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Д30КП2(WS18/涡扇18)中等涵道比发动机简述

2023-04-15 15:47 作者:statuepeace1924  | 我要投稿


成发公司产品型谱,其中涡扇18被称为该公司的“生命工程”
研制Д30系列的彼尔姆航发集团在其官网的正式介绍中就将涡扇18列为
Д30КП2的仿制型号

成都发动机有限公司仿制生产的WS18中等涵道比发动机(被称作该公司的“生命工程”),其原准机为前苏联索洛维耶夫设计局于1972年在Д30的基础上放大设计的Д30К系列发动机,1982年改进型Д30КП-2设计定型。

作为运输机类动力,军民两用是普遍做法,Д30К系列也不例外,主要配装伊尔76运输机、伊尔62M以及图154M客机。

民航自1985年起陆续引进了30架图154M客机,其中多架客机后来被改装成电子侦察机加入了人民军队的装备序列。同期我军还列装了伊尔76大型运输机。进入本世纪,我国新研制的大型运输机Y20,改进设计的中远程轰炸机H6K等,都采用了Д30КП-2作为配套动力,该发动机以其成熟稳定的性能表现,为我国军用大飞机的发展立下了汗马功劳。因为装备需求量大,长期依赖进口不符合我国国情和军情,所以成都发动机公司瞄准时机,自筹资金在原有大修线的基础上,逐步实现国产化的批量制造——即涡扇18发动机。

但是必须坦率地说,Д30КП-2技术落后、质量欠佳,整体设计水平只相当于西方60年代的JT3D、JT8D等机型(属于第一代涡扇的改进型),仿制这么一款早已淘汰的“古董货”对于我国航发工业技术进步并无助益,也不利于更先进的国产同类发动机推广应用早日成熟。成发公司由于经验水平、技术实力等限制,难以在短期内大幅改进原始设计,所以现阶段的WS18只是原样仿照的“山寨货”,原准机的缺陷不足也都大部“继承”了过来。

笔者认为WS18/Д30К主要存在以下不足:

推力弱、裕度低、耗油率高

噪声超标、排气冒烟、污染严重、红外信号强

结构复杂、存在设计缺陷

寿命较短,可靠性不高

                                             Д30КП2/WS18         ПС90А

地面起飞推力(kgf)              12000±1%            16000-2%

11kM巡航推力(kgf)              2750-2%              3500-2%

11kM巡航耗油率(kg/kgf.h)    0.705                   0.595

起飞推力保持气温                      23 ℃                   30℃

涡轮前温度(K)                   1385~1410             1640

涵道比                                        2.2                      4.36

推重比 (俄标干重)                 5.17                     5.42

最大外径(m)                         1.56                      2.4

总寿命(h)                              9000              25000h翻修寿命(视情维护、不设总寿命)

WS18的主要性能与Д30КП2并无二致。

不过需要指出,这12吨的台架推力,其保持气温仅能达到23℃(基本型Д30КП更只有15℃),当环境温度升高(比如气温超过30℃),发动机推力就会降至11吨左右,而先进涡扇的保持气温普遍可达30℃、甚至40℃以上也不鲜见,这就是Д30КП2性能落后、裕度偏低的体现。发动机的推力性能不单单只看地面标准环境的数据,更重要的是极端气象复杂环境下的良好性能和适应性,飞行包线内具有较好的高度特性和速度特性。在高温高原机场(高原机场天然就是"高温"机场),大气密度降低,同质量空气的体积增大,对于吸气式发动机而言,压缩同等质量的空气相比在平原就要做出更多的功,所以推力降低。例如标高3540米的拉萨贡嘎机场,空气密度只相当于上海浦东国际机场的69%,Д30КП2/WS18的起飞推力要减少25%,因此伊尔76运输机的最大起飞重量通常只有140吨左右(平原地区是190吨),载重量减少一半以上(从50吨降到20吨左右)。高原机场驻场飞行的运输机,普遍采用“大马拉小车”的模式,即选用推力/功率偏大的发动机,同时减轻飞机重量。

导致Д30КП2/WS18性能不高、裕度偏低的一大关键原因,就是发动机材料技术尤其是高温合金的严重落后。高压涡轮叶片采用ЖС6у镍基等轴晶铸造合金,涡轮前温度只能做到1400K级别,而80年代后问世的第三代涡扇已应用定向凝固合金、并且尝试更先进的单晶铸造叶片,其涡轮前温度大幅提升至1600K以上,现如今第五代涡扇的温度更是高达了1800~2000K,第二代、第三代单晶材料已经成为标配。

WS18所用的K465合金,仍旧是ЖС6у的国产化牌号,与现代水平存在数十年的差距,因此不要幻想WS18的性能会有突破性的提升。

冒黑烟问题则是Д30КП2又一大饱受诟病的显著缺陷。早期航发设计中,燃烧室通常采用偏高的油气比(富油)设计,离心式双油路压力雾化燃油喷嘴,如此设计可以获得比较宽广的贫油熄火边界、发动机稳定性较好,但是容易发生不充分燃烧,排气冒烟现象比较严重。欧美在80年代后开发出高性能与环保兼顾的新型航发,基本消除了排气冒烟。而苏/俄因为技术水平所限,不得不牺牲环保性、全力保性能,诸如РД33、ПС90А等第三代涡扇依旧是“老烟枪”。

排气冒烟不只是环保问题,同样也会对飞机作战性能带来严重影响。例如,黑烟之中的炭粒子具有极其强烈的红外信号特征,并且附着于隐身涂层,这对于飞机隐身性能是极其不利的。此外,过量的燃油烟粒燃烧会导致火焰筒壁温过高,缩短零部件寿命。

笔者认为消除冒烟是WS18优化改进的首要任务。我国在这方面其实已有比较丰富的经验和技术储备,比如649所在研制WS13系列(РД33为原准机)的过程中,通过改进火焰筒头部结构、改装新研制的旋流器等措施,取得了非常好的成效。 成发公司也可以借鉴相关经验,彻底解决WS18的黑烟问题。

Д30КП2/WS18的不足还有不少,如轴间轴承故障率高等等,就不一一展开了。

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