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第631章 规划三

第六百三十一章 规划三

研制高性能的航空发动机本身就是一项难度极大的系统工程,这种难度首先体现在,高性能的航空发动机要求通过不断结构创新,才能达到先进的总体设计和高循环参数要求。

在推重比10一级的发动机中,黎明公司的f110-100是唯一采用3611(三级风扇+六级压气机+单级高压涡轮+单级低压涡轮)总体设计的涡轮风扇发动机,而欧洲ej200和美国m808的压气机都比它多了一级,它们在压气机叶片级数多于f110-100的情况下,增压比和稳定裕度还低于它的水平

以航空发动机的尾喷管为例,黎明公司设计的尾喷管采用了大量先进的结构设计。

它已经从一种简单的热排气收缩管道,演变成在现代飞机设计中一种可变几何形状和可实现多种任务的非常复杂的部件。

新的任务包括控制推力大小、实现反推力、实现矢量推力、抑制噪声和红外辐射等,为了达到这些目的,必须在喷管冷却、驱动和制造方面有所进展。

其次,研制航空发动机难在,超过极限的参数要求最终都要落实到发展尖端的材料、制造工艺上。

能在高温、高压和高速条件下稳定工作是现代航空涡轮发动机对涡轮性能提出的最基本要求。

为了保证制造涡轮的材料能够在高温燃气中可靠工作,涡轮通常都要采取复杂的冷却手段,比如气膜冷却、冲击冷却和对流冷却。

这些冷却手段都是通过空心涡轮内部释放出来的冷空气实现的,需要铸造出空心的复杂气动外形的涡轮叶片成为挑战各国航空工业的大难题,这项技术被称为工业王冠上的宝石。

另外,单晶涡轮叶片在航空发动机领域由它开始逐渐普及使用,单晶叶片就是只有一个晶粒的铸造叶片,整个叶片在内部晶体结构上没有应力集中和容易断裂的薄弱点。

现在的冷却效果可达400-500摄氏度,高性能水平的叶片集先进的材料、先进的成型工艺、先进的冷却技术、先进的涂层于一体。

它采用的单晶叶片和双性能涡轮盘赋予了发动机极高的循环参数水平,极高的循环参数赋予发动机在性能提升的前提下,单位耗油率却保持了较低的水平,为战斗机能够超音速巡航作出了不可磨灭的贡献。

航空发动机研制的困难和性能差距主要体现在涡轮叶片以及涡轮盘材料和工艺两个方面。

另外一点,研制航空发动机还难在,航空发动机的制造是现代技术和传统技艺的集成。

装配是产品制造的最后环节,产品的装配质量在很大程度上决定了产品的最终质量

为了保证装配完成后达到规定的结构强度、空气动力性能等指标,航空发动机对装配的要求非常高,特别是转子结构的装配。

由于航空发动机零部件型号规格相似、数目繁多、结构外形复杂,因此装配工艺非常繁复,加上发动机装配还主要采用手工方式,装配精度高低和装配质量稳定依赖于装配工人的操作经验和熟练程度。

当然,这个时期研制航空发动机还难在航空发动机的技术本身不成熟,现在还是实验性技术。

航空发动机的研制和发展是一项涉及空气动力学、工程热物理、机械、密封、电子、自动控制等多学科的综合性系统工程,航空发动机内部的气动、热力和结构材料特性是如此复杂,以至于到目前为止,仍然不能够从理论上给予详尽而准确的描述,只能依靠实际发动机试验。

实践表明,要研制出新的发动机,没有大量的试验作后盾是不可能实现的。

军用航空发动机的地面试验和飞行试验所用发动机台数少则50台、多则100台,发动机地面试验都要上万小时,最高达16000小时以上,飞行试验则需5000小时以上。

说到这里,我想告诉诸位的是,利润的一半将投入研发,这方面公司是没有疑问的。

船用主机大部分时间是在满负荷情况下工作,有时在变负荷情况下运转。船舶经常在颠簸中航行,所以船用柴油机应能在纵倾15°-25°和横倾15°-35°的条件下可靠工作。

