国产航空发动机首个取得突破 国产涡轴发动机助直10高原性能超阿帕奇
小飞猪的防务观察
2020-06-30 23:05:27

凭借强劲发动机,直10高原性能优于阿帕奇

近日国产直10武装直升机、直8G运输直升机上高原进行训练,展现了强大作战能力。这个信息还有一个隐含信息更让我们高兴,那就是国产涡轴发动机取得突破,为国产直升机提供了强劲的“中国心”。

根据海外资料,国产涡轴发动机已经初步形成了比较完整的型号谱系,能够满足国产直升机发展需要,可以毫不夸张的说国产涡轴发动机是国产航空发动机取得突破的第一个领域。

中国从法国引进的涡轴8发动机

此前国产涡轴发动机长期落后,性能与国外先进水平存在非常大差距。以国产涡轴6发动机为例子,它是仿制SA321超黄蜂直升机,这种发动机是法国在上世纪60年代研制涡轴发动机,涡轮前温度只有数百度,而国外先进涡轴发动机,例如美国T700涡轴发动机,高达1200度,而英国RTM322更是超过1300度。上世纪80年代中国从法国引进了阿赫耶发动机,国产化编号为涡轴8,它的涡轮前温度也只有1000度。

根据航空发动机原理可以知道,航空发动机能量来源于空气受热膨胀产生的动能。因此进/排气温度差越大,能量越高,发动机功率越大。进气温度是一定的,那么排气温度越高,也就是高压涡轮前温度越大,这个差就越大,提高发动机性能关键就是提高涡轮前温度,所以航空发动机也将这个指标作为发动机分代标准之一。不过提高燃气温度需要考虑高压涡轮承受能力。所谓涡轮前温度就是指高压涡轮承受的温度。高温燃气从燃烧室冲出,第一个抵达部件就是高压涡轮,高压涡轮暴露在上千摄氏度高温度燃气气流之中,高速还产生了巨大的冲击力。这样高压涡轮式作的时候就需要承受高温、应力、热疲劳、燃气腐蚀等多种破坏力,对于材料和工艺要求非常极高。

黑鹰直升机的T700涡轴发动机

为了提高高压涡轮抵御高温高速燃气冲击,发达国家航空发动机工业几乎想尽了一切办法,例如单晶叶片、粉末合金、防热涂层、复合冷却系统等等,通过这些手段综合运用,有效提高了新一代涡轴发动机涡轮前温度,为发动机提高功率、降低油耗打下了坚实的基础。按照发达国家航空发动机工业说法,在未来提高航空发动机性能的因素中,材料与制造技术的贡献率将达到50%~70%。

国产三代单晶高压涡轮叶片,它采用了双层壁冷冷却技术

为了提高国产涡轴发动机性能,中国相关单位从上世纪80年代开始进行了艰苦技术攻关,突破了一个个技术难题,包括单晶材料、高温粉末合金、高效防热涂层和复合冷却系统等等,为国产涡轴发动机性能升级扫清了障碍。以单晶叶片为例子,从上世纪第一代单晶叶片开始,到现在第五代单晶叶片研制成功,已经追上或者接近国际最先进水平。2018年珠海航展公开的第三代DD9单晶叶片,采用了最新的双层壁冷工艺,能够将叶片的冷却效率提高30%。使用DD9的涡轮叶片可以承受1450摄氏度的高温,这个指标已经超过了T700和RTM322。

直10的涡轴9发动机,它代表着国产涡轴发动机取得了技术突破

国产涡轴10发动机,起飞功率1600KW,超过T700

材料和工艺进步有力促进了国产涡轴发动机性能提供提升,根据相关资料,直10武装直升机配备国产涡轴9发动机,它的起飞功率达到1000KW,这个指标与虎式直升机MRT390涡轴发动机相当。以直10武装直升机最大起飞重量为6吨计算,它的起飞功重比达到0.33KW/公斤。这个指标超过了阿帕奇武装直升机,由于起飞功重比大,所以直10武装直升机高原性能明显高于阿帕奇直升机。直20战术通用直升机配备的涡轴10发动机,起飞功率达到1600KW,这个指标超过了黑鹰直升机的T700涡轴发动机,后者起飞功率大约在1300KW左右,这样直20战术通用直升机高原性能也要优于黑鹰直升机。中国相关单位还把新材料和工艺用于改进现有发动机,例如前面提到的涡轴6发动机,它的新改进型也采用了新材料和工艺,起飞功率提高到1300KW,这样直8G装备三部涡轴6改进型发动机,起飞功重比提高到0.3KW/公斤,高原性能得到有力提高。

直20高原性能优于黑鹰直升机

不过我们也要清楚看到,国产涡轴发动机还有很大升级空间,尤其重型直升机发动机还是空白,中俄联合研制的重型直升机还需要引进乌克兰D136涡轴发动机。不过国内正在研制5000KW涡轴发动机,这种发动机研制成功,采用三部发动机可以研制一型与CH53K相当的重型直升机。

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