涡扇10发动机的发展历程

回望20年风雨历程,这本由广大科研人员用智慧和信心不负使命换来的护照,闪烁的不仅仅是荣誉和光明,还有辛酸和悲壮。90年代以前,航电一院的航空发动机试验台非常简陋。每次启动引擎,轰鸣声震耳欲聋,方圆几英里都能听到,参与者不得不用棉球塞住耳朵。即便如此,加力测试时,轰鸣声依然让人难以忍受,强烈的噪音刺激身体可想而知。经历过那种环境的试驾者,有的有心脏病,有的耳膜穿孔,但他们从来没有抱怨过。也正是因为有了这些老航空人,我们的航空发动机事业才得以发展壮大。

太行发动机广大科研人员刻苦钻研,反复攻坚,先后攻克了数十项重大技术关键。2003年,“太行”发动机研制进入决战阶段。由于对发动机研制规律的认识和把握还有较大差距,质量管理和工作作风也存在一些问题,研制工作几度陷入困境。它经历了两大考验:一是发动机试运转时,高压压气机第四级轮盘破裂;第二次是在高空平台模拟试验和调整飞行试验中,暴露了一些技术问题,比如高空小台速发动机加速慢。2003年8月下旬至9月上旬的试飞过程中,5次起降出现了3次“特殊情况”。2004年夏天,太行发动机在规定试飞中发动机停在空中。虽然最终平安归来,但太行发动机的研制却陷入被动。606所与行业内外专家一起分析故障排除对策,进一步做好故障研究和故障分析工作,先后完成17故障计算、研究和分析报告,最终恢复太行发动机试飞。解决了地面喘振、空中异响、试验温度异常、小发动机提前脱离等飞行试验中遇到的诸多技术难题。

在发动机的试制过程中,中国第一航空公司创造性地学习和应用国外先进经验,打破过去一厂一机的管理模式,发挥国内各专业优势,多家企业组成国家联合攻关小组,协同攻关,成功应用数百项新材料、新技术。发动机材料已接近或达到国际先进水平。先进新材料占整机重量的50%以上。包括先进钛合金、先进超合金和首次在国产发动机上使用的高比强度-高温树脂基复合材料。

太行发动机研制中采用的新技术包括:

1)三级风扇是跨音速气动设计,有进口变弯度导叶,由悬臂支撑,无进口变弯度导叶;超塑成形扩散连接进气道盒是我国在该设计技术上的新突破。2)两级低压涡轮是复合倾弯扭的三维气动设计。低压涡轮两级导叶为空心三重整体精密铸造结构,与高压涡轮反向旋转,效率达到国际先进水平。3)太行空心叶片,来自国内最好的设计、材料、工艺、加工、检测等各方面的606位专家组成了一支“国家队”。经过8年的潜心研究和试验,他们终于掌握了这项被称为现代航空发动机“皇冠上的宝石”的尖端技术。借鉴国际先进的气膜冷却技术,大胆采用复合材料空冷空心涡轮叶片。不仅包括先进的设计技术和高温材料技术,还包括定向凝固技术、无余量精密铸造技术、五轴数控钻孔技术、磨料抛光技术、无损检测技术、冷却试验技术和高温涂层技术。4)“太行”发动机复合材料外涵机匣是复合材料技术在国产航空发动机上的首次应用。是国外第四代发动机技术,填补了国内航空发动机技术空白;复合材料外涵比焊接钛板结构的外涵轻30%,比强度和比刚度更高,疲劳寿命更长,更耐腐蚀。5)加力燃烧室为“平行进气”式,工作范围宽,重量轻,流体损失小。采用分压供油方案,确保发动机工作包线内的可靠点火和稳定;6)四、八级高压压气机静子叶片在国内首次实现了高温合金叶片的冷轧。成功开发的GH4169合金ⅳ至ⅷ级静子叶片冷轧填补了国内高温合金叶片冷轧技术的空白。到2004年2月底,65438+完成攻关,处于国际领先地位。但GH4169合金压气机和涡轮盘仍存在性能丰富度小,盘的性能和结构在某些情况下达不到标准要求;新技术和新结构需要持续改进。7)尾喷管设计为全无级可调收敛扩散喷管,填补了国内空白。然而,收敛扩张型喷嘴熔模铸件的平均合格率仅为54%,需要进一步提高。8)太行航空发动机涡轮后壳的电子束焊接,无论是工艺安排还是零件交付质量都无可挑剔。9)纳米氧化锆技术应用于热障涂层,为太行发动机高压涡轮导向叶片和低压一、二级导向叶片穿上了一层性能优异稳定的“防护服”,达到了热障涂层技术应用的世界前沿。2005年5月,该技术工程化完成,应用于“太行”发动机叶片。2005年8月,喷涂纳米氧化锆热障涂层技术的高压涡轮导叶解决了烧蚀问题,顺利通过太行发动机长期试车。10)首次采用整体铸造钛合金中间壳体;这一技术难题最终被北京航空材料研究所解决。

11)太行发动机初期试验使用的控制系统是数字式电液系统,但稳定性、可靠性、抗干扰性不够成熟,所以改为机械液压方案,1998年2月安装试验。经过严格的审查和验证,它可以确保发动机的可靠运行。原数字电液控制方案改为第二种方案,待其成熟后将取代机械液压控制方案。12)太行发动机样机研制阶段,高压涡轮盘采用了粉末冶金新材料,但由于国内相关技术尚未完全成熟,从定型批开始就更换了这种材料。