大多数船舶采用增压柴油机,小功率非增压柴油机仅用在小艇上,低速柴油机多数为二冲程机,中速柴油机多数为四冲程机,而高速柴油机则两者皆有。

船用二冲程柴油机的扫气形式有回流扫气、气口-气门式直流扫气和对置活塞式气口扫气。

大功率中、低速柴油机广泛采用重油作为燃料,高速柴油机仍多用轻柴油。

低速柴油机直接驱动螺旋桨,为了使螺旋桨有高的推进效率,要求有较低的转速。

中、高速柴油机通过齿轮减速箱驱动螺旋桨,齿轮箱一般还装有倒顺车机构以实现螺旋桨逆转,但低速柴油机和部分中速柴油机本身可以自行逆转

中、高速柴油机也有通过发电机-电动机-螺旋桨而实现电传动的。当要求功率较大时也可采用多机并车,低速航行时可以只用一台主机工作,从而提高运行经济性和可靠性。

同船安装两台主机时,根据安装位置和螺旋桨的转向,分为左机和右机。

船用柴油机的主要发展趋势是:改进增压技术(二级增压、超高增压和补燃增压等),以提高单机功率;改善燃烧过程、燃用低质燃油和利用废热,以提高经济性;提高可靠性和延长使用寿命;采用故障预报和监控,以实现柴油机自动化遥控。

大功率低速柴油机广泛应用于散货船、油轮、集装箱船等大型远洋船舶上。

由于船舶日趋大型化、巨型化与自动化以及对船舶主机的经济性、可靠性的要求日益提高,大功率二冲程低速柴油机的技术发展呈现出整体优化的趋势,具体表现在以下几个方面:

1,单机、单缸功率越来越大,单机最大可达到11万匹马力。

2,进一步降低燃油消耗率。

3,平均有效压力已达1190-1195mpa,爆发压力在1510-1515mpa。

4,采用高压比、高效的新型增压器,压比高达5∶1。

5,采用电子调速器系统、电控燃油喷射系统、高压共轨燃油喷射系统、智能化电子控制系统,进一步提高低速柴油机的可靠性,改善低负荷性能,降低油耗以及安全保护控制等。

纵观坦克发动机的发展过程,根据已经和将采用的技术措施,坦克发动机的发展趋势为:

1,在机型上,柴油机继续是坦克的主要动力。由于上述各种上传统技术和新技术,特别是电子控制技术的发展和应用,柴油机仍处于高速发展时期。

从性能上来描述,将是高单位体积功率、高燃油经济性、高扭矩储备、高加速性的轻巧、宁静、排气洁净的发动机,兼具奥托循环和狄塞尔循环的优点

从结构类型上来描述,则是一种具有低压缩比高增压比的4冲程水冷直喷式涡轮增压中冷发动机,这是主流。

在军用上采用整体陶瓷或陶瓷涂层零件的低散热涡轮复合柴油机会是未来的突破方向,超高增压柴油机可能进入坦克动力行列,而采用电子控制等新技术的4冲程涡轮增压中冷柴油机仍处主要地位。

燃气轮机是一种连续燃烧的旋转式热机。作为车用动力,它固有的优点是扭矩特性好、可简化传动装置、有良好的加速性和越野性、摩察副少、起动性好、机油消耗高低、冷却消耗功少、具有经济燃料性能、排污少且轻声无烟。

但固有的主要缺点是燃油消耗率高,随着陶瓷材料的发展,可逐步采用陶瓷涡轮叶片提高涡轮进口温度、采用可变截面涡轮喷嘴、研究高效率回热器,燃气轮机燃油经济性将继续提高。

此外,随着今后坦克火炮和火控系统的发展,坦克有可能要求功率更大的发动机,到那时候,燃气轮机的优越性也将更为明显。

总之,燃气轮机确是一种良好的也是有发展潜力的坦克动力,它正在逐步增长与柴油机的抗衡力量。

转子发动机具有零部件少、结构紧凑,特别是高度低、单位体积功率大、比重量小、便于系列化和军民通过用固有优点,但也有油耗高、密封件易于磨损的缺点,而且作为大功率军用动力的可靠性还没有受到实践考验,所以这种军事上的应用,也许从功率较低的装甲车辆开始。

2,在设计方法上,应用整体化设计,传统的设计方法是以发动机为一个部件按要求进行单独设计,这不利于车辆的总体设计和整体性能,因为片面追求发动机自身的性能而不考虑它与传动装置、冷却系统等在尺寸、性能上的协调匹配只会徒然增加发动机的设计观度。

德国设计发动机时就把发动机、传动装置、冷却系统作为整体进行设计,从而使动力装置具有结构紧凑和装拆方便的优点。

整体化设计无论从设计、制造、使用和保证车辆整体性能任何一方面来讲都是一种有效的设计方法。

摘自兰黎明在黎明工业军事装备研究院的讲话。