方各拥有50%的知识产权,各建生产线,但实际上涡轴16是我国按许可证生产的阿蒂丹3C涡轴发动机,背后自然也涉及技术转让。中法两国用这种方式对可能存在的障碍进行了规避。通过涡轴16项目,我国获得了不少大功率涡轴发动机的技术,受益良多,涡轴16在中国涡轴发动机研制历史上的地位非常重要。

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涡轴16

毅然开始自行研制

在设计、制造和试验方面有了一定基础后,我国毅然走上了自行研制涡轴9“玉龙”发动机的道路,它是我国第一款具备完全自主知识产权,没有参考任何国外机型的涡轴发动机。涡轴9有两大技术特征,一是功重比达5.4,二是采用了FADEC(全权限数字式发动机控制系统),这对当时基础薄弱的中国来说都是很了不起的。涡轴9于1991年立项,1998年完成验证机研制,2006年装备武直10开始型号试飞,2010年通过设计定型并批量生产。在这个过程中,发生了加拿大突然断供PT6C-67C发动机的风波,这一变故最初导致功率尚不达标的涡轴9不得不提前装备武直10,事后证明反而成全了涡轴9,缩短了它的成长过程,现在功率不逊于PT6C-67C的涡轴9G已经批量装备武直10。

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涡轴9发动机

在涡轴9的基础上,我国又再接再厉,开始自研功率更大的涡轴10发动机,但由于涡轴10与“黑鹰”的T700系列发动机在技术指标上的非常相似,外界一直认为二者有不小的联系,甚至认定涡轴10是T700的仿制品。在我国已经走上自研之路的情况下,怎么可能开倒车回去仿制T700这种几十年前的产品,即使有过仿制T700的想法,也只不过是探索性质的尝试罢了。涡轴-10于2002年开始预研,2008年正式立项,2011年转入原型机试制,2012年首飞成功,要比涡轴9顺利很多,看来,解决了涡轴发动机自行研制0和1的问题后,我国的发展后劲是很足的。

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涡轴10发动机

后来居上

继涡轴10后,我国涡轴发动机的研制节奏越来越快,据相关报道,2019年第五代涡轴发动机的总体设计方案就已经完成,得益于在热端部件大量应用新型陶瓷基复合材料,我国第五代涡轴发功机的重量仅约146千克,功率却达1500千瓦,功重比达到10.3。而法国的正在研制的“阿内托1K”涡轴发动机的重量为232公斤,功率1864千瓦,功重比只有8。由此可见,我国已经青出于蓝,后来居上,在涡轴发动机领域实现了对法国的局部赶超。

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“阿内托-1K”发动机

结语

总而言之,我国在涡轴发动机领域从最初几乎一片空白,到现在赶超世界先进水平,固然与广大科研工作者的不懈努力息息相关,但也与我国当初选择法国这个合作伙伴,并审时度势,抓住了后者急于开拓中国市场的良机密不可分。如今,我国涡轴发动机的研制水平不但已经开始超越法国,更是已经超过了倍受眷顾的涡扇发动机,而涡轴发动机的研制难度并不比涡扇发动机低,这是值得反思的。最后,希望我们的涡扇发动机也像涡轴发动机一样,最终实现赶超世界先进水平的宏伟目标。

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