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中國最渴望的發動機:只要有了它,就能造出四款航發!

自2014年克里米亞危機爆發以來,烏克蘭與俄羅斯關係急劇惡化,由此導致的一個直接後果就是,烏航空發動機企業失去了自已最大的客戶——俄羅斯航空企業。為擺脫危機,烏克蘭尋求與中國合作,如今雙方正在加大合作力度。據相關報道,由烏克蘭航空發動機巨頭馬達西奇公司與中國天驕航空公司合資建設的航空發動機生產基地正在重慶建設中,將在中國生產多款馬達西奇公司的航空發動機。

不過,馬達西奇公司手中航空發動機型號雖多,但對於中國來說,可用的型號並不多。除了AI-222系列可以用於高級教練機外,TV3-117渦軸發動機僅適用於米171,如果在國內生產,只能供國內現有米-17系列直升機維護換髮使用,需求量相當小;D-18T則沒有適裝型號,除非在其基礎上發展航改燃機,否則根本沒有市場空間。

在我看來,在馬達西奇現有的發動機中,最具價值的,是一款名氣不大的型號:D-436渦輪風扇發動機。

D-436渦輪風扇發動機

與到目前為止中國製造過的所有航空發動機都不同的是,D-436是一款三轉子發動機。所謂三轉子發動機,與雙轉子渦扇發動機的區別在於,它不再將風扇系統直接安裝在低壓轉子上,而是再增加一根專用的轉子,通過這根專用轉子與專用渦輪連接,用這個專用的渦輪驅動風扇。也就是說,三轉子發動機在結構上,共軸安排三個轉子:內軸是低壓渦輪帶動風扇,轉速最低;中軸是中壓渦輪帶動低壓壓氣機,轉速較高;外軸是高壓渦輪帶動高壓壓氣機,轉速最高。與雙轉子渦扇發動機相比,它的三個轉子可分別在最佳轉速下工作,使轉子級數、葉片數和可調葉片數減少。由於轉子級數少,轉子可較短,提高轉子剛性,減小性能衰退率。從而有效的降低油耗。因此,這是一種具有很高性能的航空發動機。

RB-211三轉子渦扇發動機結構示意圖。D-436的結構與之類似

提起三轉子發動機,很多人都會想到英國羅爾斯·羅伊斯公司研製的RB211和遄達。其實,除了英國,還有一個國家成功的研製出了實用的三轉子渦扇發動機,並成功的投入了應用,這就是蘇聯。蘇聯有兩個航空發動機設計局成功研製出了三轉子渦扇發動機,一個是今天俄羅斯境內的庫茲涅佐夫設計局,另外一個是就是今天烏克蘭境內,已是馬達西奇公司一部分的伊夫琴科-進步設計局。D-436的前身D-36就是伊夫琴科設計局的作品。

70年代初,伊夫琴科設計局受命為當時正在研製中的安-124巨型運輸機研製動力裝置。設計局在總工程師弗拉基米爾·阿列克賽耶維奇·洛塔列夫的領導下經過分析後認為,只有採用三轉子結構,新型發動機才能達到指標要求。為了突破並掌握三轉子渦扇發動機技術,洛塔列夫決定先研製一款比較小的三轉子發動機,這就是最大推力6500公斤的D-36發動機。該發動機被應用於雅克-42、安-72、安-74上等多種型號飛機上,是一款相當成功的型號。取得巨大成功、掌握了有關技術以後,伊夫琴科設計局在D-36的結構基礎上加以放大,獲得了更大推力的D-18發動機,從而讓安-124和後來的安-225有了可靠的動力系統。

80年代初,伊夫琴科設計局開始著手研製D-36型渦扇發動機的後繼型號,這就是D-436型渦扇發動機。該發動機於1985年首次試車,1987年設計定型。該發動機在D-36的基礎上做了多項改進,重新設計了新的壓氣機和風扇系統,並增加了全許可權數字式發動機控制(FADEC)。目前,該發動機除了替換雅克-42、安-72、安-74等型飛機上的D-36,還被廣泛應用於圖-134、圖-334、安-148等型號客機,以及別-200型水上飛機,是一款性能優秀的中等推力渦輪風扇發動機。

使用D-436作為動力裝置的俄羅斯圖-334型支線客機,該機各項性能指標與ARJ-21相近

對於中國來說,如果能掌握D-436渦輪風扇發動機的相關技術,給中國航空發動機工業所能帶來的好處是多方面的:

首先,三轉子航空發動機雖然性能出眾,但三轉子結構,內、中、外三個套軸高速、大功率旋轉,在結構動力學方面,尤其是振動、共振、過臨界轉速、三個轉子的統籌控制等方面,技術難度極大。因此直到現在,三轉子結構仍然是嚴重的技術挑戰,也是技術水平的非凡標誌之一。美國至今沒有研製過三轉子發動機,就可以反映出這一點。因此,如果能掌握D-436渦輪風扇發動機技術,將使中國一舉掌握蘇聯在三轉子航空發動機領域的幾十年技術積累,對中國航空發動機領域的技術進步益處極大。

第二,D-436是一款性能非常優秀的中等推力大涵道比渦輪風扇發動機。從性能指標上來說,它可以直接替代美國GE公司的CF34-10A發動機,作為國產ARJ-21支線客機的動力裝置。這可以讓ARJ-21的動力來源獲得一個可靠的備份。如果未來因為某種原因CF34-10A的來源中斷,或者出於某種原因不能使用CF34-10A(比如開發軍用型),D-436是一個非常合適的替代選擇。

美國通用電氣公司(GE)的CF34-10A渦扇發動機。該發動機是國產支線客機ARJ-21的標配動力裝置

不妨對比一下CF34-10A和D-436。不難看出,在重量、耗油率、推重比等方面,D-436對於CF34-10A有明顯優勢:

第三,更重要的是,D-436發動機與馬達西奇公司的很多其他發動機存在技術關聯。它的前身D-36的放大版就是用於安-124和安-225的D-18,它的核心機與著名的米-26重型直升機的動力裝置D-136渦軸發動機和D-27槳扇發動機(用於安-70運輸機)的核心機相同,因此掌握了D-436,等於同時掌握了四款先進發動機的核心技術。對於這個機會,應該充分把握。

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